聚合物的应力-应变曲线
聚合物应力—应变曲线测定
图1 典 型 聚 合 物 拉 伸 应 力 -应 变 曲 线 图
弹性区: 塑性区 :
除去应力后材料能恢复原状. 材料产生塑性形变,不再恢复原状.
根据拉伸过程中屈服点的表现，伸长率的大小以及其断裂情况， 应力—应变曲线大致可分为以下五种类型：
σ3Biblioteka 1.软而弱 2.硬而脆5 4 2
3.硬而强 4.软而韧 5.硬而韧
σ = P / A0
L0
∆L
试样的伸长率即应变ε为 :
( MPa )
ε = ∆L / l0
(100%)
P
上式中P为拉伸载荷；A0为试样的初始截面 ;L0为试样标定 线间的初始长度；△L为拉伸后标定线长度的增长量。
典型的聚合物拉伸应力—应变曲线如图所示:
弹性区 塑性区
屈服点
屈服点 之前是 弹性区
屈服点 之后是 塑性区
Lo Ao
上夹具
光电编码器
试样 下夹具 移动架 手动控制箱
D IN 的标准双叉型试样
3.AG—2000A岛津材料试验机1台。
机架
AG --2000A岛津材料试验机原理简图
观察样 品的变 化
四.实验步骤
1.调试和安装好拉伸实验用的夹具及样品. 2.设定拉力机的实验条件(实验速度等).
样品
3.键入样品参数(标定间距、样品的厚度及 宽度) 4.检查条件无误后开始实验. 同时注意记录 仪的工作,观察扫描出来的 载荷-伸长曲线. 6.样品被拉断时停止实验.
1. 熟悉电子拉力机原理以及使用方法。 2. 测定聚合物的载荷—伸长曲线。 3.根据载荷—伸长曲线绘制应力—应变曲线和真 应力—真应变曲线。并计算各种拉伸力学性能。
二.实验原理
拉伸试验是在规定的试验温度、湿度和速度的条件下，对 标准试样沿其纵轴方向施加拉伸载荷，直到试样被拉断为止。
塑料不同情况下的应力应变曲线
主要内容
1
应力-应变曲 线的形式
2
不同条件下的 应力-应变曲线
3
玻璃态与结晶聚 合物的拉伸比较
1 应力-应变曲线的形式
按在拉伸过程中屈服点表现、伸长率大小及其断裂情况分五 种形式。
a—硬而脆；PS、PMMA、PF b—硬而韧；PA、PC c—硬而强；PVC d—软而韧；PE e—软而弱；高聚物凝胶
不发生相变；晶态聚合物还包含结晶的破坏，取向和再结晶
等过程(相变），凝聚态结构变化，缩颈明显。
谢谢大家
(3) 结晶聚合物的应力－应变曲线
-普弹形变 －屈服，缩颈（应变增大，应 力下降） －强迫高弹形变 -细颈化:试样重新被均匀拉伸， 应变随应力增加－应变硬化
与非晶态聚合物相比成颈现象更为明显（转折更明显）
结晶度
球晶大小
结晶度增加，屈服应力、模量、 大球晶使模量提高，断裂伸 强度等提高，断裂伸长率降低 长率和韧性降低
0°C 0~50°C
50~70°C 70°C
Results
脆性断裂（应变<10％） 屈服后断裂（应变20％） 韧性断裂（应变大）
无屈服
(2) 不同拉伸速率
由于聚合物的粘弹性本质，温度与应变速率对其影响是相 同的——时-温等效原理
拉伸 速率
拉伸速率
PMMA
增加拉伸速率与降低温度一致：模量、屈服应力、断裂强度增加，断 裂伸长率减小
注意
“软”和“硬”指模量的低或高，应力应变曲线的斜率，表征材料 抵抗形变的能力，斜率越大，模量越高，刚性越大，材料越硬
“弱”和“强”是指强度的大小，断裂时的应力高低
“脆”指无屈服现象而且断裂伸长很小，“韧”指断裂伸长和断裂 应力都较高。
高分子物理—聚合物的应力应变行为
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College of Materials Science and Engineering Liaocheng University
第三组制作
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
在不同条件下聚合物表现出的力学行为：
晶态聚合物“冷拉”的原因：
➢Tm以下，冷拉：拉伸成颈（球晶 应
中片晶的变形）
力
➢非晶态：Tg以下冷拉，只发生分 子链的取向
Y N
A
O
B D
应变
➢晶态：Tm以下，发生结晶的破坏， 取向，再结晶过程，与温度、应
变速率、结晶度、结晶形态有关
结晶聚合物的应力－应变曲线
晶态聚合物的“冷拉伸”
结晶聚合物也能产生强迫高弹变形，这种形变称“冷拉伸”。 结晶聚合物具有与非晶聚合物相似的拉伸应力－应变曲线，如 下图。
酚醛或环氧树脂 PS, PMMA PP, PE, PC Nature rubber, PIB
二、影响聚合物拉伸行为的因素
(1) 温度
T
a: T<<Tg
脆断
b: T<Tg
屈服后断
T c: T<Tg 几十度 韧断
d: Tg以上
无屈服
Example-PVC
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；
图 球晶拉伸形变时内部晶 片变化示意图
图 片晶受拉伸形变时内部晶片发生位错、转向、定向排列、拉伸示意图
玻璃态聚合物与结晶聚合物的拉伸比较
相似之处：两种拉伸过程均经历弹性变形、屈服、发
展大形变以及应变硬化等阶段，其中大形变在室温时都 不能自发回复，而加热后则产生回复，故本质上两种拉 伸过程造成的大形变都是高弹形变。该现象通常称为 “冷拉”。
八-聚合物的拉伸应力应变曲线-
• 2、断裂伸长率 t
t按式(1-2)计算：
•
t
GG0 G0
100%
（1-2）
• •
式中t
Go
——断裂伸长率，％； ——试样原始标距，mm；
•
G ——试样断裂时标线间距-3)计算：
• •
S = (Xi X)2
n1
（1-3）
• 式中 S ——标准偏差值，
八_聚合物的拉伸应力应变曲线
目的和要求
1、熟悉高分子材料拉伸性能测试标准条件、 测试原理及其操作。
2、了解测试条件对测定结果的影响。 3、测定聚丙烯等材料的屈服强度，断裂强度
和断裂伸长率，并理解应力—应变曲线的 意义； 4.掌握高聚物的静载拉伸实验方法。
实验原理
1.应力—应变曲线
拉伸实验是最常用的一种力学实验，由实验 测定的应力应变曲线，可以得出评价材料 性能的屈服强度，断裂强度和断裂伸长率 等表征参数，不同的高聚物、不同的测定 条件，测得的应力—应变曲线是不同的。
(3) 试样的制备及要求
①试样制备和外观检查, 按GB 1039规定进 行。
②试样厚度除表中规定外, 板材厚度 d≤l0mm时, 可用原厚为试样厚度；当厚度 d>10mm时, 应从两面等量机械加工至 10mm, 或按产品标准规定加工。
③每组试样不少于5个, 对各向异性的板材 应分别从平行与主轴和垂直与主轴的方向 各取一组试样。
•
X i ——单个测定值，
•
X ——一组测定值的算数平均值：
•
n ——一测定个数．
•
4.计算结果以算术平均值表示， 数值，S取二位有效数值。
取t 三位有效数值，
取 t 二位有效
销, 旋紧锁紧螺母。先搬动上夹具的上搬把, 使钳口张开适
pa66的应力应变曲线
pa66的应力应变曲线
聚酰胺66（PA66）是一种热塑性高分子材料，其应力-应变曲
线可以在材料工程和材料科学领域中进行详细讨论。
一般来说，
PA66的应力-应变曲线可以分为几个阶段来描述其力学行为。
首先是线性弹性阶段，这个阶段是指在应变较小的范围内，材
料的应力和应变呈线性关系。
在这个阶段，PA66表现出良好的弹性
行为，即在去除加载后能够完全恢复原状。
接下来是屈服阶段，当加载继续增加时，材料的应力逐渐增加，直到达到一个最大值，这个最大值即为屈服强度。
在这个阶段，
PA66开始表现出塑性变形，应变增加的同时材料的应力开始下降。
然后是应变硬化阶段，一旦超过屈服点，材料的应力-应变曲线
开始变得非线性，材料的应力逐渐增加，同时应变也在增加。
在这
个阶段，材料的变形变得更加明显，材料的强度也逐渐增加。
最后是断裂阶段，当材料的应力达到其极限时，就会发生断裂。
在这个阶段，材料的应力急剧下降，最终导致材料的破裂。
总的来说，PA66的应力-应变曲线可以通过这些阶段来描述其
力学行为，这对于工程设计和材料选择具有重要的指导意义。
当然，具体的应力-应变曲线还会受到材料的制备工艺、添加剂等因素的影响，因此在具体应用中需要进行详细的测试和分析。
pp-ps-应力应变曲线
实验样品
实验前：
左边为聚苯乙烯（ps），右边为聚丙烯（pp）
聚苯乙烯：一种无色透明的热塑性塑料，为非
晶态无规聚合物，具有优良的绝
热、绝缘和透明性。
聚丙烯：为半透明无色固体，无臭无毒，由于结
构规整而高度结晶化，耐热、耐腐蚀，
密度小，是最轻的通用塑料。
实验后：
聚丙烯聚苯乙烯
出现细颈现象，细颈沿样条出现银纹现象，在材料扩展，载荷增加不多或几乎不增的表面或内部垂直于应力方向加，试样应变却大幅增加。
上出现细微裂纹和凹槽。
一：聚丙烯（pp ）
①：相同速率的条件下（50 mm/min ）
0.0
0.4
0.8
010
20
30
s t r e s s (M P a )
strain
1
3
2
②：不同速率条件下
10
20
30
40
s t r e s s (M P a )
strain
随着拉伸速率的提高，聚合物的模量增加，屈服 应力、断裂强度增加，断裂伸长率减小。
二：聚苯乙烯（ps ）
*拉伸速率都为 50mm/min
0.00
0.020.040.060.080.100.120.140.160.180.20
010
20
30
40
50
s t r e s s (M P a )
strain
1
23。
高分子聚合物应力——应变曲线的测定实验分析
高分子聚合物应力——应变曲线的测定实验分析越子豪【期刊名称】《《黑龙江科学》》【年(卷),期】2019(010)016【总页数】2页(P30-31)【关键词】高分子聚合物; 应力-应变曲线; 测定实验【作者】越子豪【作者单位】吉林大学化学学院长春130012【正文语种】中文【中图分类】TU528测定应力——应变曲线是经典的力学实验之一。
通过测定材料的应力——应变曲线，能够了解材料的最大相对变形和极限强度，进而为实际生产生活提供理论支持。
1 实验原理与传统的金属材料不同，高分子聚合物材料受测量环境影响较大，在某一特定温度或速度下测得的实验结果意义较小，必须在广泛的温度范围内和实验速度下进行测定才能得到具有指导意义的数据。
通常会在张力下进行应力——应变曲线的测定，要将样品条夹在夹具上，并以均匀速度进行拉伸，以测量实验样品条所受的力。
当实验样品条断裂时，其长度变化就是夹具的距离与初始距离的差。
高分子材料在刚进行拉伸时，应力与应变之间会呈现出较为严格的正比关系，即二者之间的关系满足胡克定律。
如果继续伸长，应力与应变之间的关系仍呈正相关，但不再成正比，并在某点处达到最大值。
如果材料是脆性的，一旦应变超过该点，材料就会立刻断裂。
对于韧性较好的材料而言，在超过该点后材料也不会立刻断裂，而是还能继续拉伸，但应力会有所降低[1]。
如果在最大值点前移除外加拉力，材料可以完全复原，就称其为弹性形变。
如果在最大值点后移除外加拉力，材料不能完全复原，则称其为塑性形变，该最大值点称为屈服点，继续拉伸，应力几乎保持不变。
当产生的应变达到某一点时，应力开始逐渐增大，直至样品条断裂，此时材料所处的伸长率被称为极限伸长率，相对变形被称之为最大相对变形。
少数高分子材料会由于自身特性出现2个屈服点[2]。
一般认为，屈服点前的形变是由于分子链键角的变化所引起的，移除外力后能够恢复原状。
而屈服点后的形变较为复杂，不仅包含键角变化和原子间距变化，还包含分子链段取向和分子链之间的相对滑移，移除外力后不能完全复原。
聚合物的应力-应变曲线
❖ 玻璃态聚合物的拉伸与结晶聚合物的拉伸相似之处：
即两种拉伸过程均经历弹性变形、屈服、发展大形变以及应 变硬化等阶段，其中大形变在室温时都不能自发回复，而加 热后则产生回复，故本质上两种拉伸过程造成的大形变都是 高弹形变。该现象通常称为“冷拉”。
❖ 两种拉伸过程又有区别：
即产生冷拉的温度范围不同，玻璃态聚合物的冷拉温度区间 是Tb到Tg，而结晶聚合物则为Tg至Tm；另一差别在于玻璃 态聚合物在冷拉过程中聚集态结构的变化比晶态聚合物简单 得多，它只发生分子链的取向，并不发生相变，而后者尚包 含有结晶的破坏，取向和再结晶等过程。
4、聚合物具有的应力-应变曲线类型：
（1）硬而脆 （聚苯乙烯，
PMMA等） （2）硬而韧 （尼龙等） （3）硬而强 （PVC与PS的
共混物） （4）软而韧 （橡胶） （5）软而弱
(无规PP)
❖ 五种不同类型材料的比较
聚合物力学类型 软而弱 软而韧 硬而脆 硬而强 硬而韧
聚合物应力 —应变曲线
模量 （刚性）
2、外界条件对应力-应变曲线的影响
❖（1）不同温度
随温度的增加应 力-应变曲线的类型 从硬而脆的变为软而 韧的。
T
a: T<<Tg b: T<Tg c: T<Tg 几十度 d: Tg以上
T
脆断 屈服后断 韧断
无屈服
❖ （2）不同拉伸速率
速度
.
.
..
拉伸速率 1 2 3 4
速度
时温等效原理： 拉伸速度快 = 时间短
3.0
1.2～1.6
2.9～3.0 2.4～2.6 1.3 2.6 2.0～3.0 2.8 3.2
2.0～2.1
0.9
应力应变曲线实验
3. 将计算结果绘制成σ—ε和σ'—δ曲线，并将其真实拉伸力学性 能的表征参数填入下表： 物 弹性区 性 弹性强度 刚 性
yp
E /
回弹性 塑性区 塑性强度 延 韧 性 性
)2 / 2E u ( sp
u
f (100%) De
T01 0 d
一、目的要求
1. 熟悉电子拉力机原理以及使用方法。 2. 测定聚合物的载荷—伸长曲线。 3.根据载荷—伸长曲线绘制应力—应变曲线和真
应力—真应变曲线。并计算各种拉伸力学性能。
二.实验原理
拉伸试验是在规定的试验温度、湿度和速度的条件下，对 标准试样沿其纵轴方向施加拉伸载荷，直到试样被拉断为止。
P
拉伸时，试样在纵轴方向所受到的标准应力σ为:
P / A0
L0
L
试样的伸长率即应变ε为 :
(MP a)
(100%)
L / l0
P
上式中P为拉伸载荷；A0为试样的初始截面 ;L0为试样标定 线间的初始长度；△L为拉伸后标定线长度的增长量。
典型的聚合物拉伸应力—应变曲线如图所示:
弹性区 塑性区
屈服点
屈服点 之前是 弹性区
屈服点 之后是 塑性区
六.思考题
1. 改变试验的拉伸速率会对试验产生什么影响？ 2. 在试验过程中，试样的截面积变化会对最终谱图产
生什么影响？ 3.你认为在现有的试验条件下能否真实地获得或通过
计算获得瞬时地截面积A？
u
延性= f (100%)
,
韧性 T 0 d
1 0
应变仪
三.实验仪器
1.聚苯乙烯（PS）DIN标准双叉型 试样3根。 2.聚丙烯（PP）DIN标准双叉型试 样3根。
电子拉力机测定聚合物的应力-应变曲线
电子拉力机测定聚合物的应力- 应变曲线上海衡翼橡胶材料实验报告1■掌握拉伸强度的测试原理和测试方法，掌握电子拉力机的使用方法及共工作原理; 2B 了解橡胶在拉伸应力作用下的形变行为，测试橡胶的应力-应变曲线；3■通过应力-应变曲线评价材料的力学性能(初始模量、拉伸强度、断裂伸长率) 4■了解测试条件对测试结果的影响；5■熟悉高分子材料拉伸性能测试标准条件。
二.实验原理随着高分子材料的大量使用，人们迫切需要了解它的性能。
而拉伸性能是高分子聚合物材料 的一种基本的力学性能指标。
拉伸试验是力学性能中一种常用的测试方法， 它是在规定的试验温度、湿度和拉伸速度下，试样上沿纵向施加拉伸载荷至断裂。
在材料试验机上可以测定材料的屈服强度、断裂强 度、拉伸强度、断裂伸长率。
影响高聚物实际强度的因素有：1) 化学结构。
链刚性增加的因素都有助于增加强度，极性基团过密或取代基过大，阻碍 链段运动，不能实现强迫高弹形变，使材料变脆。
2) 相对分子质量。
在临界相对分子质量之前，相对分子质量增加，强度增加，越过后拉 伸强度变化不大，冲击强度随相对分子质量增加而增加，没有临界值。
3) 支化和交联。
交联可以有效增强分子链间的联系，使强度提高。
分子链支化程度增 加，分子间作用力小，拉伸强度降低，而冲击强度增加。
4)应力集中。
应力集中处会成为材料破坏的薄弱环节，断裂首先在此发生，严重降低材 料的强度。
5)添加剂。
增塑剂、填料。
增强剂和增韧剂都可能改变材料的强度。
增塑剂使大分子间 作用力减少，降低了强度。
又由于链段运动能力增强，材料的冲击强度增加。
惰性填料只降低成 本，强度也随之降低，而活性填料有增强作用。
6) 结晶和取向。
结晶度增加，对提高拉伸强度、弯曲强度和弹性模量有好处。
结晶尺寸 越小，强度越高。
取向使材料的强度提高几倍甚至几十倍，此外，取向后可以阻碍裂缝向纵深方 向发展。
7)外力作用速度和温度。
衡翼拉伸试验中提高拉伸速度和降低温度都会使强度降低。
PP的拉伸应力-应变曲线的测定
(e)的特点是硬而韧。弹性模量大、 拉伸强度和断裂伸长率也大，如 聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙等。
三、仪器、设备和材料
1、 材料试样
(1) 试样的类型和尺寸 ① PP试样 I型试样形状及尺寸分别见图2-1和表 1-1。
根据材料的力学性能及其应力-应变曲线特征，可将应力-应变曲线大致分为六类： (a)材料硬而脆：在较大应力作用下，材料仅发生较小的应变，在屈服点之前发生断 裂，有高模量和抗张强度，但受力呈脆性断裂，冲击强度较差。
(b)材料硬而强：在较大应力作用下，材料发生较小的应变，在屈服点附近断裂，具 高模量和抗张强度。
4、由于不同的高分子材料，在结构上不同，表现为应力应变曲线的状也不同。目前大致可归纳成5种类型
(a)的特点是软而弱。拉伸强度 低，弹性模量小，且伸长率也 不大，如溶胀的凝胶等。
(b)的特点是硬而脆。拉伸强 度和弹性模量较大，断裂伸长 率小，如聚苯乙烯等。
(c)的特点是硬而强。拉伸强度和 弹性模量大，且有适当的伸长率， 如硬聚氯乙烯等。
2、玻璃态高聚物拉伸时曲线发展的几个阶 段
(1)屈服区(2)延伸区(3) 增强区
3、影响高聚物机械强度的因素
(1)大分子链的主价链，分子间力以及高 分子链的柔性等，是 决定高聚物机械强度的主要内在因素。
(2)混料及塑化不均, 会产生细纹、凹陷、真空泡等形式留在制 品表面或内层。
(3)环境温度、湿度及拉伸速度等对机械强度有着非常重要的 影响 。
。
3 准备好楔形拉伸夹具。若夹具已安装到试验机上，则对 夹具进行检查,并根据试样的长度及夹具的间距设置好限位 装置。
高聚物的结构与性能—玻璃态聚合物的屈服与断裂
第七章 聚合物的结构与性能
e （3）
e （4）
（3）材料强而韧：具高模量和抗张强度，断裂伸长率较大，
材料受力时，属韧性断裂。
以上三种聚合物由于强度较大，适于用做工程塑料。
（4）材料软而韧：模量低，屈服强度低，断裂伸长率大，断 裂强度较高，可用于要求形变较大的材料。
第七章 聚合物的结构与性能
e （5）
第七章 聚合物的结构与性能
7.8 玻璃态聚合物的屈服与断裂
b B
x
玻璃态聚合物被拉伸时， 典型的应力-应变曲线如右图：
应 y 力
在曲线上有一个应力出现极大
值的转折点B，叫屈服点，对 应的应力称屈服应力（ y ）；
应变
eb
玻璃态聚合物的应力-应变曲线
在屈服点之前，应力与应变基本成正比（虎克弹性），经 过屈服点后，即使应力不再增大，但应变仍保持一定的伸长； 当材料继续被拉伸时，将发生断裂，材料发生断裂时的应力称 断裂应力（ b ），相应的应变称为断裂伸长率（eb）。
第七章 聚合物的结构与性能
b B
x
应 y
力பைடு நூலகம்
应变
eb
玻璃态聚合物的应力-应变曲线
材料在屈服点之间发生的断裂称为脆性断裂；在屈服点后发
生的断裂称为韧性断裂。
在屈服点后出现的较大应变在移去外力后是不能复原的。但 是如果将试样温度升到其Tg附近，该形变则可完全复原，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。－－强迫高弹形变
第七章 聚合物的结构与性能
强迫高弹形变产生的原因 原因在于在外力的作用下，玻璃态聚合物中本来被冻结的链
段被强迫运动，使高分子链发生伸展，产生大的形变。但由于 聚合物仍处于玻璃态，当外力移去后，链段不能再运动，形变 也就得不到恢复原，只有当温度升至Tg附近，使链段运动解冻， 形变才能复原。这种大形变与高弹态的高弹形变在本质上是相 同的，都是由链段运动所引起。
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量
纵向单位宽度的增加
拉伸柔量：
柔
D 1
量
E
切变J 柔1量： 可压缩1 度：
G
B
不同材料的泊松比
材料名称 泊松比 材料名称 泊松比
锌
0.21
玻璃
0.25
钢 0.25~0.3 石料 0.16~0.3
5
4
铜 0.31~0.3 聚苯乙系 0.33 4
铝 0.32~0.3 聚乙烯 0.38 6
铅
0.45 有机玻璃 0.33
玻璃态高聚物的塑性 与屈服：
小形变的情况 大形变的情况
❖ 8.1.1应力应变曲线
研究玻璃态高聚物大形变 常用应力-应变实验，判断 高聚物材料的强弱，硬软， 韧脆。
❖ 重点难点：应力-应变曲线，细颈和银纹现象的理解，
屈服判据，聚合物的增强与增韧。
本章内容
❖ 8.1 聚合物的塑性和屈服
8.1.1应力应变曲线 8.1.2 聚合物的屈服
❖ 8.2 高聚物的断裂和强度
8.2.1 脆性断裂与韧性断裂 8.2.2 聚合物的强度 8.2.3 断裂理论 8.2.4 影响聚合物强度和韧性的因素------增强与增韧 8.2.5 疲劳
常见塑料的拉伸和弯曲强度
塑料名称
聚乙烯 聚苯乙烯 ABS塑料 有机玻璃 聚丙烯 聚氯乙烯 尼龙66 尼龙6 尼龙1010 聚甲醛 聚碳酸酯 聚砜 聚酰亚胺
聚苯醚
氯化聚醚 线性聚酯 聚四氟乙烯
拉伸强度 （MPa） 22～39 35.2～63.3 16.9～63.3 49.2～77.3 33.7～42.2 35.2～63.3 83 74～78 52～55 62～68 67 72～85 94.5
第八章 聚合物的 屈服和断裂
材料与化学工程系
内容提要
❖ 教学内容：聚合物的塑性与屈服，聚合物的应力-应
变曲线，细颈，银纹，屈服判据；聚合物的断裂与强 度，断裂理论，影响聚合物强度的因素与增强，聚合 物的增韧。
❖ 基本要求：识别非晶态聚合物、晶态聚合物和取向聚
合物的应力-应变曲线，掌握细颈和银纹的现象与理论 解释，掌握屈服判据，区分脆性断裂与韧性断裂，明 确聚合物的强度概念，了解断裂理论，掌握影响聚合 物强度的因素及增强的手段，认识聚合物增韧的途径 与机理及影响因素。
l0
真应变：
l dl i l l0 i
切应变： r tg
是偏斜角
压缩应变： V V0
张应力： F
A0
真应力： F
A
切应力：
s
F A0
压力P
杨氏模量E： F A0 l l0
切变模量： 体积模量：
G＝s F B P PV0
r A0tg
V
弹 性
泊淞比m m：
l l
模
横向单向单位宽度的
比强度——单位重量材料能承受的最大负荷
几种金属材料和塑料(增强)的比强度
材料名称
高级合金钢 A3钢 铝合金 铸铁 聚乙烯 尼龙66 玻璃增强尼龙66 聚酯玻璃钢 环氧玻璃钢 玻璃增强聚碳酸酯 芳香聚酰胺纤维 聚酯纤维 超高分子量聚乙烯纤维 聚苯并噁唑(纤维)
比重
8.0 7.85 2.8 7.4 0.95 1.12 1.3～1.5 1.8 1.73 1.4 1.45 1.38 0.97 1.56
86.5～89.5
42.3 80 14～25
伸长率 %
60～150 12～25 10～140 2～10 200～700 20～40 60 150 100～250 60～75 60～100 20～100 68
30～80
60～160 200 250～350
拉伸模量 （GPa） 0.84～0.95 2.8～3.5 0.7～2.9 3.2 1.2～1.4 2.5～4.2 3.2～3.3 2.6 1.6 2.8 2.2～2.4 2.5～2.9
拉伸强度（MPa）
1280 400 420 240 30 83 98～218 290 500 120～130 2800 1100 3500 5800
比强度
160 50 160 32 31.6 74.1 143 160 280 92.9 ~1900 ~800 ~3400 ~3700
8.1 聚合物的塑性和屈服
❖高弹性——高聚物特有
显示高弹性的温度范围(Tg~Tf) 分子量 温度范围(Tg~Tf)增宽 (Tg~Tf)的范围决定了橡胶的使用温度范围
❖粘弹性——力学行为对温度和时间 有强烈的依赖关系
为高聚物独特的力学行为 σ（应力） ε（应变） 在研究高聚物力学行为 T（温度） 时必须同时考虑
t（时间）
❖比强度特高
汞
0.50 橡胶类 0.49~0.5
0
几种常用的力学强度
❖ 拉伸强度 σt= P/bd （最大负荷/截面积)MPa 1 MPa = 9.8 kg/cm2 ≈ 10 kg/cm2
❖ 弯曲强度 σf = 1.5(Pl/bd) MPa
❖ 冲击强度 σi = W/bd Kgcm/cm2 注意!不同方法测量结果会有不同
表征材料力学性能的基本物理量
简单拉伸
F
受
力
l0
方
式
F
简单剪切
F θ F
均匀压缩
参数
, , , , ,
受 外力F是与截面 外力F是与界面 材料受到的 力 垂直，大小相等，平行，大小相等，是围压力。 特 方向相反，作用 方向相反的两个 点 在同一直线上的 力。
两个力。
应变 应力
张应变： l l0
2.6～2.8
1.1 2.9 0.4
弯曲强度 （MPa） 25～40 61.2～98.4 25.3～94.9 91.4～119 42.2～56.2 70.3～112 100～110 100 89 91～92 98～106 108～127 ＞100
98～137
70～77 117 11～14
弯曲模量 （GPa） 1.1～1.4
3.0
1.2～1.6
2.9～3.0 2.4～2.6 1.3 2.6 2.0～3.0 2.8 3.2
2.0～2.1
0.9
聚合物力学性质的特点
❖ 是已知材料中变性范围最宽的力学性质。即力学性质 的多样性。例如液体有软弹性、硬弹性、刚性、脆性、 韧性等。可以从纯粘性经粘弹性到纯弹性，为应用提 供了广阔的选择余地。
❖ 例子： 1. PS制品很脆，一敲就碎（脆性） 2. 尼龙制品很坚韧，不易变形，也不易破碎（韧性） 3. 轻度交联的橡胶拉伸时，可伸长好几倍，力解除后基
本恢复原状（弹性） 4. 胶泥变形后，却完全保持新的形状（粘性） ❖ 力学性对温度和时间有强烈的信赖性。造成以上特点
的原因：归结为聚合物的长链分子结构。