高聚合物的力学性能

《高聚合物的力学性能》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第五章高聚物的力学性能1聚合物的力学性能是其受力后的响应，如形变大小、形变的可逆性及抗破损性能等。在不同条件下聚合物表现出的力学行为：极限力学行为（屈服、破坏与强度）：玻璃态和结晶态聚合物强度：材料所能承受的最大载荷，表征了材料的受力极限，在实际应用中具有重要的意义。包括抗张强度、冲击强度、弯曲强度、压缩强度、硬度、疲劳高弹性、粘弹性和流动性2聚合物的应力应变曲线聚合物的屈服与强度影响聚合物强度的因素聚合物改性途径和机理本章的主要内容38.1聚合物的应力－应变曲线Stress-straincurve材料的大形变—破坏过程厚度d宽度bP图1Instron5569电子万能材

2、料试验机（electronicmaterialtestingsystem）实验条件：一定拉伸速率和温度在实验和应用中：必须标明温度和施力速率（或形变速率），切勿将正常形变速率下测得数据用于持久力作用或冲击力作用下的场合下；切勿将正常温度下得到的数据用于低温或高温下。4AYBYieldingpoint屈服点Pointofelasticlimit弹性极限点Breakingpoint断裂点Strainsoftening应变软化plasticdeformation塑性形变Strainhardening应变硬化图2非晶态聚合物在玻璃态的应力-应变曲线yO8.1.1非晶态聚合物N

3、D5Conclusion：非结晶聚合物形变经历了普弹形变、应变软化（屈服）、塑性形变(plasticdeformation)（强迫高弹形变）、应变硬化四个阶段材料在屈服点之前发生的断裂称为脆性断裂brittlefracture；在屈服点后发生的断裂称为韧性断裂ductilefracture。6从曲线上可得评价聚合物性能的力学参数:Y:yieldpoint屈服点yyieldstrength屈服强度yelongationatyield屈服伸长率B:breakpoint断裂点bbreakstrength断裂强度belongationatbreak断裂伸长率Tensil

4、estrength拉伸强度σi（y，σb）Young‘sModulus杨氏模量Fractureenergy断裂能:OYB面积7（Molecularmotionduringtensiletest拉伸过程中高分子链的运动）从分子运动解释非结晶聚合物应力－应变曲线图3非晶态聚合物的应力-应变曲线（玻璃态）IElasticdeformation普弹形变小尺寸运动单元的运动引起键长键角变化。形变小可回复IIForcedrubber-likedeformation强迫高弹形变在大外力作用下冻结的链段沿外力方向取向IIIViscousflow粘流形变在分子链伸展后继续拉伸整链取向排

5、列，使材料的强度进一步提高。形变不可回复8处于玻璃态的非晶聚合物在拉伸过程中屈服点后产生的较大应变，移去外力后形变不能回复。若将试样温度升到其Tg附近，该形变则可完全回复，因此它在本质上仍属高弹形变，并非粘流形变，是由高分子的链段运动所引起的。这种形变称为强迫高弹形变强迫高弹形变的定义9强迫高弹形变产生的原因也就是在外力的作用下，非晶聚合物中本来被冻结的链段被强迫运动，使高分子链发生伸展，产生大的形变。但由于聚合物仍处于玻璃态，当外力移去后，链段不能再运动，形变也就得不到回复，只有当温度升至Tg附近，使链段运动解冻，形变才能复原。松弛时间与应力的关系：由上式可见，越大，

6、越小，即外力降低了链段在外力作用方向上的运动活化能，因而缩短了沿力场方向的松弛时间，当应力增加致使链段运动松弛时间减小到与外力作用时间同一数量级时，链段开始由蜷曲变为伸展，产生强迫高弹变形。10强迫高弹形变产生的条件:施力：y≥b当应力增加到一定值（屈服应力）时，相应链段运动的松弛时间降到与外力的作用时间相当，被冻结的高分子链段即能响应产生大的形变，可见增加应力与升高温度对松弛时间的影响是相同的。TbTgByb图4产生屈服的条件温度：Tb~Tg11图5结晶聚合物的应力－应变曲线OA-普弹形变YN－屈服，缩颈（应变变大，应力下降）ND－强迫高弹形变DB-细颈化

7、试样重新被均匀拉伸，应变随应力增加－应变硬化晶态聚合物在单向拉伸时典型的应力-应变曲线如下图：8.1.2结晶聚合物NYDBAO应力应变12非晶和晶态聚合物的拉伸过程本质上都属高弹形变，但其产生高弹形变的温度范围不同，而且在玻璃态聚合物中拉伸只使分子链发生取向。在常温下处于结晶态，在Tg～Tm之间进行应力～应变实验时，包括晶区和非晶区的形变。在接近或超过屈服点时，分子都在与拉伸方向相平行的方向开始取向，同时伴随着凝聚态结构的变化，缩颈明显。图6球晶拉伸形变时内部晶片变化示意图而晶态聚合物在拉伸伴随着凝聚态结构的变化，包含晶面滑移、晶粒的取向