第9章高聚物的力学性能重点.pptVIP

* * 第九章 高聚物的力学性能 高聚物的力学状态 高聚物的高弹性 高聚物的粘弹性 高聚物的应力--应变行为 主要内容 9.1 高聚物的力学状态 柔性高分子热运动的特点:分子的一部分可以相对于分子的另一部分作独立运动。最小独立运动单元称--链段。 1. 线型非晶态高聚物的力学状态? 线形非晶态高聚物试样在恒定应力作用下等速升温，测定试样的形变随温度的变化，得到形变-温度曲线。 线型非晶态高聚物的三种物理状态 ： 玻璃态、 高弹态、 黏流态? ?●线型非晶态高聚物的三种物理状态的对比? 高分子材料的形变机理: (a)普弹形变 (b)高弹形变 (c)流动形变 高聚物的玻璃化转变本质上是链段运动从冻结至自由(或自由至冻结)的转变。 高聚物的玻璃化转变温度Tg 主要与分子链的柔性有关。 分子链柔性愈大，Tg愈低。 非晶态高聚物的流动温度Tf随相对分子质量的增加而提高。 高聚物的三种力学状态和两个转变温度具有重要的实际意义。 常温下处于玻璃态的非晶态高聚物可作为塑料，其最高使用温度为Tg; 常温下处于高弹态的高聚物可作为橡胶，其最低使用温度为Tg。 粘流态是高聚物成型中最重要的状态。非晶态高聚物利用粘流态进行加工成型时，成型温度一般在Tf-Td( Td为分解温度)之间。 9.2 高聚物的高弹性 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。 1. 弹性形变大 可达1000％，金属1％ 高弹性的特点 2. 弹性模量小，E很小 3.高弹模量随热力学温度的升高而成正比地增加，而金属材料的弹性模量随温度的升高而下降。 4. 绝热拉伸时, 高弹态高聚物的温度升高, 而金属材料的温度下降。 5.形变需要时间－高弹松弛特性： 受到外力（应力恒定）压缩或拉伸时，形变总是随时间而发展，最后达到最大形变，这种现象叫蠕变。链段的运动需要克服分子间的内摩擦力，达到平衡位置需要一定的时间。 普通弹性应变对外力的响应是瞬时完成的。 高弹性的本质是熵弹性，即高弹形变主要引起体系的熵变。而普通弹性的本质是能弹性，即普弹形变主要引起体系的内能变化。高弹形变时，高分子链通过链段运动从卷曲的构象转变为伸展的构象，引起熵的减少，是自发现象。 温度升高时，高分子链段的热运动更加剧烈，自发趋于卷曲构象的倾向更大，要克服这种倾向而使之伸展(即形变)所需要的外力就愈大。即高弹模量随温度的升高而增加。 高弹形变中，链段发生相对迁移时，需要克服一定的内摩擦力。因此高分子链从一种构象转变到另一种构象需要一定的时间，实际高弹形变对应力的响应往往不可能瞬间完成，这就叫做实际高弹性的松弛特性。 9.3 高聚物的粘弹性 高分子材料的力学行为既不符合虎克定律，又不符合牛顿定律，而是介于弹性和粘性之间，应力同时依赖于应变和应变速率。这种特性称为粘弹性。 如果粘弹性是虎克弹性和牛顿粘性的组合，则称为线性粘弹性，否则称为非线性粘弹性。 高分子材料的几种典型的线性粘弹性行为。 1. 蠕变 蠕变是物体在恒定应力作用下其形变随时间逐渐增大的现象。 在阶梯应力(a)的作用下，理想弹性体(b)和理想粘性体(c)的形变(ε)-时间(t)的关系: 材料的抗蠕变性能反映制品的尺寸稳定性。 高聚物的蠕变行为与高分子的链结构与聚集态结构有关，也与温度、作用力等外界因素有关。 分子链的刚性增加、相对分子质量增大、交联密度增大、温度降低和作用力(外力)减小都有利于减少蠕变。 热固性塑料的抗蠕变性能一般比热塑性塑料的好; 橡胶硫化(交联)的目的之一就是要消除因粘性流动引起的蠕变。 应力松弛是维持物体恒定应变所需的应力随时间衰减的现象. 2. 应力松弛 初始应力，产生普弹形变和部分高弹形变。 应力的继续作用，高弹形变和粘性流动形变将随时间而增加。 维持形变不变，减小应力，弹性形变减小，而粘性形变逐渐提高至应力为零。 交联高聚物不可能产生粘性流动形变，应力不可能松弛到零。 表征高聚物应力松弛特性的物理量是应力松弛模量: 一切加速蠕变过程的因素同样加速应力松弛过程。 9.4 高聚物的应力--应变行为 1. 高聚物的应力-应变行为 高聚物室温下的应力-应变曲线: (1)刚而脆，如聚苯乙烯塑料;(2)刚而强，如有机玻璃、硬聚氯乙烯等; (3)软而韧，如橡胶材料;(4)刚而韧，如聚碳酸醋和一些部分结晶高聚物. 2. 高聚物的屈服与冷拉 许多高聚物在一定的条件下能屈服。有些屈服后产生很大的塑性形变。本质不同于金属材料的屈服。 玻璃态高聚物在Tb-Tg之间和部分结晶高聚物在Tb-Tm之间典型的拉伸应力-应变曲线以及试样形状的变化过程。 高聚物的屈服现象是拉伸中出现的细颈现象。它是独特的力学行为。 如