9聚合物材料的力学性能资料.pptxVIP

第九章 聚合物材料的力学性能;聚合物; 一、聚合物的基本结构 1、高分子链的构型 （近程结构） 由化学键所固定的几何形状——指 高分子链的化学组成、键接方式和立 体构型等。 长支链、短支链；交联分子链、三维 交联分子链。; 由两种以上结构单体聚合而成的聚合物称为共聚物。 聚合物的结晶很难完全。 （共聚物的几种形式如图） a）无规共聚， b）交替共聚， c）镶段共聚， d）接枝共聚; 2、高分子链的构象（远程结构） 一根巨分子长链在空间的排布形象，称为巨分子链的构象。 如无规则线团链、伸展链、折叠链、螺旋链等构象。 由于存在分子主链单键的内旋转，使得巨分子链的构象在不断变化中，故通常聚合物具有极好的弹性。;3、聚合物聚集态结构 聚集态结构包括 晶态结 构、非晶态结构及取向。 晶区与非晶区共存。结 晶度＜98％，微晶尺寸在 100A左右。 非晶态结构的高分子链 多呈无规则线团形态。　 在外力作用下，聚合物 的长链沿外力方向排列的 形态称为聚合物的取向。; 4、高分子材料结构特征归纳： ⑴聚合物为复合物（∵各个巨分子的分子量不一定相同）； ⑵聚合物有构型、构象的变化； ⑶分子之间可以有各种相互排列。 ;二、聚合物的主要物理、力学性能特点 (1)密度小 1.0～2.0g/cm2,是钢的～1/4、陶瓷的～1/2。 (2)高弹性 弹变100～1000％，金属只有0.1～1.0％。 (3)弹性模量小 E=0.4～4.0GPa，而金属则为30～300GPa。（刚度差） (4)粘弹性明显 高弹性对时间有强烈依赖性。应变落后于应力：室温下可能产生蠕变和应力松弛。; 聚合物的力学性能是其受力后的响应，如形变大小、形变的可逆性及抗破损性能等。;9.1 聚合物的应力应变曲线;9.1 聚合物的应力－应变曲线 Stress-strain curve ;;Conclusion： 非结晶聚合物形变经历了普弹形变、应变软化（屈服）、塑性形变(plastic deformation )（强迫高弹形变）、应变硬化四个阶段;从曲线上可得评价聚合物性能的力学参数:;（Molecular motion during tensile test 拉伸过程中高分子链的运动）; 处于玻璃态的非晶聚合物在拉伸过程中屈服点后产生的较大应变，移去外力后形变不能回复。若将试样温度升到其Tg附近，该形变则可完全回复，因此它在本质上仍属高弹形变，并非粘流形变，是由高分子的链段运动所引起的。 这种形变称为强迫高弹形变;由上式可见，应力越大，松弛时间越小，即外力降低了链段在外力作用方向上的运动活化能，因而缩短了沿外力场方向的松弛时间，当应力增加致使链段运动松弛时间减小到与外力作用时间同一数量级时，链段开始由卷曲变为伸展，产生强迫高弹性变形。;强迫高弹形变产生的条件:;9.1 聚合物的应力－应变曲线 Stress-strain curve ;图5 结晶聚合物的应力－应变曲线; 非晶和晶态聚合物的拉伸过程本质上都属高弹形变，但其产生高弹形变的温度范围不同，而且在玻璃态聚合物中拉伸只使分子链发生取向。;非晶与结晶聚合物相比较;冷拉Cold drawing;;9.1.3应力-应变曲线的类型Types of stress-strain curve ; 高分子链运动的特点，有明显的时间、温度依赖性——松弛特性，所以外力作用速度（拉伸速率）和温度对聚合物的应力-应变曲线有明显的影响。 硬而强型的硬质聚氯乙烯制品在很慢速率下拉伸也会发生大于100%的断裂伸长率，显现出硬而韧型特点。;9.1.4 外界条件对聚合物的拉伸破坏行为的影响;曲线1：在玻璃态（T《Tb）：直线关系，形变小，高模量，原因是由侧基等运动单元引起键长键角的变化引起。;a: TbTTg ;总之， 温度升高，材料逐步变软变韧，断裂强度下降，断裂伸长率增加； ?? 温度下降，材料逐步变硬变脆，断裂强度增加，断裂伸长率减小 ;二、应变速率的影响; 因为链段运动是松弛过程，外力的作用使松弛时间下降 ??若链段运动的松弛时间与外力作用速率相适应，材料在断裂前可发生屈服，出现强迫高弹性，表现为韧性断裂 ??若外力作用时间越短，链段的松弛跟不上外力作用速率，为使材料屈服需要更大的外力，材料的屈服强度提高，材料在断裂前不发生屈服，表现为脆性断裂;9.1 聚合物的应力－应变曲线 Stress-strain curve ;结晶度;Brittle-d