第七章-高分子.ppt

1.5 高聚物的破坏和理论强度 1. 高聚物的破坏 化学键的破坏 分子间的滑脱 分子间力的破坏 高聚物之所以能够抵抗外力的破坏 主要靠分子内的化学键合力和分子间的范德华力和氢键 * * 第七章 高聚物的力学性质 高分子材料 导弹、核武器、宇航等军用复合材料 飞机的地板材料、整流罩、机体门窗、内装饰等 光缆、电缆 赛艇、桨、羽毛球拍 管、齿型带、三角带 轮胎、胶带、胶鞋 …………………… 用途广泛 高分子材料在使用中，必须具备必要的力学性能 高聚物的极限力学行为—— 屈服、破坏（断裂） 第一节 玻璃态和结晶态高聚物的力学性质 1.1描述力学性质的基本物理量 1. 应力和应变 应变：材料几何形状和尺寸的变化为应变。(Stress) 应力：单位面积上的附加内力为应力。 (Strain) 对于各向同性的材料，受力方式不同，发生形变的类型也将不同。 ⑴. 简单拉伸 真应变 （2）. 简单剪切 切应变： 剪切应力： (3). 均匀压缩 围压力: P 体积从V0变为： 均匀压缩应变：单位体积的体积减小 弹性模量 对于理想的弹性固体，应力与应变成正比，比例常数称为弹性模量 杨氏模量 剪切模量 体积模量 三种模量之间的关系 泊松比，在拉伸实验中，材料横向单位宽度的减少与 纵向单位长度的增加之比值。 模量的倒数 杨氏模量的倒数 拉伸柔量 D 剪切模量的倒数 剪切柔量 J 体积模量的倒数 可压缩度 机械强度 所受外力超过了材料的承受能力，材料就要发生破坏，机械强度就是材料抵抗外力破坏的能力。 在各种实验应用中，机械强度是材料力学性能的重要指标。对于各种不同的破坏力，有不同的强度指标。 力学性能指标 1.2 几种常见力学性能指标 1.拉伸强度: (Tensile Strength) 在规定温度、湿度和一定速度的情况下，在标准试样上沿轴向施加拉伸载荷，直到试样断裂为止。 拉伸强度： 拉伸模量： 2. 弯曲强度: (Bend Strength) 在两支点间的试样上施加集中载荷，使试样变形直至破裂时的载荷称为弯曲强度。 弯曲强度 弯曲模量 3. 冲击强度: (Impact Strength) 在高速冲击状态下,标准试样在断裂时,单位面积所吸收的能量。 冲击强度： 4.硬度: (Hardness) 硬度的大小与材料的抗张强度和弹性模量有关，其是衡量材料表面抵抗机械压力的能力的一种指标。 1.3 几类高聚物的拉伸行为 1. 玻璃态高聚物的拉伸 B点 屈服点 屈服应力 C点 断裂点 断裂应力 断裂伸长率 拉伸过程的分子运动 曲线起始阶段 虎克弹性体，应力与应变成正比。形变是由高分子的键长键角的变化引起。脆性断裂 屈服点以后，材料的大形变 链段运动 韧性断裂 高弹形变 玻璃态高聚物的强迫高弹形变 玻璃态高聚物在大外力的作用下发生的大形变——强迫高弹形变 外力作用的松弛时间与应力的关系: 影响强迫高弹形变的因素: 外力的大小 温度的影响 作用速度的影响 结构因素的影响 分子量的大小也有影响 加大外力与升高温度相似 脆化温度：其是一个特征温度，用 Tb 表示，当温度低于 Tb 时，玻璃态高聚物不能发生强迫高弹形变，而必定发生脆性断裂，因此称 Tb 为脆化温度。 (Brittle Temperature) 玻璃态高聚物只有在 Tb ~ Tg 之间的温度范围内，才能在外力作用下实现强迫高弹形变，而强迫高弹形变又是塑料具有韧性的原因，因此 Tb 是塑料使用的最低温度。 结晶高聚物的拉伸 曲线形状 对拉伸过程的解释 结晶高聚物与非晶玻璃态高聚物在拉伸情况下的表现相似，本质上都是高弹形变。 差别：可被冷拉的温度范围及聚集态结构的变化不同。 硬弹性材料的拉伸 (Hard Elastic Materials) 聚丙烯和聚甲醛等易结晶的高聚物熔体，在较高的拉伸力场中结晶时，可以得到很高弹性的纤维和薄膜材料，其弹性模量比一般橡胶高很多，因而称为硬弹性材料。 E.S.Clark能弹性机理 硬弹性的表面能机理 硬弹性主要是由形成纤维的表面能改变所贡献 应变诱发塑料—橡胶转变 (Strain-induced plastics-to-rubber transition) 1.4 高聚物的屈服 1. 高聚物单轴拉伸的应力分析： 试样受到拉力时，试样内部任意截面上的法应力和切应力只与试样的正应力和截面的倾斜角有关。 当 ? = 45?时，切应力出现最大值； 当 ? = 0 时，法应力出现最大值。 真应力—应变曲线及其屈服判据 如试样变形时体积不变， 再定义