高分子材料的力学状态.ppt

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1、2、高分子材料的性能特点2.1高分子材料的力学状态物质的物理状态相态凝胶态热力学概念动力学概念凝胶态根据物质对外场（外部作用）特别是外力场的响应特性划分。按物质力学性能随温度变化的特性划分。力学状态2.1高分子材料的力学状态物质的力学三态气态液态固态温度增加聚合物力学状态具有特殊性。原因：没有气态；具有非晶态；结晶具有不完善性。热机械曲线（形变-温度曲线）实验示意2.1高分子材料的力学状态等速升温线型无定形聚合物的力学三态及其转变2.1高分子材料的力学状态线形无定形聚合物的力学三态：玻璃态、高弹态、粘流态玻璃态向高弹态转变的温度：玻璃化转变温（Tg）；高弹态和粘流态

2、之间的转变温度：粘流温度（Tf）图2.1线型无定形高聚物热机械曲线玻璃态T

3、场作用下通过分子运动低分子是瞬变过程（10-9～10-10秒）高分子是松弛过程需要时间（10-1～10+4秒）各种运动单元的运动需要克服内摩擦阻力，不可能瞬时完成。运动单元多重性：键长、键角、侧基、支链、链节、链段、分子链粘流态Tf～Td（2）力学特征：形变量很大（流动）形变不可逆模量极小（3）Tf与摩尔平均质量有关（1）分子运动机制：整链分子产生相对位移TdTfTg分解温度结晶聚合物的力学三态及其转变2.1高分子材料的力学状态结晶聚合物的非晶区具有非晶态聚合物的力学三态轻度结晶聚合物晶区起交联点作用。温度，非晶区进入高弹态，整个材料具有韧性和强度。结晶度>40%晶区互相衔

4、接，贯穿成连续相。观察不到明显的非晶区玻璃化转变现象。2.1高分子材料的力学状态图2.2高结晶度聚合物的热机械曲线不呈现高弹态呈现高弹态结晶聚合物能否观察到高弹态，取决于聚合物的摩尔平均质量。问题：交联、网状聚合物是否有粘流态？Cross-linked交联Network（3D）网状答案：不出现粘流态。2.1高分子材料的力学状态玻璃化转变现象及Tg的重要性2.1高分子材料的力学状态玻璃化转变是高聚物的一种普遍现象。发生玻璃化转变时，许多物理性能发生急剧变化，可完全改变材料的使用性能：T>Tg时高聚物处于高弹态（弹性体）T

5、范围的重要参数：Tg是橡胶的最低使用温度Tg是塑料的最高使用温度自由体积理论表征材料力学性能的基本指标2.2高分子材料的力学性能应力-应变弹性模量-拉伸（杨氏）模量剪切（刚性）模量体积（本体）模量硬度机械强度-拉伸（抗张）强度弯曲强度冲击强度应力-应变应变（形变）：外力作用而不产生惯性移动时其几何形状和尺寸所发生的变化。材料发生形变产生附加内力内力使形变回复并自行逐步消除2.2高分子材料的力学性能应力：单位面积上的内力。外力作用材料欲保持原状外力卸载简单拉伸示意图产生的形变-拉伸形变/相对伸长率A0l0lDlAFFA0FF简单剪切示意图剪切应力、剪切应变

6、材料受力方式的基本类型2.2高分子材料的力学性能A0FF三点弯曲一点弯曲FF扭转均匀压缩体积形变压缩应变2.2高分子材料的力学性能电子万能材料试验机实验条件：一定拉伸速率和温度2.2高分子材料的力学性能应力-应变曲线Stress-straincurve标准哑铃型试样图2.3高分子材料三种典型的应力-应变曲线2.2高分子材料的力学性能AYBYieldingpoint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yOND图2.

7、4非晶态聚合物的应力-应变曲线（玻璃态）2.2高分子材料的力学性能2.2高分子材料的力学性能序号12345类型硬而脆硬而强强而韧软而韧软而弱曲线模量高高高低低拉伸强度中高高中低断裂伸长率小中大很大中断裂能小中大大小实例PSPMMA酚醛树脂硬PVC增韧EPPCABSHDPE硫化橡胶软PVC未硫化橡胶齐聚物软~硬：模量强~弱：拉伸强度韧~脆：断裂能2.2高分子材料的力学性能高弹性高弹性的特点：2.2高分子材料的力学性能聚合物（在Tg