聚合物力学行为

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高聚物的结构与性能—聚合物的力学状态及其转变

侧基的极性越强，数目越多，Tg越高，如：
CH2 CH
CH2CH
CH2CH
CH2CH
CH3
Cl
OH
CN
聚丙烯) -18
81
85
90
刚性侧基的体积越大，分子链的柔顺性越差，Tg越高，
如：
CH2 CH
CH2 CH
CH2CH
CH2CH
CH3
H3C C CH3
N
CH3
聚丙烯 Tg (oC) -18
率突变区，这两个突变区把热-机械曲线分为三个区域，分
别对应于三种不同的力学状态，三种状态的性能与分子运
动特征各有不同。
III
形变I
II 温度
第七章聚合物的结构与性能
玻
璃
态
形变
I
III II
温度
在区域I，温度低，链段运动被冻结，只有侧基、链节、链长、键角等的局部运动，因此聚合物在外力作用下的形变小，具有虎克弹性行为：形变在瞬间完成，当外力除去后，形变又立即恢复，表现为质硬而脆，这种力学状态与无机玻璃相似，称为玻璃态。
Tm<Tf
Tm>Tf
形
变
高结晶度（>40%)
聚合物
Tg
温度
Tm
第七章聚合物的结构与性能
7.5.3 力学状态的分子运动特点
聚合物的分子运动具有以下特点：（1）运动单元的多重性：
聚合物的分子运动可分小尺寸单元运动（即侧基、支链、链节、链段等的运动）和大尺寸单元运动（即整个分子运动）。（2）聚合物分子的运动是一个松弛过程：
CH2 CH
CH2-CH=CH-CH 2
CH3
CH3

聚合物材料的拉伸力学行为分析

聚合物材料的拉伸力学行为分析聚合物材料是一类应用广泛的材料，具有良好的可塑性和机械性能，因此在工程领域中扮演着重要的角色。

本文将从拉伸力学角度分析聚合物材料的行为，探讨其力学性能以及影响因素。

聚合物材料在受力过程中表现出与金属材料有所不同的力学行为。

聚合物材料具有弹性和塑性的特点，具有一定的延展性和变形能力。

当施加拉伸力时，聚合物材料会发生变形，随着施力增加，材料逐渐拉伸，直至达到强度极限。

聚合物材料的力学行为主要受到分子结构和组成的影响。

首先，聚合物材料的分子结构对其力学性能产生直接影响。

聚合物的分子链通常是由聚合物单体通过共价键连接而成，分子量较大。

这种长链结构使得聚合物具有较高的延展性，能够承受较大的变形。

此外，分子链之间的相互作用力也会影响材料的力学行为。

例如，若分子链之间的相互吸引力较大，材料的强度和刚度会增加，而拉伸时的断裂变形则会减小。

其次，聚合物材料的组成也对其力学性能产生重要影响。

聚合物材料通常由基础聚合物以及添加剂构成，不同的组成与比例可以改变材料的物理化学性质。

例如，添加填充剂可以改善聚合物材料的强度和刚度，使其具有更好的抗拉伸性能。

同时，添加剂还可以改善材料的耐热性、耐候性等特性，提高其在不同环境下的应用范围。

此外，温度也是影响聚合物材料拉伸力学行为的重要因素之一。

由于聚合物材料的分子结构较为松散，分子链之间存在着相互作用力，因此在高温下，这些相互作用力会减弱，分子链易于滑动，导致材料的强度和刚度降低。

而在低温下，分子链之间的相互作用力会增强，材料变得脆性，易于发生断裂。

因此，温度对聚合物材料的强度和延展性都具有显著影响。

聚合物材料的拉伸力学行为还受到应变速率的影响。

当外力施加到聚合物材料上时，材料会发生塑性变形，分子链会发生滑移和伸展。

如果施加外力的速率很慢，分子链有足够的时间通过运动来适应应力，材料可以更充分地发生塑性变形。

然而，如果应变速率很快，分子链在较短的时间内无法适应外力，材料会发生脆性断裂。

聚合物材料力学行为和失效机理分析

聚合物材料力学行为和失效机理分析概述：聚合物材料是一类由重复单元组成的高分子化合物，具有轻质、高强度、耐化学品腐蚀等特点，广泛应用于各个领域。

在使用过程中，聚合物材料会受到外力的作用，其力学行为和失效机理的分析对于提高材料的性能和使用寿命至关重要。

本文将对聚合物材料的力学行为和失效机理进行分析，并探讨其在实际应用中的影响和优化措施。

一、聚合物材料的力学行为：聚合物材料的力学行为主要包括强度、刚度、塑性变形和疲劳行为。

1. 强度：聚合物材料的强度是指材料能够承受的最大外力或应力。

其中，拉伸强度是最常用的强度指标，表示材料在拉伸过程中的最大抗拉应力。

同时，还可以考虑材料的屈服强度、压缩强度等。

2. 刚度：刚度是指材料对外力的抵抗能力。

在聚合物材料的刚度分析中，弹性模量是一个重要指标，它反映了材料在应力加载下的变形程度。

聚合物材料普遍具有较低的弹性模量，表现为较高的变形能力。

3. 塑性变形：塑性变形是指材料在加载过程中能够发生可逆性变形的能力。

相比于金属材料，聚合物材料的塑性变形能力较弱，容易出现塑性失效，如破裂、开裂等。

4. 疲劳行为：疲劳行为是指材料在长时间重复加载下的变形和失效。

聚合物材料具有低强度、高韧性和易疲劳的特点，疲劳损伤往往是由于长期受到周期性加载而引起的，如振动、循环载荷等。

二、聚合物材料的失效机理：聚合物材料的失效机理主要包括应力集中、开裂和老化。

1. 应力集中：聚合物材料在受到外力作用时，容易产生应力集中现象，导致材料局部应力和变形增大。

应力集中会引起裂纹的扩展，最终导致材料的失效。

2. 开裂：聚合物材料的开裂行为是由于材料内部的缺陷或外部的应力超过材料的承载能力而引起的。

开裂可分为静态开裂和动态开裂，静态开裂主要是由于静态应力或静态应变引起的，动态开裂则是由于载荷的频率和幅度引起的。

3. 老化：聚合物材料随着时间的推移，可能会发生老化现象，导致材料性能的衰退和失效。

聚合物材料的老化主要表现为材料硬化、脆化、变形率的增加等，这些变化可能是由于化学反应、热量和光照等因素引起的。

聚合物材料微纳结构与力学行为分析

聚合物材料微纳结构与力学行为分析聚合物材料是一种由高分子聚合物组成的材料，具有广泛的应用领域，如塑料制品、橡胶制品、纺织品、涂料和粘合剂等。

在微纳米尺度下，聚合物材料的微纳结构和力学行为对其性能和应用具有重要影响。

本文将从微纳结构与力学行为两个方面进行分析。

首先，微纳结构是指材料在微米和纳米尺度上的结构组成和排列方式。

聚合物材料的微纳结构受到聚合物链的排列方式、分子链的取向、序列的规律性等因素的影响。

一种常见的聚合物微纳结构是无定形结构，即聚合物链呈现随机排列的状态。

无定形结构的聚合物材料具有良好的可变形性和可塑性，适用于制备塑料制品等在弯曲、拉伸等力学应力下承受变形的材料。

此外，无定形结构的聚合物材料还具有较高的弥散性，使材料具有良好的熔融流动性，有利于塑料加工等工艺。

另一种常见的聚合物微纳结构是定向结构，即聚合物链在一定程度上具有有序排列的结构。

定向结构的聚合物材料具有较高的强度和刚性，适用于制备高强度材料和纤维等需要具有较大承载能力的材料。

常见的定向结构包括拉伸定向结构、压缩定向结构和取向结构等。

此外，聚合物材料的微纳结构还受到添加剂和处理方法等因素的影响。

添加剂可以改变聚合物链的排列方式和分子链的取向，进而调控材料的性能。

例如，添加纤维增强剂可以增加聚合物材料的强度和刚性，添加阻燃剂可以提高聚合物材料的阻燃性能。

其次，力学行为是指聚合物材料在受力作用下的变形和破坏行为。

聚合物材料的力学行为受到微纳结构和外界加载条件等因素的综合影响。

在静态条件下，聚合物材料具有线性弹性行为和非线性弹性行为。

在弹性阶段，聚合物材料具有良好的回弹性和变形能力。

然而，随着加载的增加，聚合物材料会逐渐切换到非线性弹性行为，表现为应力-应变曲线的非线性特性。

非线性弹性行为常见的力学性质包括弹性模量的非线性、屈服点的存在和刚塑性转变等。

在动态条件下，聚合物材料表现出颗粒分布和能量吸收等特性。

当聚合物材料受到动态加载时，聚合物链之间的相互作用会导致部分能量转化为热能，从而使材料具有能量吸收的行为。

交联聚合物动态力学行为模型及应用研究

交联聚合物是一种特殊的聚合物，其中聚合物分子内部存在着交联点，这些交联点使得聚合物分子间形成了网络结构。

交联聚合物的动态力学行为模型是指研究交联聚合物在加载和拉伸过程中力学行为的数学模型。

交联聚合物的动态力学行为模型主要用于研究交联聚合物的力学性能，包括模量、弹性极限、断裂应变、断裂强度等。

这些性能对于交联聚合物的应用非常重要，可以用来设计和优化交联聚合物的结构和性能。

交联聚合物的动态力学行为模型可以用来研究各种不同的交联聚合物，包括热塑继续交联聚合物的动态力学行为模型可以用来研究各种不同的交联聚合物，包括热塑性塑料、热固性塑料、橡胶和复合材料等。

这些交联聚合物在不同的应用中都有独特的力学行为，因此需要分别建立适用的动态力学行为模型来研究。

交联聚合物的动态力学行为模型的应用研究主要是为了更好地理解交联聚合物在加载和拉伸过程中的力学行为，并为设计和优化交联聚合物的结构和性能提供理论支持。

这种研究对于交联聚合物的应用非常重要，因为交联聚合物在工业和日常生活中广泛使用。

联聚合物的动态力学行为模型研究主要采用实验方法和理论分析方法。

实验方法包括力学性能测试和力学性能表征。

力学性能测试是指对交联聚合物进行拉伸、弯曲、剪切等加载试验，测量其力学性能参数，包括模量、弹性极限、断裂应变、断裂强度等。

力学性能表征是指对交联聚合物的力学性能进行分析和表征，包括力学模型拟合、结构性能关系分析等。

理论分析方法包括数值模拟和理论推导。

数值模拟是指使用计算机进行交联聚合物的动态力学行理论分析方法包括数值模拟和理论推导。

数值模拟是指使用计算机进行交联聚合物的动态力学行为模拟，使用数值方法求解动态力学方程。

这种方法可以帮助科学家更好地理解交联聚合物的力学行为，并且可以快速验证理论推导的结果。

理论推导是指使用数学方法对交联聚合物的力学行为进行分析和推导，建立力学模型来描述交联聚合物的力学行为。

这种方法可以帮助科学家更好地理解交联聚合物的力学机制，并为设计和优化交联聚合物的结构和性能提供理论依据。

第十章聚合物材料的力学性能

第十章聚合物材料的力学性能§10-1聚合物材料的结构与性能特点分子质量大于1万以上的有机化合物称为高分子材料，是由许多小分子聚合而成，故又称为聚合物或高聚物。

原子之间由共价键结合，称为主价键；分子之间由范德瓦尔键连接，称为次价键。

分子间次价键力之和远超过分子中原子间主价键的结合力。

拉伸时常常先发生原子键的断裂。

聚合物的小分子化合物称为单体，组成聚合物长链的基本结构单元则称为链节。

聚合物长链的重复链节数目，称为聚合度。

天然的聚合物有木材、橡胶、棉花、丝、毛发和角等。

人工合成聚合物有工程塑料、合成纤维、合成橡胶等一、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。

见图9-1。

(图9-2)。

长支链、短支链；线型交联分子链、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9-3。

）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。

无规则线团链、伸展链、折叠链、螺旋链等构象(图9-5)。

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、性能特点(1)密度小； (2)高弹性； (3)弹性模量小（刚度差）；(4)粘弹性明显。

§10-2线型非晶态聚合物的变形线型非晶态聚合物是指结构上无交联、聚集态无结晶的高分子材料。

随温度不同而变化，可处于玻璃态、高弹态和粘流态三种力学状态(图9-7)tb一脆化温度 tg一玻璃化温度 tf一粘流温度图9-8为非晶态聚合物在不同温度下的应力一应变曲线。

高分子材料高聚物的分子运动与力学状态

高分子材料高聚物的分子运动与力学状态引言高分子材料是一种由连续的重复单元构成的聚合物材料。

在材料科学领域，研究高分子材料的分子运动和力学状态对理解材料性质和行为至关重要。

了解高聚物的分子运动和力学状态有助于优化材料设计、改进材料性能，并应用于各种领域，如生物医学、电子器件、纳米技术等。

高聚物的分子运动高聚物的分子运动主要包括乌尔布雷希特运动和扭曲运动。

乌尔布雷希特运动是高聚物链的摆动和旋转运动，其中链段在某一时刻的位置可以被视为围绕平均位置进行振动。

扭曲运动是高分子链的连续扭转运动，由旋转键和左旋键之间的相互作用引起。

高分子材料的分子运动主要受到温度和外部应力的影响。

温度的升高会增加高聚物链的摆动和旋转运动的速率，从而增加整体材料的流动性。

外部应力会导致高聚物链的拉伸和扭转，改变材料的形状和力学性能。

高聚物的力学状态高聚物材料的力学状态可以分为固态、流动态和弹性态。

在固态中，高聚物链之间的空隙较小，链的摆动和旋转受限制，材料呈现刚性和坚固的性质。

在流动态中，高聚物链的摆动和旋转增加，材料呈现流动性，可以被塑性加工和注射成型。

在弹性态中，高分子链在受到外部应力后，发生可逆形变，材料在去除应力后可以恢复原状。

高聚物材料的力学状态可以通过物理测试和分析方法来确定，例如拉伸试验、硬度测量和动态力学分析。

拉伸试验可以测量材料的强度、延展性和断裂性能，硬度测量可以评估材料的硬度和刚度，动态力学分析可以研究材料的粘弹性和弹性恢复能力。

高聚物材料的应用高聚物材料由于其丰富的性质和可调控性，在各种领域中有广泛的应用。

以下是一些常见的应用领域：1.生物医学领域：高聚物材料可以用于制造人工器官、药物传输系统和医疗设备，具有良好的生物相容性和可降解性。

2.电子器件领域：高聚物材料可以用作电子器件的绝缘层、封装材料和柔性电子材料，具有优异的电气性能和机械可塑性。

3.纳米技术领域：高聚物材料可以用于纳米级分子组装和纳米颗粒制备，用于制备纳米传感器、纳米药物传递系统等。

聚合物的力学性质

7.3聚合物的力学性质聚合物作为材料使用时，对它性质的要求最重要的还是力学性质。

比如作为纤维要经得起拉力；作为塑料制品要经得起敲击；作为橡胶要富有弹性和耐磨损等等。

聚合物的力学性质，主要是研究其在受力作用下的形变，即应力－应变关系。

7.3.1应力－应变曲线7.3.1.1什么是应力和应变当材料在外力作用下，而材料不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变称为应变。

材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定义单位面积上的这种反作用力为应力。

材料受力方式不同，形变方式也不同。

常见的应力和应变有：（1）张应力、张应变和拉伸模量材料受简单拉伸时（图7-34），张应力：张应变（又称伸长率）：拉伸模量（又称杨氏模量）：（2）（剪）切应力、（剪）切应变和剪切模量应力方向平行于受力平面，如图7-35所示。

切应力切应变剪切模量还有一个材料常数称泊松（Poisson）比，定义为在拉伸试验中，材料横向单位宽度的减小与纵向单位长度的增加的比值（注：加负号是因为Δm为负值）可以证明没有体积变化时，υ＝0.5，橡胶拉伸时就是这种情况。

其他材料拉伸时，υ<0.5.υ与E和G之间有如下关系式：因为0<υ≤0.5，所以2G<E≤3G。

也就是说E>G，即拉伸比剪切困难，这是因为在拉伸时高分子链要断键，需要较大的力；剪切时是层间错动，较容易实现。

7.3.1.2强度极限强度是材料抵抗外力破坏能力的量度，不同形式的破环力对应于不同意义的强度指标。

极限强度在实用中有重要意义。

（1）抗张强度在规定的试验温度、湿度和试验速度下，在标准试样（通常为哑铃形，见图7-36）上沿轴向施加载荷直至拉断为止。

抗张强度定义为断裂前试样承受的最大载荷P与试样的宽度b和厚度d的乘积的比值。

抗张强度（2）冲击强度是衡量材料韧性的一种强度指标。

定义为试样受冲击载荷而折断时单位截面积所吸收的能量。

冲击强度式中：W为冲断试样所消耗的功；b为试样宽度；d为试样厚度。

聚合物的蠕变,应力松弛,滞后和内耗

在聚合物科学中，蠕变、应力松弛、滞后和内耗是与聚合物材料的力学行为相关的术语。

蠕变（Creep）：蠕变是指在持续受到应力的情况下，聚合物材料会随着时间的推移发生形变。

蠕变是一个时间依赖的现象，即应力施加时间越长，形变越明显。

蠕变通常由于聚合物链的重新排列和滑移引起，导致聚合物结构的变化。

蠕变是一种可逆现象，当去除应力时，材料会回弹至原始形态。

应力松弛（Stress relaxation）：应力松弛是指在一定的应变条件下，聚合物材料所受的应力会随着时间的推移逐渐减小。

这是因为聚合物链在应力作用下发生重排，使得材料内部的应力逐渐减小。

与蠕变不同，应力松弛通常是在给定应变条件下观察到的。

滞后（Hysteresis）：滞后是指聚合物材料在循环加载和卸载的过程中，其应力和应变之间存在的差异。

在加载期间，聚合物会表现出较高的应力响应，但在卸载期间，应力并不完全消失。

这种差异是由于聚合物链的结构重排和能量耗散引起的。

滞后现象常见于高分子弹性材料，如弹簧和橡胶。

内耗（Internal friction）：内耗是指聚合物材料在受力或形变时，由于分子内部摩擦和相互作用而产生的能量损耗。

内耗可以导致材料的能量耗散和温升。

聚合物材料的内耗通常与材料的分子结构、聚合度和温度等因素有关。

内耗在聚合物的动态力学性能和阻尼特性中起着重要作用。

这些现象在聚合物工程和材料科学中具有重要的应用。

研究和了解聚合物的蠕变、应力松弛、滞后和内耗行为对于设计和开发具有特定力学性能和可靠性的聚合物制品非常重要。

固体物理学基础晶体的聚合物物理与聚合物材料

固体物理学基础晶体的聚合物物理与聚合物材料在固体物理学中，聚合物物理和聚合物材料是重要的研究领域之一。

聚合物物理研究聚合物的结构、性质和行为，而聚合物材料则广泛用于日常生活和工业应用中。

本文将介绍固体物理学基础晶体的聚合物物理和聚合物材料的相关知识。

一、聚合物物理的基础概念聚合物是由重复单元组成的长链大分子，具有多种特殊性质。

聚合物物理研究的重点包括聚合物的构型、动力学和热力学性质。

1. 构型：聚合物的构型是指聚合物链的形状和排列方式。

在晶型聚合物中，聚合物链按照规则的排列方式堆积形成晶体。

而在无定形聚合物中，链的排列方式无规则性，结构非常松散。

2. 动力学：聚合物的动力学行为研究的是聚合物链的运动和行为。

聚合物链在溶液中可以呈现出扩散、旋转、交缠等自由度的运动。

而在固态聚合物中，由于不同的结构和排列方式，聚合物链的运动受到限制。

3. 热力学：聚合物的热力学性质研究的是聚合物在不同温度和压力条件下的稳定性和相变行为。

聚合物的玻璃化转变是其中重要的现象。

当聚合物在低温下快速冷却时，分子无法摆脱原有的位置，形成非晶态玻璃。

而在高温下，聚合物分子则有足够的能量，可以发生流动。

二、聚合物材料的分类和应用聚合物材料广泛应用于各个领域，如塑料制品、纤维材料、电子器件等。

根据聚合物的来源和制备方法，聚合物材料可以分为合成聚合物和天然聚合物。

1. 合成聚合物：合成聚合物是人工合成的聚合物，包括聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯等。

合成聚合物的制备可以通过聚合反应将单体分子连接成长链聚合物，通过调节反应条件和配方可以得到具有不同性质的聚合物材料。

2. 天然聚合物：天然聚合物是存在于生物体内的聚合物，如蛋白质、淀粉和天然橡胶等。

天然聚合物的结构和性质受到生物体内环境的调控，因此具有独特的特性和功能。

聚合物材料的应用广泛，其中塑料制品是最常见的应用之一。

塑料是合成聚合物的一种，通过调节聚合反应条件和配方可以得到具有不同性能的塑料材料，如聚乙烯袋、聚氯乙烯管道等。

第六章聚合物的力学性能ppt课件

ΔV ―体积变化 V0 ―原始体积
B PV0 V
三种应变模量的关系
对于各向同性的材料有
E = 2G (1+ν) = 3B (1-2 ν)
ν(泊松比):横向形变与纵向形变之比
m m0 横向形变纵向形变
t
t 0
0
一般材料ν约为0.2~0.5 注意!上述四个参数中只有两个是独立的
常用的几种力学强度
当材料所受的外力超过材料的承受能力时，材料就发生破坏。机械强度是衡量材料抵抗外力破坏的能力，是指在一定条件下材料所能承受的最大应力。
根据外力作用方式不同，主要有以下三种：
（i）抗张强度
衡量材料抵抗拉伸破坏的能力，也称拉伸强度。
P
在规定试验温度、湿度和实验速度下，在标准试样上宽度b 厚度d 沿轴向施加拉伸负荷，直至试样被拉断。
落后于应力依赖熵弹性
高弹性的特点
1、形变大 100～1000%；一般金属材料的弹
性形变不超过1% 模量小只有104N/m2左右，T↑，E↑
一般金属材料达109N/m2 , T↑,E↓
2、形变时伴有明显的热效应拉伸时，橡胶会放出热量，T↑; 回缩时吸热
T↓。金属则相反。
3、高弹形变是一个松驰过程，具有时间依赖性，通常需要一定时间才能达到平衡状态。
高弹态聚合物的力学性质
橡胶材料是重要的高分子材料之一，在Tg以上，处于聚合物特有的高弹性力学状态。高弹性无疑是这类材料显著的特征或说独特的性质，是材料中一项十分难得的可贵性能，被广泛用于各个领域，其作用是不可替代的。
橡胶的分子结构和高弹性的本质长期以来一直受到人们的注视和研究；提高橡胶的耐寒性和耐热性即扩大橡胶的使用范围，成了人们新的课题。

聚合物的力学三态为

聚合物的力学三态为力学三态，也称力学变态，是指多元聚合物(polymer)在荷载或应力施加时表现出来的性能变化。

它包括热塑性、疲劳、弹性和断裂等特性。

热塑性也称可塑性，是指多元聚合物在外力施加时，被拉伸、延展、切口等方式弹性变形，而后继续回到初始状态的能力。

它可以根据变形的程度来分为完全可塑性和部分可塑性。

完全可塑性是指多元聚合物在变形的同时仍保持着不受损的结构。

部分可塑性是指多元聚合物变形后形状发生了一定的变形，同时伴随着结构的变形或破裂等情况。

疲劳是指多元聚合物受划、施加载荷后，由于载荷的周期性变动而导致材料性能变差的现象。

疲劳可以分为有限疲劳和无限疲劳。

有限疲劳主要是指载荷周期性的变化可以满足一定的标准，而无限疲劳是指载荷周期性变化不受限制。

疲劳发生的原因主要是多元聚合物柔性超弹而导致的。

弹性是指多元聚合物在某一应力范围内，施加总力和应力可以产生非线性变化，但是当所施作力终止时释放，其本应力可以完全恢复原来的值，称之为弹性。

断裂是指多元聚合物在受力时，其结构破坏至一定程度无法恢复原样的可塑性。

断裂可以分为完全断裂和部分断裂。

完全断裂指的是多元聚合物结构彻底破坏，破坏区域发生断口。

部分断裂指的是多元聚合物结构受到变形而没有完全断裂，但是失去了它原始结构性能。

断裂是多元聚合物在受力时应力缓慢变化，并最终发生断裂，也可以根据其断裂模式来分为连续断裂和离散断裂。

力学三态是多元聚合物在外力施加时，表现出来的性能变化，包括热塑性，疲劳，弹性和断裂等特性。

热塑性可以用来衡量多元聚合物的可塑性，并分为完全可塑性和部分可塑性。

疲劳则可以通过载荷的周期性变动来确定多元聚合物的性能变化。

而弹性则是多元聚合物在某一应力范围内，所施作的力施加和可以恢复原来的状态，断裂则是指多元聚合物在受力时其结构破坏至一定程度无法恢复原来形态，并可以根据断裂模式来分为连续断裂和离散断裂。

力学三态是多元聚合物性能研究的重要指标，是了解多元聚合物性能变化和优化设计中不可或缺的因素。

聚合物材料力学行为和失效机理分析

聚合物材料力学行为和失效机理分析聚合物材料是一类具有高分子结构的材料，由于其轻质、耐腐蚀和机械性能优良等特点，在各个领域得到广泛应用。

然而，聚合物材料在使用过程中可能会出现力学行为的变化和失效。

因此，对聚合物材料的力学行为和失效机理进行深入分析是十分重要的，有助于提高材料的性能和使用寿命。

聚合物材料的力学行为是指随着外力的作用，材料表现出的力学性能和行为特点。

聚合物材料具有高弹性和低刚性的特点，其力学行为主要受到聚合物分子间键的特性和分布的影响。

聚合物链的化学结构、分子量以及交联密度等因素都会对材料的力学性能产生影响。

弹性力学中的应力-应变关系描述了聚合物材料的力学行为。

聚合物材料的应力—应变曲线呈现出非线性行为，在小应变范围内弹性模量较大，而在大应变范围内则变得较小。

这是由于聚合物链的取向、排列以及分子间力的变化导致的。

此外，温度、湿度等环境条件也会对聚合物材料的力学性能产生影响。

聚合物材料的失效机理是指在外界作用力下，聚合物材料出现破裂、劣化或失效的原因和过程。

聚合物材料的失效机理主要包括疲劳失效、断裂失效和老化失效等。

疲劳失效是指在重复加载下，聚合物材料发生裂纹扩展和破坏的现象。

这是由于聚合物材料的分子链在外力作用下发生断裂并积累破裂能量的过程。

聚合物材料的断裂失效是指在外力作用下，材料出现破裂、断裂和断裂扩展的现象。

这是由于聚合物材料的内部缺陷、组织结构和外力作用等因素共同作用的结果。

老化失效是指聚合物材料在长时间使用过程中由于环境因素的作用而出现性能退化和失效的现象。

这是由于聚合物材料中的化学键或分子结构发生变化导致的。

为了更好地理解聚合物材料的力学行为和失效机理，可以采用一系列的实验和模拟方法。

在实验方面，可以通过拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等方式来研究材料的力学性能。

这些实验可以提供材料的弹性模量、屈服强度、断裂韧性等参数，从而分析材料的力学行为。

在模拟方面，可以利用分子动力学模拟、有限元分析和连续介质力学模型等方法，对材料的分子结构和力学行为进行定量描述和预测。

第八章聚合物的力学性能

2.) 在交变应力作用下，滞后产生的内耗可从聚合物材料的拉伸和回缩的应力－应变曲线进行理解
橡胶拉伸－回缩和拉伸－压缩循环应力－应变曲线
表征滞后现象参数：储存模量、损耗模量(或复数模量)损耗角正切
四、粘弹性力学模型
理想模型：理想弹簧和理想粘壶理想弹簧：代表符合虎克定律的理想固体
E / D
应力松弛过程总形变恒定，有：
d 1 d 0 dt E dt
d E dt
(t) 0et /
t = 0－τ，有： 0 / e 0.370
2、伏伊特模型
结构：由一个理想弹黄与一 σ1
E
ησ2
个理想粘壶并联而成，如图
1 2
定义：高分子材料在交变应力作用下，形变落后于应力的现象
橡胶轮胎应力和应变随时间的变化曲线，如图滞后现象，如图
原因：高分子材料也是一个松弛过程
影响因素： 1.) 化学结构； 2.) 外力作用频率、温度等
对聚合物性能的影响：
1.) 如果使用的聚合物发生了滞后现象，则在每一个循环中都要消耗功－力学损耗；这种消耗功转变成热能释放出来，会导致聚合物本身的温度升高，从而影响材料的使用寿命；
晶态聚合物的拉伸：晶态聚合物典型的应力-应变曲线，如图
未经拉伸的晶态聚合物中，其微晶排列是杂乱的，拉伸使得晶轴与外力方向不同的微晶熔化，分子链沿外力方向取向再重排结晶，使得取向在熔点以下不能复原，使得产生的形变也不能复原，但加热到熔点附近形变能复原，因此晶态聚合物的大形变本质上也属高弹性

0
E0

0
E
1
exp

t

形状记忆聚合物力学行为数值模拟

形状记忆聚合物力学行为数值模拟今天，在新型聚合物材料研究中具有很重要的意义，形状记忆聚合物。

它具有优异的物理性质，如高弹性和能量回收，因此被广泛应用于航空航天、机械、电子、医疗和汽车工业领域。

因此，研究形状记忆聚合物流变行为对于理解其力学性能的实现具有重要的意义。

近年来, 数值模拟已经受到广泛的关注，尤其是为了解释形状记忆聚合物（SMP）力学行为。

目前，为了研究形状记忆聚合物力学行为，一些数值模拟方法已经被提出。

首先，基于非线性Finite Element Method（FEM）的模型已被提出来研究形状记忆聚合物力学行为，这些模型利用刚体-柔性复合结构模型，随时间变化的弹性模量和应变能量能够模拟形状记忆聚合物的宏观行为，特别是形状变形、包裹和反结晶行为。

但是，这种模型假设材料受到准稳定外力，但实际上不是这种情况，在实际应用中，形状记忆聚合物会遭受拉伸、压缩和挠曲的外力，因此FEM基于准稳定外力的假设可能会影响对形状记忆聚合物力学行为的预测。

其次，受到鲁棒型形状记忆聚合物（RSM）的启发，有关形状记忆聚合物力学行为数值模拟的非均匀场Theory（NofUFT）已被提出来。

这种非均匀场理论首先通过考虑Macromolecular Conception（MMC）中形状记忆聚合物结构之间的相互作用，从而提出了一个特殊的在线性和非线性力学行为之间平衡的Kirchhoff准则。

然后，它利用基于有限元的性质来求解准则公式，从而获得形状记忆聚合物的力学回应。

与FEM模型不同，这种非均匀场理论能够模拟具有不同加载和热处理条件下形状记忆聚合物的非线性行为，例如形状变形和恢复。

此外，通过融合Ogden理论和聚合物熔体结晶动力学模型的能量法，研究者已经成功地提出了基于能量的模型来研究形状记忆聚合物的力学行为。

这种能量模型能够提供准确的形状记忆聚合物的非线性行为，从而可以仿真出各种不同的加载状态下形状记忆聚合物的不同行为，包括包裹、反结晶和复原等。

聚合物的力学性能ppt课件

பைடு நூலகம்呈发亮的银色条纹，因此称为银纹。
25
第八章聚合物的力学性能
2.银纹与裂缝的区别：裂缝是空的，内部无聚合物；而裂纹内
部并不是完全空的，含有40％左右的聚合物仍然具有强度和
粘弹现象－称为银纹质－联系起两银纹面的树状或者片状高度
取向聚合物。银纹处的密度低，折光指数低，故在界面上出现
全反射现象。
26
第八章聚合物的力学性能
29
第八章聚合物的力学性能
8.6影响聚合物实际强度的因素
凡是有利于提高材料的弹性模量、有利于增加断裂过程的表面
功和增加分子稳定性的因素，都使材料的强度提高；凡是使材
料形成弱点而增加应力分布的不均匀性的因素，都使材料的强
度下降。
影响聚合物材料强度因素有内因和外因两个因素。
30
第八章聚合物的力学性能
原因：取向后分子沿外力的方向有序排列，断裂时主价键比
塑性形变
Strain hardening
应变硬化
B
y
图2 非晶态聚合物在玻璃态的应力-应变曲线
5
聚合物的力学性能
6
聚合物的力学性能
从分子运动解释非结晶聚合物应力－应变曲线
（Molecular motion during tensile test 拉伸过程中高分子链的运动）
I Elastic deformation
这是时-温等效原理在高分子力学行为中的体现。
23
第八章聚合物的力学性能
8.4.2 断裂的裂缝理论
实验证明目前的工艺水平不能保证材料的表面和结构中不存在
裂缝和缺陷基于此断裂理论认为：这些裂缝和缺陷会使应力集
中于裂缝的尖端处，而远远高于试样所受的平均应力，当它达

聚合物材料的力学性能与变形行为分析

聚合物材料的力学性能与变形行为分析聚合物材料是一类具有广泛应用前景的材料，它们以其轻质、高强度和易加工性而备受关注。

在工程应用中，了解聚合物材料的力学性能和变形行为对于设计和优化材料结构具有重要意义。

本文将从力学性能和变形行为两个方面对聚合物材料进行分析。

一、力学性能的分析聚合物材料的力学性能主要包括强度、韧性、刚度和耐久性等指标。

首先讨论聚合物材料的强度。

聚合物材料的强度通常以拉伸强度、弯曲强度和压缩强度来表示。

拉伸强度指的是在拉伸加载下，材料能够承受的最大应力。

弯曲强度是指材料在弯曲加载下，能够承受的最大应力。

压缩强度则是指材料在受到压缩力作用时能够承受的最大应力。

这些强度指标既反映了聚合物材料的抗拉强度、抗弯强度和抗压强度，也对于材料的应用范围和使用寿命有着重要影响。

其次，韧性是评价聚合物材料的抗断裂能力的指标。

韧性可以通过测量断裂伸长率、断裂能量以及冲击韧性等来表征。

断裂伸长率是指材料在拉伸断裂时，断裂前后的长度差与断裂前的原始长度之比。

断裂能量则是指材料在断裂过程中吸收的能量。

冲击韧性则是评价材料在冲击加载下的抗冲击性能。

此外，刚度是描述聚合物材料抵抗变形的能力。

聚合物材料的刚度可以通过弹性模量来表征，弹性模量越大，意味着材料越难发生变形，刚度越高。

刚度与材料的应变硬化特性和空隙率等因素密切相关。

最后，耐久性是指材料在长期使用过程中能够保持其力学性能稳定的能力。

聚合物材料的耐久性主要包括抗疲劳性、耐腐蚀性和耐温性等。

抗疲劳性指材料在反复加载下不断延伸其使用寿命。

耐腐蚀性和耐温性则是指材料在恶劣环境条件下能够保持其性能不受损害。

二、变形行为的分析聚合物材料的变形行为是指材料在外界力的作用下产生的形变和位移现象。

聚合物材料的变形行为可以分为弹性变形、塑性变形和破坏性变形。

弹性变形是指材料在受力作用下，能够恢复到原始形状的变形过程。

聚合物材料的弹性变形主要受到材料的弹性模量和材料结构的影响。

聚合物的力学性质和在材料中的应用

聚合物的力学性质和在材料中的应用聚合物是由多个单元分子通过化学键结合而成的高分子化合物。

其力学性质是决定其材料应用的重要因素之一。

聚合物具有很多优异的力学特性，如弹性、刚性、韧性和可塑性等，在现代工业和相关领域得到了广泛的应用。

一、聚合物力学基础在讨论聚合物的力学性质之前，首先需要了解一些基础概念。

聚合物的分子结构通常由主链和侧链构成。

主链是由相同或不同的单元分子通过共价键结合而成的线性或分支链。

而侧链则是将主链上某些碳原子上的一个或多个氢原子替换为其他化学基团，如甲基、醇基等，以改变聚合物的特性。

聚合物的化学键可以被分为共价键和非共价键。

共价键对于聚合物的强度和稳定性至关重要，而非共价键（如氢键、离子键和范德华力等）则决定了聚合物的物理性质。

其中，氢键在聚合物中起着至关重要的作用，特别是在分子之间形成相互作用力时。

氢键可以提供聚合物中的相互吸引，促进分子的聚集和结晶，从而影响聚合物的机械性质。

二、聚合物的力学性质聚合物具有很多独特的力学性质，如弹性、刚性、韧性和可塑性等。

以下是其中的一些例子：（一）弹性聚合物具有很好的弹性，即在受到外力作用后可以迅速恢复原状。

这是因为聚合物的分子结构中通常含有弹性链段。

这些链段可以在受到拉伸和压缩等力作用后弯曲或伸展，从而使聚合物可以承受较大的应力和变形，同时又可以迅速回复原状。

（二）刚性与弹性不同，聚合物还具有很高的刚性。

聚合物的刚性主要取决于分子的主链结构和分子量大小。

单元分子之间的相互作用力越强，分子内的键键距离越短，聚合物的刚性也就越大。

（三）韧性聚合物的韧性是指材料在受到外部冲击或剪切力时，能够抵抗断裂破坏的能力。

这一特性取决于分子的主链结构和聚合物的交联程度。

聚合物的主链越为复杂，分子之间的交联越紧密，聚合物的韧性也就越高。

（四）可塑性聚合物还具有很高的可塑性。

当聚合物的主链被拉伸或受到压缩时，聚合物的分子会弯曲或伸展，并在分子结构上发生平行位移。