文档介绍：§2 高分子的力学性能
研究目的:
•求得高分子各种力学性能的宏观描述和测试合理化,以作为高分子材料和制品设计的依据;
•寻求高分子宏观力学性能和各个层次微观结构的相互关系,用于了解具有特定性能材料的制备和高分子制品的加工成型。
研究内容:
玻璃态、结晶态屈服、破坏、强度
高弹态高弹性
力学松弛粘弹性
一、玻璃态和结晶态聚合物的力学性能
外力材料内在微观分子运动外在宏观力学性质(形变、应力、模量)
应变:外力作用下材料的几何形状和尺寸的变化
应力: 外力改变材料内部各个原子之间的相对位置和距离,原子力
图恢复原来的状态而产生内力,单位面积上的内力为(内)
应力。
平衡状态下内、外力大小相等,方向相反
(弹簧的弹性回复力= 拉力)
模量:引起单位应变所需的应力,表示材料刚硬度。
模量的倒数为柔量,材料容易形变程度的表征。
●外力作用的基本方式
①简单剪切:形状改变、体积不变
外力与截面相平行,大小相等,方向相反
剪切力σ= F / A
切应变γ= tanθ
剪切模量 G = σ/ γ
剪切柔量 J = γ/ σ
②本体压缩/ 膨胀:体积改变、形状不变
围压力 P
压缩应变= V / V0
本体模量 B = P V0 / V
可压缩度:V / PV0
③简单拉伸/压缩:纵向伸长、横向收缩
小形变真实形变
拉伸应力σ= F / A0 σ’= F / A
拉伸应变ε=L /L0 ε’=ln(L /L0)
杨氏模量 E = σ/ε
拉伸柔量 D =ε/σ
对于各向同性材料,3种模量之间有关系:
E=2G(1+ υ)=3B (1-2 υ)
υ:泊松比
拉伸实验中,材料横向单位宽度的减小与纵向单位长度的增加之比
υ= 横向应变/ 纵向应变= ε横向/ε纵向
理想体积不可压缩的弹性体: υ=
多数材料拉伸时体积膨胀: υ= -
②晶态聚合物的应力-应变曲线
线型非晶聚合物与晶态聚合物的拉伸行为比较
相同之处:均经历弹性变形、屈服、发展大形变、应变硬化阶段
大形变本质相同:均为强迫高弹形变。断裂前大形变在室温下均不能自发
回复,加热后都能回复原状。
(分子链段因大外力的作用发生运动而引起的大形变称作“冷拉”)
不同之处:产生强迫高弹形变的温度不同,拉伸中聚集态结构变化不同:
非晶态:Tb~Tg之间,结构变化只发生分子链取向,不发生相变
结晶:Tg~Tm之间,结构变化还包含结晶的破坏、取向和再结晶等过程
聚合物的应力—应变曲线的五种类型
曲线下面积表示韧性强度
——使材料破裂所需的能量
硬强脆
形变难易(模量大小); 断裂强度高低; 断裂伸长大小
软弱韧
类型形变产生屈服现象σε实例
软而弱易有低中凝胶,低分子量树脂
软而韧易有中大橡胶,软PVC,LDPE
硬而脆难无中小 PS,PMMA
硬而强难有高中硬PVC
硬而韧难有高大尼龙,PC