第八章聚合物的力学性能ppt课件.ppt

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1、第八章聚合物的力学性能§8-1表示聚合物强度的物理量§8-2玻璃态和晶态聚合物的拉伸行为§8-3聚合物的屈服§8-4聚合物的断裂和强度§8-5影响聚合物强度的因素*§8-1表示聚合物强度的物理量抗张强度与拉伸载荷相对应的材料强度。试样所承受的最大载荷与试样的横截面积之比为材料的拉伸强度：σt=P/bd由于拉伸过程中试样的横截面积不断变化，所以一般采用试样起始的尺寸来计算拉伸强度。二.弯曲强度——与弯曲力矩相对应的材料强度在规定的试验条件下对标准试样施加一个弯曲力矩，直到试样断裂。测定试验过程中的最大载荷P，并按照下式计算弯曲强度。三、冲击强度——试样在冲击载荷作用下破坏时单位面积吸收的

2、能量。冲击强度试验方法——摆锤式冲击试验、落球式冲击试验、高速拉伸试验等。摆锤式冲击试验分为两种：简支梁冲击—试样两端有支承，摆锤冲击试样的中部悬臂梁冲击—试样一端固定，摆锤冲击试样自由端；冲击试样分为两种：有缺口试样、无缺口试样。W—试样断裂所消耗的功；夹具夹具试样摆锤简支梁冲击（Charpy)示意图悬臂梁冲击（Izod)示意图§8-2玻璃态和晶态聚合物的拉伸行为一、玻璃态聚合物的拉伸行为。几个术语：1）屈服点Y(p220)屈服应力——σY屈服应变——εY2）断裂点B断裂强度——σB断裂伸长率——εB1.应力—应变曲线分析拉伸过程中材料的形变经历了三种变化。1）弹性形变该阶段从开始拉

3、伸到接近屈服点Y，应力与应变成正比，材料表现出理想弹性固体的力学行为。材料的弹性模量E=σ/ε就是这段直线的斜率。该区域所对应的应变范围很小，一般只有百分之几。这种高模量小形变的弹性行为是由高分子主链中化学键的键长、键角的变化所引起的。移去外力后，这部分形变会立即完全恢复。2）强迫高弹形变当应力到达Y点后材料发生了屈服，试样截面出现细颈。此后随应变增大，应力不再增加反而有所下降——应变软化。随拉伸不断进行，细颈沿试样不断扩展，材料出现较大的变形。如果此时停止拉伸、去除外力，试样的大形变不能回复；但如果将变形的试样加热到Tg以上温度，形变又可缓慢恢复。这意味着这种大形变仍属于高弹形变，而

4、不是粘流形变。玻璃态聚合物在拉伸时为何会出现高弹形变？？？链段运动的松弛时间不但与温度有关，与作用的应力大小也有关：τ=τoexp[（ΔE-ασ）/RT]σ——应力；ΔE——应力作用活化能；随应力增大链段运动的位垒降低松弛时间缩短。当应力增大到屈服应力σY时，链段运动的松弛时间已缩短到与拉伸速度相适应的数量级，这意味着本来被冻结的链段在外力的活化作用下可以运动了，这种链段的运动导致玻璃态聚合物产生高弹形变。所以玻璃态聚合物在拉伸作用下可以发生链段运动的主要原因是外力的活化作用使链段运动的松弛时间缩短。玻璃态聚合物拉伸后的大形变与高弹态聚合物大形变的区别：1）高弹态聚合物的高弹形变发

5、生在Tg温度以上，链段本身已具备运动能力，在小应力下就可以发生大形变；而且外力去除后可以自动回复。2）玻璃态聚合物大形变发生在Tg温度以下，链段本身不具备运动能力，只是在应力活化下使链段运动才发生大形变；这种大形变当加热到Tg温度附近时才可以回复。玻璃态聚合物在拉伸下产生的大形变称为强迫高弹形变。形变的本质——由于链段运动所导致的高弹形变。3）应变硬化在强迫高弹形变阶段，大量的链段开始运动并沿外力方向取向；链段的运动和取向最后导致分子链也沿外力方向形成取向排列，这种取向结构使材料的强度进一步提高。因此只有进一步增大应力才有可能使应变进一步发展，所以应力又一次随应变上升。最后当应力达到了

6、材料的强度极限时，试样发生断裂。这个阶段就称为应变硬化。在应变硬化阶段可能夹杂着少量分子链的相对位移——粘性流动，所以这部分形变是不可逆形变。2.影响强迫高弹性的因素强迫高弹形变是塑料具有韧性的原因1）温度随温度升高，聚合物弹性模量减小，屈服强度下降，断裂伸长率增大，塑料变软变韧。T1

7、应力增加较慢。σYσbTb温度对屈服应力和断裂应力的影响1）当σb>σY时，塑料材料先发生屈服，然后发生断裂。因此有可能产生强迫高弹形变；2）当σb<σY时，塑料材料在未能屈服之前就会发生断裂。因此不可能发生强迫高弹形变；屈服应力曲线与断裂应力曲线有一个交点——Tb1）T>Tb，σb>σY——可以发生强迫高弹形变2）T