第七章 高聚物的力学性能.ppt

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1、第七章高聚物的力学性能第一节概述第二节高弹性第三节粘弹性第四节极限力学行为（屈服、破坏与强度）第一节概述1-1力学性能分类1-2表征力学性能的基本物理量1-3高聚物力学性能的特点1-1力学性能分类力学性能是高聚物优异物理性能的基础如：某高聚物磨擦，磨耗性能优良，但力学性能不好，很脆。不能用它作减摩材料如：作电线绝缘材料的高聚物，也要求它们有一定的力学性能：强度和韧性。如果折叠几次就破裂，那么这种材料的电绝缘性虽好，也不能用作电线。弹性粘弹性非线性粘弹性线性粘弹性高弹性普弹性动态静态粘性Deformation形变性能Elastici

2、tyHighelasticityViscosityviscoelasticityLinearviscoelasticityStaticDynamicNon-Linearviscoelasticity应力松弛蠕变滞后力学损耗断裂性能韧性强度FractureToughnessStrength常用术语：力学行为：指施加一个外力在材料上，它产生怎样的形变（响应）形变性能：非极限情况下的力学行为断裂性能：极限情况下的力学行为弹性：对于理想弹性体来讲，其弹性形变可用虎克定律来表示，即：应力与应变成正比关系，应变与时间无关粘性：在外力作用下，分

3、子与分子之间发生位移，理想的粘性流体其流动形变可用牛顿定律来描述：应力与应变速率成正比普弹性：大应力作用下，只产生小的、线性可逆形变，它是由化学键的键长，键角变化引起的。与材料的内能变化有关：形变时内能增加，形变恢复时，放出能量，对外做功（玻璃态，晶态，高聚物，金属，陶瓷均有这种性能），普弹性又称能弹性高弹性：小的应力作用下可发生很大的可逆形变，是由内部构象熵变引起的，所以也称熵弹性（橡胶具有高弹性）静态力学性能：在恒应力或恒应变情况下的力学行为动态力学性能：物体在交变应力下的粘弹性行为应力松弛：在恒应变情况下，应力随时间的变化蠕

4、变：在恒应力下，物体的形变随时间的变化强度：材料所能承受的应力韧性：材料断裂时所吸收的能量1-2表征材料力学性能的基本物理量受力方式简单拉伸简单剪切均匀压缩参数受力特点外力F是与截面垂直，大小相等，方向相反，作用在同一直线上的两个力。外力F是与界面平行，大小相等，方向相反的两个力。材料受到的是围压力。θFFFF应变张应变：真应变：切应变：是偏斜角压缩应变：应力张应力：真应力：切应力：压力P弹性模量杨氏模量：泊淞比：切变模量：体积模量：柔量拉伸柔量：切变柔量：可压缩度：机械强度1-3高聚物力学性能的特点1．高聚物材料具有所有已知材料

5、可变性范围最宽的力学性质，包括从液体、软橡皮到很硬的固体，各种高聚物对于机械应力的反应相差很大，例如：PS制品很脆，一敲就碎（脆性）尼龙制品很坚韧，不易变形，也不易破碎（韧性）轻度交联的橡胶拉伸时，可伸长好几倍，力解除后基本恢复原状（弹性）胶泥变形后，却完全保持新的形状（粘性）高聚物力学性质的这种多样性，为不同的应用提供了广阔的选择余地2.高聚物力学性能的最大特点是高弹性和粘弹性（1）高聚物的高弹性：是由于高聚物极大的分子量使得高分子链有许多不同的构象，而构象的改变导致高分子链有其特有的柔顺性。链柔性在性能上的表现就是高聚物的高弹

6、性。它与一般材料的普弹性的差别就是因为构象的改变；形变时构象熵减小，恢复时增加。内能在高弹性形变中不起主要作用（它却是普弹形变的主要起因）（2）高聚物的粘弹性：指高聚物材料不但具有弹性材料的一般特性，同时还具有粘性流体的一些特性。弹性和粘性在高聚物材料身上同时呈现得特别明显。高聚物的粘弹性表现在它有突出的力学松弛现象，在研究它的力学性能时必须考虑应力、应变与时间的关系。温度对力学性能也是非常重要的因素描述粘弹性高聚物材料的力学行为必须同时考虑应力、应变、时间和温度四个参数。高聚物材料的力学性能对时间和温度的强烈依赖性是研究其力学性

7、能中要着重弄清的问题，也是进行高聚物材料的测试及使用时必须十分注意的问题。第二节高弹性2-1高弹性的特点2-2平衡态高弹性热力学分析2-3橡胶的使用温度2-1高弹性的特点高弹态是高聚物所特有的，是基于链段运动的一种力学状态，可以通过高聚物在一定条件下，通过玻璃化转变而达到处于高弹态的高聚物表现出独特的力学性能——高弹性这是高聚物中一项十分难能可贵的性能橡胶就是具有高弹性的材料，高弹性的特征表现在：①弹性形变大，可高达1000%，而金属材料的普弹形变不超过1%②弹性模量小，，而且随绝对温度升高而升高；而金属材料的弹性模量达，而且随绝

8、对温度升高而降低③在快速拉伸时（绝热过程），高聚物温度上升；而金属材料温度下降。如果把橡胶薄片拉长，把它贴在嘴唇或面颊上，就会感到橡皮在伸长时发热，回缩时吸热。④形变与时间有关，橡胶受到外力（应力恒定）压缩或拉伸时，形变总是随时间而发展，最后达到最