高分子物理_力学性能ppt课件.ppt

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1、第五章高聚物的力学性能(mechanicalproperty)第一节力学性能的基本概念第二节高聚物的高弹性第三节高聚物的力学松弛特性(粘弹性)第四节高聚物的力学强度第五节高聚物的增强一、力学性能的常用名词1、变形和应变（1）变形（deformation)物体在平衡的力作用下，发生形状或尺寸的变化。（2）变形量对拉伸，ΔL（ΔL=L-L0）对剪切，偏斜角θ（3）应变（率）(strain)对拉伸——拉伸应变对剪切——剪切应变第一节力学性能的基本概念2、应力（stress)单位面积上所受的力。拉伸应力(tensilestress)（Pa,KPa,MPa)式中：F为拉伸力（拉力，N）,垂

2、直于作用平面。A为受力面积（横截面积，m2)剪切应力(shearstress)（Pa,KPa,MPa)式中：F为剪切力（N）,平行于作用平面。A为受力面积（m2)3、强度（strength)定义：在一定条件下，材料所能承受的最大应力。超过此应力，材料即被破坏。拉伸强度(tensilestrength)：在拉伸试验中，试样直至断裂时所受的最大拉伸应力。（Pa,KPa,MPa)式中：Fmax为最大拉伸力（拉力，N）,A为受力面积（横截面积，m2)通常按下式计算：式中：Fmax为试样破坏时的载荷（最大拉伸力，N）a为试样厚度(m)，b为试样宽度(m)。微机控制万能电子拉力实验机拉伸试验

3、标准试样4、冲击强度（impactstrength)（1）冲击：外力对材料的快速作用。（2）冲击强度：材料受到冲击而破坏（断裂）时，单位面积上材料所吸收的能量。意义：表征材料的韧性（或脆性）。冲击强度越高，韧性越好，反之，脆性越大。（3）摆锤式冲击试验(J/m2)式中：W为冲断试样所消耗的功（J）a为试样厚度(m)，b为试样宽度(m)。③打印机①冲击实验机②数显及控制装置悬臂梁冲击试验机③打印机①冲击实验机②数显及控制装置简支梁冲击试验机冲击试验标准试样(无缺口)5、模量（弹性模量,elasticmodulus)定义：材料发生单位应变时的应力。拉伸模量(Pa,KPa,MPa)（杨

4、氏模量）剪切模量(Pa,KPa,MPa)6、泊松比（泊松系数，Poisson’sratio）式中：ε1为横向应变，ε2为纵向应变。负号表示ε1与ε2的符号总相反。如果材料在变形时体积不变，则μ=0.5。大多数材料在形变时都会有体积的变化，其泊松系数在0.2—0.5之间，理想弹性体的μ=0.5。二、高聚物的松弛特性1、松弛(relaxation)的概念（1）定义：一个体系在外界因素作用下，从一种状态转变为另一种状态时，不是瞬间完成的，而需要一定的时间。这样的过程称为松弛（过程）。（2）一般现象：在状态转变过程中，除了能观察到最初和最终的平衡状态以外，还可以观察到一系列中间过渡的不平

5、衡状态。（3）高聚物的力学松弛A、现象：受恒定拉伸力，逐渐伸长；外力消除后，变形逐渐回复（开始快，而后逐渐变慢）。B、原因：高聚物的形变与大分子的构象改变（重排）有关。这些重排是通过链段的运动来实现。而由于体系黏度很高，加之高聚物分子间相互缠绕，牵制着大分子重排过程的进行，因而产生了松弛。C、定义：高分子材料在外力作用下，通过链段运动而逐渐改变大分子构象的过程。二、高聚物的松弛特性2、松弛的特点（1）依时性松弛时间——松弛过程完成所需的时间。一般用τ表示。（2）依温性温度升高，松弛过程加快，τ↓。原因：松弛过程是通过分子热运动来完成的，T↑，分子热运动加剧。三、高聚物力学性能的分

6、类普弹形变——能弹性——瞬时可逆高弹形变——熵弹性——推迟可逆黏性形变——很大黏滞性——不可逆实际高聚物受力时，总是表现出黏性或弹性的综合形变特性黏弹形变——部分可逆第二节高聚物的高弹性问题:1、高弹性是高聚物的独特性能，为什么？2、高弹性有何特点？3、是否所有高聚物都能呈现出高弹性？或者说，具备良好高弹性需要满足哪些条件？能表现出高弹性的高聚物：1、橡胶类（常温下即能呈现）2、分子量足够大，分子链刚性不太大的线型或支链型高聚物非晶态：Tg以上结晶态：Tm以上研究高聚物高弹性的意义：1、选材常温有高弹性，可作橡胶2、成型加工拉伸、片材热成型在高弹态下进行；塑料模塑成型中，处于高弹

7、态时不可脱模。一、高弹性的特点弹性与回弹性好，形变率大形变率可高达1000%，一般金属材料的弹性形变不超过1%有松弛特性即高弹性的发展有时间依赖性，在未交联的橡胶中尤其明显弹性模量小，且随温度升高而增大高弹态模量只有105~106N/m2，而一般金属材料可高达1010~1011N/m2，比金属低4~5个数量级。形变过程有明显的热效应快速拉伸时，高弹态聚合物的温度升高，金属材料则相反。二、高弹性与高聚物结构的关系（良好高弹性的条件）分子链柔顺性好，相对分子质量高柔顺性好Tg低相对分