高分子材料力学状态共35页
高分子材料的力学状态.pptx
运动单元多重性：
键长、键角、侧基、支链、 链节、链段、分子链
需要时间
（ 10-1 ～ 10+4 秒）
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Tg 粘流态
Tf
Td
Tf ～ Td
分解温 度
（1）分子运动机制：整链分子产生相对位移
（2）力学特征：形变量很大（流动）
形变不可逆
模量极小
（3）Tf与摩尔平均质量有关
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2.1 高分子材料的力学状态
材料受力方式的基本类型
F
A0
A
A0
l0
l
F
F Dl
F
简单拉伸示意图
产生的形变-拉伸形变/相对伸长率
简单剪切示意图
剪切应力、剪切应变
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2.2 高分子材料的力学性能
F
F
A0
一点弯曲
三点弯曲
均匀压缩 体积形变 压缩应变
F
F
扭转
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2.2 高分子材料的力学性能
应力-应变曲线 Stress-strain curve
Strain softening 应变软化 B
B Y
Y
N
D
A A
plastic deformation
塑性形变
Strain hardening 应变硬化
E D A D A
O A
B
y
图2.4 非晶态聚合物的应力-应变曲线（玻璃态）
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2.2 高分子材料的力学性能
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2.2 高分子材料的力学性能
序号 类型
1
2
硬而脆 硬而强
3 强而韧
材料力学行为课件：第七章 高分子材料的力学行为
内耗的不利方面：加速橡胶制品的老化。
内耗的有利方面：内耗有力于减震作用。
4 高耐磨性 高聚物具有较高的耐磨性。 塑料经常用来制造轴承、轴套、凸轮等摩擦磨损零件。
二 高分子材料物理化学性能特点
1 高绝缘性能 导电能力低、介电常数小、介电损耗小、耐电弧性能好 塑料、橡胶厂用来做电机、电器电子工业的绝缘材料。
3 具有粘弹性特点 粘弹性：高聚物在外力作用下，同时发生高弹性变形和粘性流动， 其变形和时间相关。这种现象称为粘弹性。
高分子材料的粘弹性表现为：蠕变、应力松弛和内耗
内耗：在交变应力作用下，处于高弹态的高分子当变形速率跟不上应力变 化速率，出现应变滞后现象，导致有些能量消耗于材料中分子内摩擦并转 化为热能放出。由于力学滞后使机械能转化为热能的这种现象称为内耗。
第七章 高分子材料的力学行为
高分子材料：又称聚合物，由相对分子量大于5000的 高分子化合物为主要组分的材料。
第一节高分子材料的组织结构
一 高分子材料的概述
1 高分子链的合成
高分子链是由一种或者几种低分子化合物通过 聚合而重复链接成大分子链状结构。
链节：大分子材料中重复结构单元称为链节。 聚合度：链节的重复数目称为“聚合度”。
均聚物：有一种单体合成的高聚物称为均聚物，如聚乙烯、聚氯乙烯等。 共聚物：由两种或者两种以上的单体合成的高聚物称为共聚物。类似金属的合金
3 高分子链的特性
（1）高分子链的形态
按照几何形态，高分子链分为三种类型
线形：各链节以共价键连接成线形 长分子链，直径为几十到几百纳米， 长度可达几百纳米到几微米。
四 高分子链的聚集态和物理状态
（1）高聚物的结合力 高聚物的大分子链中各原子结合以共价键结合，这种共价键成为主价 力；结合强；影响高聚物的强度和熔化温度。 高分子链之间的吸引力为范特瓦尔力和氢键力，成为次价力。
高分子材料的力学性能
高分子材料的力学性能
01 高聚物的抗拉强度
02 长期强度
高分子材料的力学性能
抗拉强度：
在规定的温度、湿度和加载速度下，在试样上沿轴 向施加拉力直到试样被拉断为止，断裂前试样所承受的 最大载荷与试样截面之比称为抗拉强度。
宽度b
厚度d
P
t
p bd
p A0
抗拉强度越大，说明材料越不易断裂、越结实
高分子材料的力学性能
高分子材料的力学性能
玻璃纤维是将玻璃材料通过拉丝形成的纤维状的玻璃， 没有固定的熔点。是一种综合性能优异的无机非金属材料， 通常作为复合材料增强基材、电绝缘材料、耐热绝热材料、 光导材料、耐蚀材料和过滤材料等，广泛应用于国民经济各 个领域。
玻璃纤维
高分子材料的力学性能
玻璃纤维对高聚物的增强：
短玻璃纤维可以提高热塑性塑料的强度，还可以用玻璃纤维与其 他织物复合而制成玻璃钢。
玻璃钢的性能优越，其强度高于钢，是以玻璃纤维制成玻璃布，
以不同的角度排列，以环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂的顺序形成涂 层，经加热、层压、固化而成。
材料
拉伸强度/MPa
未增强
23
聚乙烯
右表为一些热塑性
增强
76
塑料用玻璃纤维增
未增强
58
聚苯乙烯
强后其拉伸强度的
增强
96
变化
未增强
62
聚碳酸酯
增强
140
未增强
在高分子材料中长期强度指一定时间后，高分子材料 不发生断裂时的强度值。
长期
t
谢谢！
高分子材料的力学性能
2、应力和缺陷：
缺陷的存在将使材料受力时内部压力分布不平均， 缺陷附近范围内的应力急剧地增加，远远超过压力平均 值，这种现象称为应力集中，缺陷就是应力集中物，包 括裂缝、空隙、缺口、银纹和杂质等，缺陷成为材料的 薄弱环节，材料的破坏就从这些缺陷处开始而扩展到 整个体系，严重降低材料的强度。
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
高分子物理高分子的力学性能PPT课件
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（2） 不相同点： ① 冷拉温度范围不同 a. 玻璃态高聚物拉伸温度区间是：Tb－Tg b. 结晶态高聚物拉伸温度区间是：Tg－Tm
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7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
② 本质差别 a. 玻璃态高聚物只发生分子链的取向，不发生相变 b. 结晶态高聚物发生结晶的破坏，取向，再结晶。
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7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（3）变为细颈的试样重新被均匀拉伸，直到出现断裂 。
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7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
比较玻璃态高聚物的拉伸与结晶态高聚物的拉伸相同点与区别
（1） 相同点：两种拉伸过程都经历弹性变形，屈 服（“成颈”），发展大形变，应变硬化。断裂前的大 形变在室温时都不能自发恢复，加热后才能恢复原状态。
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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。
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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
不易发生相对滑移。随着交联度的增加，往往不易发 生大的形变，强度增大。例如：PE交联后，拉伸强度 可提高一倍，冲击强度可提高3-4倍。
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7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（5）分子量 分子量低时，拉伸强度和冲击强度都低，随着分
子量的增加，二者都会提高。但当分子量超过一定的 数值后，拉伸强度的变化就不大了，而冲击强度则继 续增大。
高分子材料的结构、物理状态及性能PPT(30张)
二、高分子化合物的组成
简单的低分子化合物叫单体。由一种或几种简单的低分子 化合物通过共价键重复连接而成的链称为分子链。大分子链 中的重复结构单元叫链节。链节的重复次数即链节数叫聚合 度。例如：聚氯乙烯分子是由n个氯乙烯分子打开双键，彼此 连接起来形成的大分子链。可用下式表示：
(1) 热塑性塑料：加热时软化并熔融，可塑造成形，冷却 后即成型并保持既得形状，而且该过程可反复进行。这类塑料 有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺(尼龙)、聚甲醛、聚碳 酸脂、聚苯醚、聚砜等。这类塑料加工成形简便，具有较高的 机械性能，但耐热性和刚性比较差。
(2) 热固性塑料: 初加热时软化，可塑造成形，但固化后 再加热将不再软化,也不溶于溶剂。这类塑料有酚醛、环氧、氨 基、不饱和聚酯、呋喃和聚硅醚树脂等。它们具有耐热性高， 受压不易变形等优点，但机械性能不好。
不同键接方式对性能 影响很大，头尾键接 强度最高。
三、大分子链的形态
⑴伸直链（又称线型链） 由许多链节组成的长链，通常 是卷曲成线团状。这类结构高聚物的特点是弹性、塑性好， 硬度低，是热塑性材料的典型结构。
⑵带支链 支化型分子链，在主链上带有支链。这类结构 高聚物的性能和加工都接近线型分子链高聚物。
一、高聚物的三态
线型非晶态高聚物在不同温度下表现出三种物理状态： 玻璃态、高弹态和粘流态。在恒定应力下的变形-温度பைடு நூலகம் 线如图所示。Tb为脆化温度，Tg为玻璃化温度，Tf 为粘流 温度，Td为化学分解温度。
玻璃化温度Tg是高聚 物保持玻璃态的最高温度， 可认为是大分子链段开始 运动的最低温度。
一、高聚物的三态
（6）氯纶 难燃、保暖、耐晒、耐磨、弹性好，但是染色性 差，热收缩大，限制了它的应用。
高分子材料的力学性能模拟及分析
高分子材料的力学性能模拟及分析高分子材料是一种重要的材料类型，具有许多引人注目的优良性能。
它们具有很高的可塑性和韧性，可以成型为各种复杂形状，且可以在不同温度和湿度下使用。
在这篇文章中，我们将讨论高分子材料的力学性能模拟及其分析方法。
高分子材料的力学性能高分子材料的力学性能是指材料在受力时的反应，包括材料的弹性、塑性、断裂等性质。
这些性能对于材料的使用非常关键，因为它们决定了材料的强度、韧性和耐久性等方面。
在高分子材料中，弹性模量是衡量材料弹性性能的一项关键指标。
弹性模量可以定义为材料在受力时的弹性变形与应力的比值。
高分子材料的弹性模量通常比金属和陶瓷等传统材料低，这是由于高分子材料的链状分子结构和较弱的相互作用力导致的。
除了弹性模量，高分子材料还表现出不同的塑性行为。
塑性行为主要由两个因素决定：分子在受力下的形变和传递形变的机制。
高分子材料通常表现出可塑性行为，这意味着他们可以在受到压力时变形而不会破裂。
分析高分子材料的力学性能分子动力学模拟是一种非常有效的方法，可以用来分析高分子材料的力学性能。
分子动力学模拟是一种计算机模拟技术，可以模拟分子之间相互作用的力学行为。
在分子动力学模拟中，分子被建模为一系列离散的质点，并通过牛顿运动定律来计算分子的位置和速度随时间的变化。
分子动力学模拟可以提供高分子材料的微观结构和力学性能的详细信息。
通过模拟，我们可以了解材料在受力时的分子间相互作用和变形，并且可以预测材料的力学性能，如弹性模量、塑性性质和断裂行为等。
另一种用于分析高分子材料的力学性能的技术是有限元方法。
有限元方法是一种数值分析技术，广泛应用于工程、物理学和其他学科。
有限元方法的基本思想是将大型问题分解为许多小型问题，然后使用计算机程序解决。
在有限元方法中，高分子材料被分解成数百万个小元素，然后通过数值方法来求解每个元素的力学行为。
这些小元素的行为可以被组合成整个材料的力学性能。
总结高分子材料是一种非常重要的材料类型，因为它们具有许多优良的性能。
关于高分子材料的力学性能课件
银纹与裂纹的区别？
关于高分子材料的力学性能
银纹如何影响强度？
银 纹 的 扩 展
关于高分子材料的力学性能
中间分子 链断裂
扩展
形成裂缝
Thank You !
关于高分子材料的力学性能
硬而脆的材料主要有：低分子量的PS、酚 醛树脂、环氧树脂
关于高分子材料的力学性能
硬而强的材料主要有：硬PVC、PS、 PMMA
所讲的内容
高聚物的应力 强度理论 与应变曲线
关于高分子材料的力学性能
曲线的类型
由于高分子材料种类繁多，实际得到的材料应力－应变曲线具 有多种形状。归纳起来，可分为五类 。
（a）硬而脆型 （b）硬而强型 （c）硬而韧型 （d）软而韧型 （e）软而弱型
关于高高分分子材子料的材力料学性应能力-应变曲线的类型
关于高分子材料的力学性能
原因：
研究表明，材料内部微观结构的不均匀和 缺陷是导致强度下降的主要原因。实际高 分子材料中总是存在这样那样的缺陷，如 表面划痕、杂质、微孔、晶界及微裂缝等， 这些缺陷尺寸很小但危害很大。
这里将着重介绍银纹缺陷对断裂强度 的影响
关于高分子材料的力学性能
银纹的产生
高分子材料在使用与储存过程中或在拉伸作用 下，由于应力及环境的影响，在材料某些薄弱 地方出现应力集中而产生局部的塑性形变与取 向，在其表面或内部出现闪亮的，细长形的 “类裂纹”。
关于高分子材料的力学性能
聚合物的理论强度
从分子水平来看，聚合物之所以具有强度，主 要靠分子内的化学键合力，分子间的范德华力 和氢键。
关于高分子材料的力学性能
内部结构的破坏可归结为以下三种情况：
化学键破坏
分子间滑脱
高分子导论(4)-力学状态
Tg （℃）
―70 ―105 ―60 ―70 ―45 ―41 ―60 ―120 ―55
使用温度范围（ 使用温度范围（℃） ―50 ～ +120 ―70 ～ +140 ―50 ～ +140 ―50 ～ +150 ―35 ～ +180 ―35 ～ +175 ―40 ～ +150 ―70 ～ +275 ―50 ～ +300
线型非晶态高聚物的三个力学状态
高弹态 ：
模量小， 达因/ * 模量小，105～7达因/厘米2 形变大，可达800% 800%或更大 * 形变大，可达800%或更大 形变可逆、 * 形变可逆、是一个松弛过程 * 为橡胶性状 分子运动机制： 分子运动机制： 分子链段解冻可以进行运动,受外力时， 分子链段解冻可以进行运动,受外力时，链段通过内旋 转实现构象转变，使分子链由卷曲状态变为伸展状态， 转实现构象转变，使分子链由卷曲状态变为伸展状态，在 宏观上表现出高弹形变。除去外力后， 宏观上表现出高弹形变。除去外力后，分子链又可自发地 通过内旋转回复到卷曲状态，形变回复。 通过内旋转回复到卷曲状态，形变回复。
3) 高分子链中的小运动单元 链节、键长、键角、 链节、键长、键角、侧基和支链等 的运动
8.5.3 线型非晶态高聚物的三个 力学状态
Tg ——玻璃化转变温度 Tf ——粘流温度 玻璃化转变温度 粘流温度
线型非 晶高聚 物的形 变～温 度关系 曲线
线型非晶态高聚物的三个力学状态
玻璃态 ： 模量大， 10～ 达因/ * 模量大，1010～12达因/厘米2 形变小，～ ，～1% * 形变小，～1% 或更小 * 形变可逆且瞬时完成 * 为塑料性状 分子运动机制：仅有链节侧基等小单元能运动 链节侧基等小单元能运动, 分子运动机制：仅有链节侧基等小单元能运动, 伴随着键长、键角的变化， 伴随着键长、键角的变化，分子链段和整个分 子链处冻结状
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。
高分子科学基础-高分子材料力学性能
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
4
③简单拉伸/压缩：纵向伸长、横向收缩
拉伸应力 拉伸应变 杨氏模量 拉伸柔量
小形变
σ= F / A0
ε=L /L0 E = σ/ε D =ε/σ
真实形变
内耗： 顺丁 < 丁苯、丁腈 < 丁基橡胶 22
•内耗与温度的关系 T<<Tg or Tg <<T<Tf ， 内耗都很小 T≈Tg ， 内耗出现极大值
•内耗与外力作用频率的关系
低频or高频时，内耗小
中等频率时，
内耗出现极大值
23
讨论动态粘弹性，应力、应变均为时间函数，弹性模量=?
由于粘弹性材料在交变力作用下，材料的应变变化总落后于应
意义：利用加力时间和温度的对应关系，可将不同温度或不同频率 测定的力学性能进行比较和换算，从而获得某些无法用实验 得到的数据。
时温等效性可借助转换因子αT实现： logαT = –17.44(T–Tg) /(51.6+T–Tg)
27
13
么么么么方面
• Sds绝对是假的
2.橡胶弹性的热力学分析
长度lo的试样，等温时受外力 f 拉伸，伸长 dl dU = dQ－dW
拉伸中体积变化所做的功 PdV
dW
PdV－fdl
拉伸中形状变化所做的功－fdl
又 dQ=TdS, ∴ dU = TdS + fdl －PdV
橡胶在拉伸中体积不变, dV=0; ∴ dU = TdS + fdl
1.形变类型和描述力学行为的基本物理量
高分子材料——高聚物的分子运动与力学状态PPT学习教案
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3）. 链节、支链、侧基等的运动
（更小尺寸微布朗运动）
——比链段运动所需能量低，在玻璃化
转变温度以下即可发生；
4）. 晶区内的运动
——晶型转变、晶区内缺陷运动、晶区
折叠链伸缩呼吸运动等。
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2 . 分子运动的时间依赖性——松弛
.
外力拉长Δx，撤除外力，则形变回复随时间
式中， τs是某一参考温度Ts下的松弛时
间，C1和C2是经验常数。
T ↗， τ ↘
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1-2 高聚物的力学状态和
热转变
1 . 线形非晶态高聚物
2 . 晶态高聚物
3 . 交联高聚物
当温度在一定范围内变化时，大分子具有不
同的运动状态，高聚物宏观表现出不同的力学状
态。 在恒定应力下，高聚物的温度-形变之间
熔融转变称为主转变松弛。
次级（转变）松弛——低
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次级松弛——
更小单元的运动
主松弛——
非晶及晶区的连段运动
高聚物的动态力学温度谱
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2-2 晶区的次级松弛
晶区的松弛转变除了分子整链
运动的结晶熔融主转变外，还
包括以下次级松弛。
1）Tm以下的晶型转变；
2）晶区内部缺陷的运动，
段运动十分缓慢，体积松弛和构象重排在实验的时间标尺内不可能
在0到T2到之间，链构象不再发生变化，只有一种
能量最低的构象存在，平衡构象熵变为零；
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）
高分子材料的力学性质与形变行为研究
高分子材料的力学性质与形变行为研究引言：高分子材料是一类由重复单元组成的大分子化合物。
其在工业、生活和科学研究等领域中得到了广泛应用。
高分子材料的力学性质与形变行为研究，旨在探索材料在外力作用下的变形行为，为高分子材料的设计与应用提供科学依据。
一、材料的力学性质分析1. 弹性模量弹性模量是衡量材料抵抗形变程度的指标。
对高分子材料而言，其弹性模量通常较低，这是因为分子间相对较大的间隙和柔软的分子链结构所致。
然而，通过在高分子材料中添加填充剂或改变分子结构等方式，可以显著提高其弹性模量。
2. 屈服强度屈服强度是材料在外力作用下开始发生塑性变形的应力值。
对高分子材料而言，其屈服强度通常较低。
此外，高分子材料在高温或潮湿环境下易出现劣化现象，从而降低屈服强度。
因此，在高分子材料的设计与应用过程中，需要考虑其在特定环境下的耐久性。
3. 断裂强度断裂强度是材料在受到极限载荷时发生破裂的应力值。
由于高分子材料的分子链结构相对柔软，其断裂强度较低。
为了提高高分子材料的断裂强度，可以使用增强剂或改进分子链结构等方法。
二、高分子材料的形变行为研究1. 变形模式高分子材料在外力作用下表现出多种形变模式，如弯曲、拉伸、挤压和剪切等。
这些变形模式的不同对材料的力学性能和应用起着重要影响。
因此，研究高分子材料的不同变形模式以及其相应的力学行为对于材料设计和工程应用具有重要意义。
2. 变形机理高分子材料的变形机理主要包括两个方面：分子链的变形和分子链之间的相互作用。
分子链的变形是指在外力作用下，分子链的形态和结构发生改变。
而分子链之间的相互作用包括物理相互作用和化学键的形成和断裂等。
研究这些变形机理有助于理解高分子材料的力学性质和形变行为。
3. 形变速率效应高分子材料的形变速率对其力学性质和形变行为有显著影响。
以拉伸测试为例，高分子材料在不同的拉伸速率下表现出不同的应力-应变曲线。
在低拉伸速率下，材料表现出典型的弹性和塑性变形；而在高拉伸速率下，材料可能表现出脆性断裂行为。
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。
第3章-高分子热运动与力学状态
建议4学时
讲解重点
讲清以下基本概念：形变-温度曲线；力学状态；玻璃态；高弹态（橡胶态）； 黏流态；玻璃化转变；黏流转变；玻璃化转变温度；黏流温度；熔点；自由体 积；分子占有体积；等自由体积理论；自由体积膨胀系数；松弛过程；松弛时 间；WLF方程；玻璃化转变的多维性；主转变；次级转变。
讲解聚合物分子运动的特点。根据这些特点体会和理解高分子材料和小分子物质 力学性能上的差异。
第4节
玻璃态和结晶态高分子材料的次级转变
4．1 研究次级转变的方法
tanδ
β转变: γ转变: δ转变:
典型的聚合物动态力学损耗-温度谱
4．2 玻璃态高分子材料的次级转变
侧基、侧链的运动：
局部主链的松弛运动： 曲轴运动 杂原子基团的运动
4．3 结晶高分子材料的次级转变
第5节 高分子材料的黏流转变 5．1 黏流转变及分子运动特征
链段的运动：
链节的运动:
侧基、支链的运动： 晶区内的运动：
1．2 分子运动的时间依赖性
物质从一种平衡状态 外场作用下 通过分子运动 与外界条件相适 应的另一种平衡状态
高分子的分子运动需要时 间——松弛时间
X (t ) X 0et
τ—松弛时间，表示形变回 复到△X0的1/e时所需要的 时间。
除了改变温度能导致链段运动状态变化，从而引发材料玻璃化转 变外，在恒温下改变其他条件，如改变各向同性压力、外力作用 频率等，也能改变链段运动状态，引发玻璃化转变，这种现象称 玻璃化转变的多维性。
玻璃化转变压力：在等温条件下高聚物比容随压力变 化的转折点为玻璃化转变压力Pg。
玻璃化转变频率：
恒温条件下，作用力频率和电场频率与tgδ 的关系曲线中， tgδ 最大值处的频率即为玻璃化转变频率。