高分子材料的力学特征
高分子材料性能测试力学性能
3.1.2 高分子经典应力－应变曲线 I
3.1 拉伸性能
(c)旳特点是硬而强。拉伸强度和弹性模量大，且有合适旳伸长率，如硬聚氯乙烯等。(d)旳特点是软而韧。断裂伸长率大，拉伸强度也较高，但弹性模量低，如天然橡胶、顺丁橡胶等。
3.1 拉伸性能
3.1.2 高分子经典应力－应变曲线 III
(e)旳特点是硬而韧。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
塑性(Plasticity)：外力作用下，材料发生不可逆旳永久性变形而不破坏旳能力。
Mechanical properties of materials
应 力
应 变
Mechanical properties of materials
3.1 拉伸性能
3.1.1 应力－应变曲线
Байду номын сангаас
高分子应力-应变过程
3.1 拉伸性能
电子万能试验机
3.1 拉伸性能
3.1 拉伸性能
3.1.5 拉伸性能测试原理 拉伸试验是对试样延期纵轴方向施加静态拉伸负荷，使其破坏，经过测量试样旳屈服力、破坏力和试样标距间旳伸长来求得试样旳屈服强度拉伸强度和伸长率。
3.1 拉伸性能
3.1.6 测量方法即实验环节 ①试样旳状态调节和试验环境按国家原则规定。②在试样中间平行部分做标线，示明标距。③测量试样中间平行部分旳厚度和宽度，精确到0.01mm，II型试样中间平行部分旳宽度，精确到0.05mm，测3点，取算术平均值。④夹具夹持试样时，要使试样纵轴与上下夹具中心连线重合，且松紧适宜。⑤选定试验速度，进行试验。⑥记录屈服时负荷，或断裂负荷及标距间伸长。试样断裂在中间平行部分之外时，此试样作废，另取试样补做。
第七章 力学性质(高分子材料的变形特点与金属材料的变形特点)
力学性质
本章重点内容
1.高分子材料的变形特点与金属材料的变形特点的 比较.
1.1金属材料的变形特点及其微观解释.
1.2高分子材料的变形特点.
2.几个重要概念.
弹性变形 塑性变形 拉伸应力 真 应 力
屈服 真应变
弹性变形:
材料的变形过程中如果应力与应变成比例则称为弹性变形.
塑性变形:
对于大多数金属材料来说,其弹性变形不足其应变的0.005, 当变形超过这一数值,则应力与应变不再服从胡克定律,即发
滑移系来满足各晶粒变形是相互协调的要求。
本章总结
金属应力应变与高分子材料的应力应变特点的比较. 金属材料应力应变的微观解释.(特点并给出解释)
弹性变形的主要特征是：
• （1）理想的弹性变形是可逆变形，加载时变形， 卸载时变形消失并恢复原状。
• （2）金属、陶瓷和部分高分子材料不论是加载或 卸载时，只要在弹性变形范围内，其应力与应变 之间都保持单值线性函数关系，即服从虎克 （Hooke）定律： 在正应力下，s = Ee， 在切应力下，t =Gg， 式中，s，t分别为正应力和切应力；e，g分别 为正应变和切应变；E，G分别为弹性模量（杨氏
真应变:
如果无体积变化的情况下真应变与真应力的关系为: εT=ln(1+ε)
弹性变形的本质
• 弹性变形是指外力去除后能够完全恢复的那部分变形， 可从原子间结合力的角度来了解它的物理本质。
• 原子处于平衡位置时，其原子间距为r0，位能U处于 最低位置，相互作用力为零，这是最稳定的状态。当 原子受力后将偏离其平衡位置，原子间距增大时将产 生引力；原子间距减小时将产生斥力。这样，外力去 除后，原子都会恢复其原来的平衡位置，所产生的变 形便完全消失，这就是弹性变形。
高分子材料力学性能
高分子材料力学性能姓名：程小林学号：5701109004 班级：高分子091 学院：材料学院研究背景：在世界范围内, 高分子材料的制品属於最年轻的材料．它不仅遍及各个工业领域, 而且已进入所有的家庭, 其产量已有超过金属材料的趋势，將是2 1世纪最活跃的材料支柱.高分子材料在我们身边随处可见。
在我们的认识中，高分子材料是以高分子化合物为基础的材料。
高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料。
今天，我想就高分子材料为主线，简单研究一下高分子材料所具有的一些方面的力学性能。
从我们以前学过的化学知识中可以知道，高分子材料其实是有机化合物, 有机化合物是碳元素的化合物．除碳原子外, 其他元素主要是氢、氧、氮等．碳原子与碳原子之间, 碳原子与其他元素的原子之间, 能形成稳定的结构．碳原子是四价, 每个一价的价键可以和一个氢原子键连接, 所以可形成为数众多的、具有不同结构的有机化合物．有机化合物的总数已接近千万种, 远远超过其他元素的化合物的总和, 而且新的有机化合物还不断地被合成出來．這样, 由於不同的特殊结构的形成, 使有机化合物具有很独特的功能．高分子中可以把某些有机物结构（又称为功能团）替换, 以改变高分子的特性．高分子具有巨大的分子量，达到至少1 万以上，或几百万至千万以上所以, 人們將其称为高分子、大分子或高聚物．高分子材料包括三大合成材料, 即塑料、合成纤维和合成橡胶研究理论：高分子材料的使用性能包括物理、化学、力学等性能。
对于用于工程中作为构件和零件的结构高分子材料，人们最关心的是它的力学性能。
力学性能也称为机械性能。
任何材料受力后都要产生变形，变形到一定程度即发生断裂。
这种在外载作用下材料所表现的变形与断裂的行为叫力学行为，它是由材料内部的物质结构决定的，是材料固有的属性。
同时, 环境如温度、介质和加载速率对于高分子材料的力学行为有很大的影响。
因此高分子材料的力学行为是外加载荷与环境因素共同作用的结果。
高分子材料的形貌和力学性能的关系研究
高分子材料的形貌和力学性能的关系研究高分子材料是一类非常有用的工业材料，它们的应用范围十分广泛，包括但不限于塑料、橡胶、纤维等。
在高分子材料的设计和开发中，形貌和力学性能是两个十分重要的方面。
形貌决定了材料的组成和结构，而力学性能则决定了材料的使用情况和耐久度。
在本文中，我们将探讨高分子材料的形貌和力学性能之间的关系，并分析这种关系对材料工程的影响。
一、高分子材料的形貌高分子材料的形貌指的是其表面形态和内部形态。
表面形态包括材料的粗细、光滑度、颜色等；内部形态则包括材料的晶体结构、分子链结构、孔隙率等。
高分子材料的不同形貌决定了它们的物理性质，这些性质对于高分子材料的特定应用是必须了解的。
例如，聚合物熔体的表面形态和内部形态决定了它们的流动性和凝固性。
又如，高分子材料的玻璃化转变温度（即所谓TG）可以通过形貌的变化来决定，这对于材料的使用和处理有着关键的作用。
此外，高分子材料的形貌还可以影响它们的性能。
例如，一些聚合物材料在不同的形貌下会表现出不同的强度和韧性。
二、高分子材料的力学性能高分子材料的力学性能通常被分为强度、韧性、硬度和弹性模量等。
这些性能对于高分子材料的特定应用至关重要。
强度和韧性的变化决定了材料的耐久性和安全性；硬度和弹性模量则决定了材料的刚度和弹性回复情况。
很多高分子材料的力学性能是由聚合物分子链的长度和相互作用力决定的。
分子链的长度和相互作用力可以通过其结构和化学组成来控制和调整。
例如，随着分子链的增长和交联的形成，强度和硬度会增加，但韧性会降低。
此外，热处理或机械压缩等工艺也可以影响高分子材料的力学性能。
三、高分子材料的形貌与力学性能之间的关系高分子材料的形貌和力学性能之间存在密切的关系。
对于许多高分子材料来说，形貌可以影响它们的力学性能。
这是由于形貌与材料的结构、分子链长度、相互作用力等紧密相关。
例如，粗糙的表面会影响高分子材料的摩擦力，细微的裂缝和孔隙会影响其强度和韧性。
高分子材料的结构与力学性能研究
高分子材料的结构与力学性能研究高分子材料是一类重要的工程材料，具有广泛的应用领域。
它们的性能很大程度上取决于其结构与力学性能之间的关系。
因此，对高分子材料的结构与力学性能进行深入研究是十分必要的。
一、高分子材料的结构高分子材料的结构是指其中分子的组成和排列方式。
其主要由聚合物链的排列方式、分子量分布以及分子内外力结构等因素决定。
首先，聚合物链的排列方式对高分子材料的性能有显著影响。
一种常见的排列方式是线性结构，即聚合物链呈直线排列。
这种结构能够使高分子材料更加柔软、可拉伸，并具有较高的延展性。
相反，如果聚合物链呈无规则状或高度交织状排列，则高分子材料的强度和硬度会明显提升。
其次，分子量分布也是高分子结构的重要方面。
分子量分布越广，高分子材料的性能越稳定。
这是因为分子量越大，高分子材料的强度和硬度越高。
然而，如果分子量分布过窄，容易导致性能不均匀，从而影响材料的应用。
最后，分子内外力结构对高分子材料的结构和性能同样起着关键作用。
分子内的键长、键角和二面角等结构参数决定了高分子材料的刚性和柔软性。
而分子之间的力结构包括范德华力、静电力和氢键等，可以影响材料的粘合性和熔融性。
二、高分子材料的力学性能高分子材料的力学性能包括强度、硬度、韧性以及流变性等方面。
这些性能与材料的结构密切相关。
首先，强度是衡量材料抵抗外力破坏能力的重要指标。
高分子材料的强度主要取决于其内部的结构以及分子内外的各种力作用。
一般来说，高分子材料强度较低，但具有较好的拉伸性能和延展性。
其次，硬度是衡量材料抵抗表面刮擦、磨损和压缩的能力。
高分子材料的硬度主要由分子链的排列方式和分子量分布来决定。
线性排列和较窄的分子量分布会导致高分子材料较好的硬度。
韧性是衡量材料断裂前出现塑性变形的能力。
高分子材料的韧性与其延展性有关，而延展性又与聚合物链的排列方式和分子结构有关。
流变性是指高分子材料在外力作用下的变形行为。
它与材料的粘弹性和塑性变形有关。
高分子物理----高分子的力学性能
一般刻痕试样的冲击强度小于这一数值为脆性断裂，大
于这一数值时为韧性断裂。但这一指标并不是绝对的，
例如玻璃纤维增强的聚酯塑料，甚至在脆性破坏时也有
很高的冲击强度。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
2. 高聚物的理论强度 从分子结构的角度来看，高聚物的断裂要破坏分子 内的化学键，分子间的范德华力与氢键。
7.2 高弹态聚合物的力学性质
加入增塑剂虽然可以降低Tg，但有利条件，因此选
用增塑法来降低Tg必须考虑结晶速度增大和结晶形成的 可能性。
7.2 高弹态聚合物的力学性质
（2）共聚法
共聚法也能降低聚合物的Tg，如：PS的主链上带有体 积庞大的苯基，聚丙烯腈有强极性腈基存在，Tg都在室温 以上，只能作为塑料和纤维使用，如果用丁二烯分别与苯 乙烯和丙烯腈共聚可得丁苯橡胶和丁腈橡胶，使Tg下降。 例如：丁苯30，Tg=-53℃，丁腈26，Tg=-42℃。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（3）当温度升高到Tg以下几十度范围内，如曲线③，过
了屈服点后，应力先降后升，应变增大很多，直到C点断裂，
C点的应力称为断裂应力，对应的应变称为断裂伸长率ε 。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（4）当温度升至Tg以上，试样进入高弹态，在应力不大
时，就可发生高弹形变，如曲线④，无屈服点，而呈现一段
应力称为屈服应力或屈服强度。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
屈服点之后，应力有所下降，在较小的负荷下即可产生形 变，称为应变软化。之后应力几乎不变的情况下应变有很大 程度的增加，最后应力又随应变迅速增加，直到材料断裂。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
四、几类高聚物的拉伸行为 1. 玻璃态高聚物的拉伸
高分子物理(第三版)第七章--高分子的屈服和断裂(玻璃...
Thedevelopmentof materialsover time.The materialsof pre-history, onthe left,all occurnaturally;the challengefor theengineers ofthat era wasone ofshaping them.Thedevelopmentofthermochemist 11121314 1516 17在小伸长时，拉伸应变通常以单位长度的伸长来定义。
应变：。
：为材料的起始截面积。
当材料发生较大形变时，上式计算的应力与材料的真实应力会发生较大的偏差，这时正确计算应力应该以真实截面积真应力：相应地可提出真应变的定义，如果材料在某一时刻长度从+dl i，则真应变为:真应变：对于理想的弹性团体，应力与应变关系服从虎克定律，25简单拉伸时的杨氏模量：在简单剪切的情况下，材料受到的力F 是与截面相平行的大小相等、方向相反的两个力。
在这剪切力作用下，材料将发生偏斜，偏斜角的正切定义为切应变。
当切应变足够小时，。
相应地，材料的剪切应力为：剪切模量：θγ≈切应变：剪切位移S ，剪切角θ，剪切面间距d体积模量：必须注意的是，试样宽度和厚度在拉伸过程中是随试样的伸长屈服强度断裂强度Polymers with different properties增强途径增强机理：活性粒子吸附大分子，形成链间物理交联，活性粒子起物理交联点的作用。
惰性填料怎么办？例：PVC+CaCO，PP+滑石粉glassy fiber+polyester增强机理：纤维作为骨架帮助基体承担载荷。
Carbon fiber弯曲模量：增强机理：热致液晶中的液晶棒状分子在共混物中形成微纤结构而到增强作用。
由于微纤结构是加工过程中由液晶棒状分子在共混无物基体中就地形成的，故称做“原位”复合增强。
Charpy试验IZOD试验40补充材料：聚合物的韧性与增韧-----冲击强度Impact strength——是衡量材料韧性的一种指标高速拉伸试验测量材料冲击强度的依据。
高分子材料的蠕变和松弛行为
高分子材料的蠕变和松弛行为高分子材料具有大分子链结构和特有的热运动，决定了它具有与低分子材料不同的物理性态。
高分子材料的力学行为最大特点是它具有高弹性和粘弹性。
在外力和能量作用下，比金属材料更为强烈地受到温度和时间等因素的影响，其力学性能变化幅度较大。
高聚物受力产生的变形是通过调整内部分子构象实现的。
由于分子链构象的改变需要时间，因而受力后除普弹性变形外，高聚物的变形强烈地与时间相关，表现为应变落后于应力。
除瞬间的普弹性变形外，高聚物还有慢性的粘性流变，通常称之为粘弹性。
高聚物的粘弹性又可分为静态粘弹性和动态粘弹性两类。
静态粘弹性指蠕变和松弛现象。
与大多数金属材料不同，高聚物在室温下已有明显的蠕变和松弛现象。
本文章主要介绍高聚物的蠕变和应力松弛现象产生的原因、过程，应用以及如何避免其带来的损害。
1 高分子材料蠕变高分子材料的蠕变即在一定温度和较小的恒定外力（拉力、压力或扭力等）作用下、高分子材料的形变随时间的增加而逐渐增大的现象。
1.1 蠕变过程及原理图1-1就是描写这一过程的蠕变曲线，t 1是加荷时间，t 2是释荷时间。
从分子运动和变化的角度来看，蠕变过程包括下面三种形变：当高分子材料受到外力（σ）作用时，分子链内部键长和键角立刻发生变化，这种形变量是很小的，称为普弹形变（1ε）。
当分子链通过链段运动逐渐伸展发生的形变，称为高弹形变（2ε）。
如果分子间没有化学交联，线形高分子间会发生相对滑移，称为粘性流动（3ε）。
这种流动与材料的本体粘度（3η）有关。
在玻璃化温度以下链段运动的松弛时间很长，分子之间的内摩擦阻力很大，主要发生普弹形变。
在玻璃化温度以上，主要发生普弹形变和高弹形变。
当温度升高到材料的粘流温度以上，这三种形变都比较显著。
由于粘性流动是不能回复的，因此对于线形高聚物来说，当外力除去后会留下一部分不能回复的形变，称为永久形变。
图1-1 蠕变曲线图1-2 线型高聚物的蠕变曲线图1-2是线型高聚物在玻璃化温度以上的蠕变曲线和回复曲线，曲线图上标出了各部分形变的情况。
高分子材料的力学特性分析
高分子材料的力学特性分析高分子材料是一种很特殊的材料，它具有很高的分子量和相对分子质量，分子之间连接着共价键或者氢键，因此它具有很特殊的力学特性。
高分子材料在很多领域得到广泛应用，比如医学、食品、化学工程、电子、建筑、纺织等。
本文将对高分子材料的力学特性进行分析，帮助读者更好地了解这种材料，并且更好地应用它。
1. 高分子材料的物理结构高分子材料是由分子体系组成的宏观体系。
在这个宏观体系中，高分子材料的物理结构非常重要。
高分子材料的物理结构由分子之间的键和链构成。
分子间的键可以分为两种：共价键和氢键。
共价键是通过原子之间的原子轨道重叠形成的键，它们通常是非极性的，但是有些共价键还包含极性成分。
氢键是通过氢原子与另外一个原子之间形成的键，它们通常是极性的。
高分子材料的物理结构还包括它的分子链结构。
分子链的结构决定了高分子材料的形态和性能。
分子链结构主要分为线性、支化、交联等几种类型。
线性结构的高分子材料是由一个单独的长链构成。
支化结构是由以一主链为中心，同时连接着若干支链的高分子材料。
交联结构是由大量的分子链相交织形成的高分子材料。
2. 高分子材料的力学性能高分子材料的力学性能主要包括弹性、塑性、黏弹性和粘性等方面。
弹性是指高分子材料在外部受力下产生的形变，一旦外力消失，高分子材料可以恢复原有形状和大小的能力。
塑性是指高分子材料在外部受力后发生的形变，外力撤离后无法恢复原有形状和大小的性质。
黏弹性是指高分子材料在外部受力下，受力速度不同时形变的特性不同。
在低速下，高分子材料是弹性体；在高速下，高分子材料表现出粘性特性。
粘性是指高分子材料在外部受到剪切力时会发生形变，形变速度逐渐增加，形状和大小逐渐稳定的性质。
3. 高分子材料的测试方法高分子材料的力学特性是通过测试来获取的。
有许多不同的测试方法可以用来测试高分子材料的力学特性。
其中最常用的测试方法有拉伸测试、弯曲测试和压缩测试。
拉伸测试用来测试高分子材料的弹性和塑性特性，可以通过测定高分子材料在拉伸状态下产生的应力和应变来测定高分子材料的弹性模量。
高分子材料的动态力学性能分析
高分子材料的动态力学性能分析在现代材料科学的领域中，高分子材料以其独特的性能和广泛的应用成为了研究的重点之一。
而高分子材料的动态力学性能更是其中一个关键的方面，对于深入理解和优化其在各种实际场景中的应用具有重要意义。
首先，我们来了解一下什么是高分子材料的动态力学性能。
简单来说，就是指高分子材料在动态载荷（如振动、冲击等）作用下表现出的力学行为和特性。
这种性能反映了材料在不同频率和温度条件下对能量的吸收、储存和释放能力。
高分子材料的动态力学性能通常通过动态力学分析（DMA）技术来进行研究。
在这个过程中，会施加一个周期性的应变或应力，然后测量材料的响应，从而得到诸如储能模量、损耗模量和损耗因子等重要参数。
储能模量代表了材料储存弹性变形能量的能力，它反映了材料的刚度。
损耗模量则反映了材料在变形过程中能量的损耗，与材料的粘性相关。
而损耗因子则是损耗模量与储能模量的比值，能够很好地反映材料的阻尼特性。
温度对高分子材料的动态力学性能有着显著的影响。
随着温度的升高，高分子材料会经历从玻璃态到高弹态再到粘流态的转变。
在玻璃态下，分子链的运动被冻结，材料表现出较高的模量和较低的阻尼。
当温度升高到玻璃化转变温度（Tg）时，分子链开始获得一定的运动能力，模量急剧下降，阻尼迅速增大。
继续升温进入高弹态，材料的弹性和粘性并存。
而当温度进一步升高到粘流温度以上时，材料变为可流动的粘性液体。
频率也是影响高分子材料动态力学性能的一个重要因素。
在低频下，分子链有足够的时间响应外力，材料表现出更多的粘性特征；而在高频下，分子链来不及响应，材料表现出更多的弹性特征。
高分子材料的结构和组成对其动态力学性能有着决定性的影响。
分子链的长度、分子量分布、支化程度以及交联结构等都会改变材料的动态力学性能。
例如，分子量较大且分布较窄的高分子材料通常具有更高的模量和更好的力学性能。
交联结构可以增加材料的刚度和耐热性，但可能会降低其韧性。
不同类型的高分子材料具有不同的动态力学性能特点。
高分子材料的物理性质表征方法
高分子材料的物理性质表征方法高分子材料是指由高分子化合物构成的材料，具有独特的性质和广泛的应用领域。
高分子材料在日常生活中随处可见，如塑料、橡胶、纤维等。
了解高分子材料的物理性质对于材料的设计、开发和应用具有重要意义。
本文将介绍高分子材料的常用物理性质表征方法。
一、热性质高分子材料的热性质是指材料在受热时的行为和性能。
常用的热性质表征方法包括热重分析法（TGA）、差热分析法（DSC）和动态热机械分析法（DMA）等。
1. 热重分析法（TGA）热重分析法是一种通过测量材料质量随温度变化的方法来研究材料的热稳定性和热分解行为。
通过TGA可以确定高分子材料的热分解温度、热分解程度以及热稳定性等指标。
2. 差热分析法（DSC）差热分析法是一种通过测量材料在加热或冷却过程中吸热或放热的能力来研究材料的热性质。
通过DSC可以确定高分子材料的熔融温度、结晶行为、玻璃化转变温度等。
3. 动态热机械分析法（DMA）动态热机械分析法是一种通过施加一定的频率和振幅的力或应变，测量材料的机械性能随温度变化的方法。
通过DMA可以确定高分子材料的弹性模量、损耗因子、玻璃化转变温度等。
二、力学性质高分子材料的力学性质是指材料在外力作用下的变形和破坏行为。
常用的力学性质表征方法包括拉伸试验、压缩试验和弯曲试验等。
1. 拉伸试验拉伸试验是一种通过施加拉力来研究材料的抗拉性能。
通过拉伸试验可以确定高分子材料的弹性模量、屈服强度、断裂伸长率等。
2. 压缩试验压缩试验是一种通过施加压力来研究材料的抗压性能。
通过压缩试验可以确定高分子材料的抗压强度、应变硬化指数等。
3. 弯曲试验弯曲试验是一种通过施加弯矩来研究材料的弯曲性能。
通过弯曲试验可以确定高分子材料的弯曲强度、韧性等。
三、电性质高分子材料的电性质是指材料在电场作用下的行为和性能。
常用的电性质表征方法包括电导率测量、电介电常数测量和电阻率测量等。
1. 电导率测量电导率测量是一种通过测量材料在电场中的电流来研究材料的导电性能。
高分子材料的交联与力学性能
高分子材料的交联与力学性能高分子材料是一类重要的工程材料，广泛应用于建筑、汽车、航空航天等领域。
其中，交联是一种常用的加工方法，可以显著改善高分子材料的力学性能。
本文将从交联的定义、分类、加工方法、力学性能等方面进行讨论，为读者深入了解高分子材料的交联与力学性能提供一定的指导。
一、交联的定义与分类交联是指高分子链之间发生化学键连接，形成三维网状结构的过程。
通过交联，高分子材料的链段变得更加有序，结构更加稳定，从而提高了材料的力学性能。
根据交联的方式不同，可以将交联分为物理交联和化学交联两种。
物理交联是通过物理力和各种交联剂将高分子链束缚在一起，形成空间网络结构。
化学交联则是通过化学反应，将高分子链之间形成共价键连接。
一般而言，化学交联具有更强的交联程度和更高的力学性能。
二、交联的加工方法交联的加工方法包括热交联、辐射交联和化学交联三种。
热交联是最常见的一种方法，通过在高温下加热高分子材料，使其交联固化。
辐射交联则是利用离子辐射（如电子束辐射、γ射线辐射等）或光辐射（如紫外线辐射）使高分子材料发生交联反应。
化学交联则是通过添加交联剂，或者在材料中引入含有活性基团的单体，通过化学反应将高分子链之间形成共价键连接。
不同的交联方法适用于不同的高分子材料和应用场景。
热交联广泛应用于橡胶制品的制备，辐射交联主要用于电线电缆、管道等行业，而化学交联则在某些特定领域具有重要的应用价值。
三、交联对力学性能的影响交联可以显著改善高分子材料的力学性能。
首先，交联可以增加高分子材料的强度和刚度。
由于交联形成了三维网状结构，阻止了高分子链的运动，使材料更加坚固。
其次，交联还可以提高高分子材料的耐热性和耐化学性。
交联后的材料具有更好的热稳定性和耐腐蚀性，能够在更极端的环境下使用。
然而，过度的交联也可能导致高分子材料的脆化现象。
交联程度太高会使材料变得脆弱，难以满足某些特殊应用的需求。
因此，在实际应用中，需要根据具体要求和材料特性进行适当的交联处理。
高分子材料的特性
高分子材料的特性
高分子材料是一类由大量分子组成的材料，具有许多独特的特性。
首先，高分子材料具有良好的机械性能。
由于其分子结构中存在大量的共价键和非共价键，使得高分子材料具有较高的强度和韧性。
例如，聚乙烯、聚丙烯等塑料材料具有较好的韧性和耐磨性，适用于制作各种日常用品和工业制品。
其次，高分子材料具有较好的耐化学性能。
由于高分子材料中的分子链结构较为稳定，使得其对酸、碱、溶剂等化学物质具有一定的抵抗能力。
例如，聚四氟乙烯具有出色的耐腐蚀性能，被广泛应用于化工设备、管道和阀门等领域。
此外，高分子材料还具有良好的绝缘性能。
由于高分子材料中分子链之间存在较大的空隙，使得其具有较好的绝缘性能。
例如，聚乙烯、聚氯乙烯等塑料材料被广泛应用于电线、电缆等领域，用于绝缘材料。
另外，高分子材料还具有较好的加工性能。
由于高分子材料可以通过热塑性和热固性两种方式进行加工，使得其可以通过挤出、注塑、压延等方式制备成各种形状的制品。
例如，聚丙烯、聚苯乙烯等塑料材料可以通过注塑成型制备成各种日常用品和工业制品。
总的来说，高分子材料具有良好的机械性能、耐化学性能、绝缘性能和加工性能，被广泛应用于日常生活和工业生产中。
随着科技的不断进步，高分子材料的特性将会得到更好的发挥和应用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
高分子材料力学性能
曲线3：宾汉流体
D、触变性流体：t延长，粘度迅速下降； （例：重防腐涂料中的应用）
震凝性流体：反之
一、高聚物的流动性
§5.1 力学性能
1、第一牛顿区 2、第二牛顿区
一、高聚物的流动性
§5.1 力学性能
2、与结构的关系 （η、 Tf 、非牛顿性 ）
解缠能力
1）分子量：
分子量越大，粘度越大， Tf 越高， 非牛顿性越大
4）粘弹模型 ： 建立模型－－模拟曲线－－得到参数
理想粘壶＋理想弹簧
分子运 动
并联
串联
Kelvin 模型 描述蠕变
Maxwell模型 描述应力松弛
三、粘弹性
§5.1 力学性能
三、粘弹性
§5.1 力学性能
2、动态粘弹性 （滞后）
• 滞后：一定温度下，受交变的应力，形变随时
间的变化跟不上力随时间的变化
银纹化过程
裂缝
4）分子间作用力： 越大： 四 屈服、强度与断裂
一Tf 越定高，的粘度温越高度， 、一定的拉伸速度下，观察应力随应
变的变化曲线 5
ΔV= 0
柔性越大，Tf 越低， 非牛顿性越大（粘度对剪切的敏感性大）
相比较而言
2、力学强度 不同力学要求如何选材？
3、强度与结构的关系 明显的松弛过程－－时间依赖性
弯曲形变较小时的载荷与挠度
• 抗冲击强度 （韧性） σi=W/bd （kJ/m2)
2、力学强度
§5.1 力学性能
四屈服、强度与断裂
2） 理论强度》 实际强度，σ实=（1/100～1/1000 )σ理 而模量接近 原因：缺陷(裂缝、结构的不均一性）
3）强度理论： • 应力集中： • Griffith表面能理论 （脆性材料）
高分子材料的物理化学性质
影响粘合强度的因素：
1.分子量：中等分子量
高聚物透气性能的应用 透气性能越大越好
海水淡化
选择性渗透
污水处理 富氧气体 物料分离
（二）胶粘性
胶粘性：粘合行为及被粘合行为
粘合过程：
第一阶段：液体胶黏剂分子借助于布朗运动向被粘物表面 扩散，使两者的急性基团或链节相互靠近； 第二阶段是吸附力的产生，当胶黏剂与被粘物两处分子间 距离达到0.5-1nm，分子便产生相互吸引作用，并使分子间的 距离进一步缩短到能够处于最大稳定状态的距离。
3.滞后现象
当外力不是静力，而是交变力（即应力大小呈周期性变化）时，应 力和应变的关系就会呈现出滞后现象。所谓滞后现象，是指应变随 时间的变化一直跟不上应力随时间的变化的现象。
例如，自行车行驶时橡胶轮胎的某一部分一会儿着地，一会儿离地，因而 受到的是一个交变力（图7-58）。在这个交变力作用下，轮胎的形变也是 一会儿大一会儿小的变化。形变总是落后于应力的变化，这种滞后现象的 发生是由于链段在运动时要受到内摩擦力的作用。当外力变化时，链段的 运动跟不上外力的变化，所以落后于应力，有一个相位差δ。相位差越大， 说明链段运动越困难。
（5）惰性填料：有时为了降低成本，在聚合物中加入一 些只起稀释作用的惰性填料，如在聚合物中加入粉状碳 酸钙。惰性填料往往使聚合物材料的强度降低。
（6）增塑：增塑剂的加入可使材料强度降低，只适于对 弹性、韧性的要求远甚于强度的软塑料制品。
（7）外界因素：温度、外力作用速度和作用时间对强度 都有影响。
五、高分子材料的其他性能 （一）渗透性及透气性 高分子材料通过扩散和吸收过程，使气体或 液体透过一个表面传递到另一表面渗出、从浓度 高的一侧扩散到浓度低的一侧，这种现象称为渗 透性。 影响渗透性的主要因素：温度、极性、分子 大小、链的柔性等。
高分子材料的力学性能
（4）交联：适度的交联可以有效地增加分子链之间的联系，限
制分子链间的相对滑移及分子链的活动性，有利于强度的提高；
（交联反应：2个或者更多的分子相互键合交联成网络结构的较稳定分 子的反应。）
高分子材料的力学性能
（5）结晶和取向：结晶和取向可使分子链规整排列，分子间
影响抗拉强度的因素：
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；
凡是使材料应力分布的不均匀性增加的因素， 都使材料的强度下降。
总的来说可以分为两类：一类是与材料本 身结构有关的内因，一类是与材料受力环境有 关的外因。
高分子材料的力学性能
一、内因的影响
4、共聚和共混：
➢通过共聚将两种性质不同的单体经化学键结合， 形成综合两种以上均聚物性能的新材料，提高材料 的抗拉强度。 ➢共混是通过物理方法使两种及以上材料均匀混合 的改性手段，从而提升高聚物的强度。
5、填料：
高分子材料的力学性能
在高聚物中加入固体填料可得到多相复合材料
根据其在复合材料中的使用目的分类： 惰性填料：起填充稀释以降低制品的成本的作用， 材料的强度随之降低
67
聚甲醛
增强
82
未增强
67
尼龙
增强
210
高分子材料的力学性能
二、受力环境的影响：
施力强度的大小 施力速度的快慢 施力时的温度高低
高分子材料的力学性能
长期强度：
在工程地质学上是指使蠕变类型由趋稳蠕变类型转变 为典型蠕变类型的临界应力。（趋稳蠕变又称稳定型蠕变。 岩体在恒定荷载作用下，岩土的变形随时间而增长，但增 长的速率随时间而递减，最后使变形趋于某一稳定值的蠕 变类型。）
高分子材料加工基础思考题答案
复习思考题一、高分子的基本概念、高分子的结构一.名词解释链段：从高分子链中划分出来能够独立运动的最小单元。
柔顺性：大部分高分子链具有卷曲成不规则的无规线团状的倾向。
高分子链能够通过内旋转作用改变其构象的性能。
高分子链能形成的构象数越多，柔顺性越大。
.单键的内旋转是使高分子链具有柔顺性的根本原因。
均聚物：由一种单体聚合而成的高聚物。
如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。
共聚物：由两种或两种以上单体聚合而成的高聚物。
如丁苯橡胶、酚醛树脂、乙丙橡胶等。
近程结构:高分子链的化学组成,单体单元的键接方式,高分子的构型,高分子链的键合形状远程结构: 高分子链的远程结构主要是指单个高分子的大小及高分子在空间所存在的各种形态。
分为高分子的大小（分子量及分子量分布）和高分子链的柔顺性取向：在外力场作用下，分子链或链段沿外力作用方向做有序排列的现象。
取向态结构：由于大分子链的取向而形成的聚集态结构。
聚集态结构：高分子链之间的排列和堆砌结构，也称为超分子结构。
构象：分子链中由单键内旋转所形成的原子（或基团）在空间的几何排列图像。
构型：分子中由化学键所固定的原子或基团在空间的几何排列。
这种排列是稳定的，要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。
二.问答题1. 高分子有何特征?分子量很高或分子链很长——这是高分子化合物最根本的特点；高分子是由很大数目的结构单元通过共价键相连接而成的；（均聚物、共聚物）高分子的结构具有不均一性（多分散性）；大多数高分子的分子链具有一定的柔顺性。
2. 试分析线型、支链型、交联型高分子的结构和性能特点?线型:整条高分子犹如一条又细又长的线，大分子既可卷曲成团，也可舒展成直线，这取决于高分子链本身的柔性及所处的外部条件。
通常各种橡胶、大多数的纤维、塑料等都属线形大分子。
特点：既可溶解又可熔融，易于加工成型。
支链型:链分子在二维空间键合增长所形成的高聚物。
其主链上带有长短不一的支链，支链的形状有星型、梳型、无规支链型等几种。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
扭转试验可测定塑性材料和脆性材料的剪切应变和断 裂的力学性能，有着独特的特点，是其它试验无法比 拟的。
变。弯曲形变多用 挠度计直接读出。
6.1.2.2 应力-应变曲线类型
拉伸试验是评价材料机械性能的一种方便方法， 以均匀的速率拉伸试样，用测力装置测量试样 伸长l所需要的垃力F，并用伸长计同时测量 l。 载荷-伸长曲线F-l，工程应力-应变曲线(-)， =F/S0和= l/l0。
电气石
电气石是一种硅酸岩矿物，其工艺名称为“碧玺”。电气石是多元素的天然矿物， 其化学通式为：NaR3Al6[Si6O18][BO3]3(OH,F)4，式中R代表金属阳离子，当R为 Mg2+ Fe2+或(Li+ 加Al3+)时，分别构成镁电气石、黑电气石和锂电气石三个端元矿 物种。电气石主要成分有镁，铝，铁，硼等10多种对人体有利的微量元素。 电气石最早发现于斯里兰卡，当时被视为与钻石、红宝石一样珍贵的宝石。人们注 意到这种宝石在受热时会带上电荷，这种现象称为热释电效应，故得名电气石。 电气石常具色带现象。条痕无色。玻璃光泽。无解理。硬度7.0-7.5。具脆性。比 重3.03-3.25。具压电性和热电性。在紫外线光照射下，不发荧光至发弱的荧光， 如红色者发弱紫色荧光。在显微镜透射光下具多色性。 电气石有镁电气石，锂电气石，铬电气石，铁电气石等。电气石的颜色随着成分不 同而异，富含铁的电气石呈黑色，富含锂的电气石呈玫瑰，亦有呈淡蓝色的；富含 镁的电气石呈褐色；富含铬的电气石呈深绿色。在自然界中，镁电气石，锂电气石 非常稀少，一般用于珠宝工艺品，很难应用于工业中。具有工业应用价值的为铁电 气石。 电气石一般有晶体状（含聚晶体即多个粗细不一的晶体单独集聚或与其它矿伴生集 聚）、纤维状（含聚束状）等形状。晶体状电气石又分单晶体及聚晶体两种，单晶 体规格一般0.1-10cm，有三棱柱细纹状及六面体晶面状。聚晶状电气石为多个单 晶体电气石的集合体，往往与石英伴生在一起，纯度不一，大小各异。 纤维状电气石亦称针状电气石，集合体呈棒状，束针状，放射状，也呈致密块状或 隐晶质状等形态。原矿纯度不一，因和石英等杂质的伴生程度差异很大，一般在 10-98%之间。经精选的纤维状电气石为95-98%。
已是粘流态，但还未到熔点温度 已到融点，但不是粘流态
6.1.2 应力和应变
• 受力后具有弹塑性的材料，包括大多数金属结 构材料； • 受力后具有粘弹性的材料，包括塑料、橡胶、 玻璃、混凝土等非晶材料。 • 受力后一直到断裂都是弹性的材料，包括离子 晶体和共价晶体等。 • 弹性、塑性和粘性变形是三种基本变形。
6.1主晶 相、次晶相、第二晶相等，非晶相：玻璃相和气相。 玻璃相熔点低、热稳定性差，强度低于晶相；气相的存 在导致陶瓷的弹性模量和机械强度降低，因气孔是应力 集中的地方。 陶瓷的玻璃化转变温度Tg。
同质异晶的相转变，但力学性能无显著变化。
• • • • •
• •
• •
• • •
电气石的优点： 单晶体电气石最大的特点是能够永久性产生0.06mA的微弱电流，与通过人体 神经的电流类似，促使血液循环顺畅。（利用电气石的负离子和红外线功能 可治愈烦恼女性多年的四肢冰冷症、肩膀痛、腰痛、生理痛及神经痛等。） 电气石的优点不仅仅是产生电流，只要善加利用，就可得到各种效果，具有 其他矿物所没有的优点，其特性大致分为下列五种。 （1） 产生负离子 负离子又称为[ 空气的维生素 ],具有调节人体离子平衡作用，能使身心放松， 活化细胞，提高自然治愈率等作用，并能抑制身体的氧化或老化，现代的环 境具有许多促使正离子生成的要因，身体经常处于紧张状态，因此，负离子 是现代人不可或缺的物质，此外，负离子也具有除臭的功效。 （2） 电解水 水电解后，能获得界面的活性作用、氯的安定化、铁的钝化（预防红色铁锈 生成而发生红水）、水的还原化、去除二氧化硅与粘合物（微生物集合体） 等各种效果。电气石与水反应，就能处理连化学洗剂和化学物质都很难处理 的问题。 （3） 缩小水分子束 水分子（H2O）并非单独存在，其分子会相互结合，形成分子束。分子束较 小的水能去除氯或不纯物，味道佳，而且能够提高身体的渗透力。 （4） 放射远红外线（波长4—14微米的红外线） 远红外线能够渗透到身体深层部位，温暖细胞，促进血液循环，使新陈代谢 顺畅。电气石远红外线发射力将近100％，数值较其他矿物高。 （5） 含有有效微量矿物质
当切应变很小时，＝。
剪切力， s＝F/S0
（3）均匀压缩 当均匀压缩（液体静压）时，材料受到周围的压力p， 发生体积形变，体积由V0缩小成V，压缩成v： v=(V0-V)/V0= V0/V0
（4）扭转 材料在扭矩M作用下，产生切应力，此时切应力＝ M/W,W为截面系数。 切应变为： ＝tan=d0/(2l0)×100% 为圆杆表面任一行等于轴线的直线因切应力的作用 而转动的角度，为扭转角； l0为杆的长度，d0为外径 （直径）。
原有结晶被破坏， 滑移而不是孪生
细紧屈服，载荷下降； 重新组合成新的方向 性好强度高的结晶结 构
体心立方体合金和 有色金属合金，有 屈服平台。
应力腐蚀与氢脆
• 机器零件受介质腐蚀和静应力联合作用而失 效，这种现象称为应力腐蚀破坏。 • 固体材料在环境介质恶劣时，受应力作用而 发生破坏的现象比单纯应力或单纯介质的破 环严重得多。 • 一些金属材料在应力腐蚀过程中，通常会产 生金属吸氢而引起的脆性破坏，即所谓氢脆 现象。
• AB二层最紧密置层最 紧密堆积 • 生成二种四面体空隙 (T+,T-)，一种八面体空 隙(Oct) •第三层密置层有两种堆积位置：a, c。
第六章 材料的性能
6.1 固体材料的力学性能
• 强度、弹性、硬度、塑性和韧性等。 • 建立模型和给出定量的处理方法。 • 借助微观分析,探索材料力学性能的实质，以 便能动地改进和提高材料的力学性能。
B 结晶聚合物的力学状态。 不完整，因此结晶聚合物常存在一定的非晶部分，也有 玻璃化转变。 Tg以上，链段运动仍受到限制，模量下降不大。 Tm以上，模量迅速下降。 分子量很大，Tm<Tf，则在Tm与Tf之间将出现高弹态。 分子量低时，Tm>Tf则熔融之后变成粘流态。
RT，塑料玻璃态，橡胶处于高弹态。玻璃化温度是非晶 态塑料使用的上限温度，熔点是结晶聚合物使用的上限 温度。对于橡胶，玻璃化温度则是使用的下限温度。
具有三维网络结构的微交联聚合物，则不发生粘性流动，只 有高弹行为；而高交联度的聚合物既无粘性流动也无高弹行 为；线型聚合物高弹态的温度随分子量的增大而增大。分子 量过小的聚合物无高弹态。
• （3）粘流态 处于粘流态的非晶态聚合物，由于波 段的剧烈运动，整个大分子链的重心发生相对位移， 产生不可逆形变，即粘性流动，聚合物成为粘性液体。 分子量越大，粘流温度Tf就越高，粘度也越大。交联 聚合物无粘流态存在，不能产生分子之间的相对位移。
钢的弹性模量E在204000214200MPa范围内。
恒弹性材料，温度对弹性模量的影响。
多晶由于晶界的滞弹性，温度较高时， E迅速下降。
金属的E取决于原子间的结合力，故其值主要取决于晶体中原 子的本性、原子间的结合力、晶格类型以及晶格常数等。
• 非晶态合金，具有很高的硬度和强度，延伸 率很低而并不脆。 • 升高到玻璃化温度，粘度明显降低，原子可 动性显著增大，发生晶化而失去非晶态结构。 • 合金元素降低弹性模量。 • 但如形成高熔点、高弹性模量的第二相质点， 则可提高弹性模量。铝合金中的硅；但第二 相合金的含量增多，将使塑性大幅度降低， 加工困难。
应力-应变曲线(-)大致有五种类型： （1）纯线性型
（2）弹性-均匀塑性型
（3）弹性-不均匀塑性型
（4）弹性-不均匀塑性-均匀塑性型
（5）弹性-不均匀塑性性(屈服平台)-均匀塑性型。
机器零件受介质腐蚀和静应力联合作用而失效，这种 现象称为应力腐蚀破坏。金属析氢而引起的脆性破坏， 即所谓的氢脆现象。
弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一 定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变 形越小。弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。它是 反映材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普通弹簧中的刚度。 又称杨氏模量。弹性材料的一种最重要、最具特征的力学性质。是物体弹性t变形 难易程度的表征。用E表示。定义为理想材料有小形变时应力与相应的应变之比。 E以单位面积上承受的力表示，单位为牛/米2。
（1）简单拉伸
伸长率较小时，张应变为：
＝(l-l0)/l0=l/l0 应变、相对伸长，又称为伸长率。 名义（习用）应力， ＝F/S0 真=？
（2）简单剪切
当材料受到的力F是与截面平行、大小相等，方向相 反且不在同一直线上的两个力时，发生简单剪切，即 单剪： 切应变＝l/l（偏斜角的正切）。
6.1.2.1 材料的应变方式
当材料受到外力作用而不产生惯性移动时，其几何形状 和尺寸会发生变化，这种变化称为应变或形变。宏观变 形时，内部分子及原子发生了相对位移，产生分子及原 子间对抗外力的附加内力，达到平衡时，附加内力与外 力大小相等，方向相反，定义为单位面积上的内力为应 力，其值与外加的应力相等，如面积为初始面积则应力 称为名义应力，面积为真实面积则称为真实应力。 各向同性的材料：简单拉伸、简单剪切和均匀压缩。静 加载下，还有扭转和弯曲形变。
陶瓷等弹性形变后没有塑性形变，立即发生脆性断裂，总弹性应 变能很小。
陶瓷具有高模量、高硬度、高强度和低延伸率。其弹 性模量比金属大得多，常高出1倍，甚至几倍。 陶瓷材料的键合 滑移不仅要受到密排面和密排方向的限制，而且还要 受到静电作用力的限制。
E与相的种类、分布比例及气孔率有关。
E=E0(1-k)
氢脆对高强度钢和弹性制件的危害特别大，在人们没有认识氢脆的 危害以前，曾经因为氢脆的实际存在而造成过许多严重的质量事故， 造成严重的设备损坏和人员伤亡事故。因此在认识到氢脆的严重危害 性以后，防止氢脆就成为电镀等有渗氢可能的加工工艺的一项重要指 标。 • 二战时期，英国为了抵御德国军队的侵略，设计了喷火式战斗机与之 抗衡。不料试飞时，螺旋桨轴突然断了，机毁人亡。一时间英国上下 手足无措。后来年仅27岁的中国留学生李薰，因为具有创新意识、动 手能力强而被推荐研究该战斗机。 • 李薰历时半年，找到了问题的根源：任何材料如果本身有一些裂痕， 通过振动或抖动将产生更大的裂纹。英国多雨，天气比较潮湿，氢原 子侵入钢制的飞机主轴的空间或间隙里，在一定条件下，氢原子遇到 碰撞，变成分子，体积发生膨胀，使钢断裂。由此他提出了氢脆原理， 找到了解决问题的出口，帮助英国成功设计了喷火式战斗机，为击败 德军入侵立功。