聚合物材料测试方法课件

§1-1 描述力学性能的基本物理量
一、应力与应变
应变——当材料受到外力作用而它所处的环境又使 其不能产生惯性移动时，它的几何形状和 尺寸就会发生变化，这种变化就称为“应 变”。
应力——当材料产生宏观变形时，材料内部分子间 或者原子间原来的引力平衡受到了破坏， 因而会产生一种附加的内力来抵抗外力、 恢复平衡。当到达新的平衡时附加内力和 外力大小相等，方向相反。单位面积上的 附加内力称为“应力”。
A0 F
F
剪切应变： γs = S/d = 。
剪切应力的单位也是N/m2（ 帕斯卡）。
3. 均匀压缩 —— 材料受到均匀围压力的作用
材料的压缩应力就是所受到的围压力P；受力 后材料的体积发生变化，由原来的Vo减小为Vo-ΔV， 压缩应变为：
Δ=ΔV/ Vo
力学性能——拉伸、弯曲、剪切、压缩试验、冲 击试验、蠕变曲线、应力松弛曲线、高低频疲劳 试验……；
流变性能——旋转流变仪、毛细管流变仪、熔体 流动速率测定仪…… ；
热性能——导热系数测定仪、示差扫描量热仪、 膨胀系数测定仪、热变形温度测定仪…… ；
电性能——表面电阻和体积电阻、介电常数、介 电损耗角正切、高压电击穿试验…… ；
研究聚合物的分子运动——
通过热力学性能的变化研究分子运动——示差扫 描量热仪；
通过力学性质变化研究分子运动——静态与动态 热机械分析仪；
通过电磁性质变化研究分子运动——介电松弛与 核磁共振；
通过体积变化研究分子运动——热膨胀计
本门课程教学内容
第一章 聚合物材料力学性能测定 第二章 聚合物分子量与分子量分布测定 第三章 聚合物流变性能测定 第四章 波谱分析在聚合物材料中的应用 第五章 热分析在聚合物材料中的应用 第六章 显微分析技术在聚合物中的应用
均匀压缩时： 体积模量 B = P/Δ = PVo/ΔV 由于应变是无量纲的物理量，所以模量的单位
与应力的单位相同，都是N/m2（帕斯卡）。
三、材料强度——材料抵抗外力破坏的能力
拉伸强度——材料抵抗拉伸破坏的能力，也称抗张 强度。
在规定的的温度、湿度和拉伸速度下，对标准 尺寸的哑铃状试样施加拉伸载荷。当材料被拉断时， 试样所承受的最大载荷P与试样的横截面积（宽度 与厚度的乘积）之比即为材料的拉伸强度：
聚合物材料测试方法
聚合物材料的合成、加工与应用——
聚合物结构的表征——了解聚合物的微观结构、 亚微观结构和宏观结构。
聚合物性能的测定——评价和应用新材料、控制 产品的质量、研究聚合物结构与性能的关系。
聚合物分子运动的测定——分子运动方式不同会 导致聚合物所处的力学状态发生改变——转变。 每种聚合物都有其特定的转变。研究聚合物的松 弛与转变可以帮助人们了解聚合物的结构，建立 结构与性能之间的关系
4、弯曲——对材料施加一弯曲力矩，使材料发生弯 曲。主要有两种形式：
F
一点弯曲
三点弯曲
5、扭转——对材料施加扭转力矩
F
F
二、弹性模量——在弹性形变范围内单位应变所
需应力的大小。是材料刚性的一种表征，代表材料 抵抗变形的能力。
简单拉伸时： 杨氏模量 E = σ/ε= （F/Ao）/（ΔL/Lo）
简单剪切时： 剪切模量 G =τs/γs = （F/Ao）/ tgθ
课程说明
教材与参考书
《聚合物研究方法》——张美珍主编，轻工出版社 《高分子物理》——何曼君主编，复旦大学出版社
▪ 教学方法
以课堂讲授为主，结合观摩仪器使用
▪ 成绩评定
作业及平时表现30 %； 期末考试 70 %。
第一章 聚合物力学性能测定
§1-1描述力学性能的基本物理量 §1-2 聚合物拉伸试验 §1-3 聚合物弯曲试验 §1-4 聚合物冲击试验
(J/m2)
4、硬度——表征材料表面抵抗外力变形的能力
由一种较硬的材料做为压头，在一定的试验 条件下将压头压入试样中，以压痕的深度计算材 料的硬度。
塑料球压痕硬度
布氏硬度
洛氏硬度
四、应力—应变曲线
对聚合物进行拉伸试验，以试样的应力值对试 样的形变值作图所得到的曲线。通常以应力为纵坐 标、应变为横坐标。
1、简单拉伸 ——材料受到一对垂直于材料截面、大 小相等、方向相反并在同一直线上的外力作用
拉伸应变：
ε=L-Lo/Lo=ΔL/Lo 也称为伸长率，无量纲。
拉伸应力：
σ= F/Ao Ao是材料的起始截面积； 应力的单位是 N/m2，称 为“帕斯卡”。
F
A0
A
l0 l
Dl
F
简单拉伸示意图
2. 简单剪切 ——材料受到与截面平行、大小相等、 方向相反，但不在一条直线上的两个外力作用，使 材料发生偏斜。其偏斜角的正切值定义为剪切应变。
3. 冲击强度——材料抵抗冲击载荷破坏的能力，反 映材料的韧性指标。通常定义为试样在冲击载荷 作用下破坏时单位面积吸收的能量 。
冲击强度的试验方法有许多种，包括摆锤式 冲击试验、落球式冲击试验、高速拉伸试验等。 设W为试样断裂所消耗的功，可以有两种表示材 料抵抗冲击载荷破坏的强度：
冲击韧性：
I bWd
屈服点——Y σY：屈服应力 εY：屈服伸长率
断裂点——B σB：断裂应力 εB：断裂伸长率
§1-2 聚合物拉伸试验
拉伸试验测定的力学性能 拉伸强度、断裂强度、屈服强度、定伸强度、断 裂伸长率、应力—应变曲线、弹性模量。
拉伸试验所适用的聚合物材料 热塑性塑料、热固性塑料、橡胶材料
拉伸试验对试样的要求 4类哑铃状试样
σt = P/bd 由于在拉伸过程中试样的宽度和厚度不断变化， 所以一般采用试样起始的尺寸来计算拉伸强度。
2. 弯曲强度——材料抵抗弯曲破坏的能力 在规定的试验条件下对标准试样施加一个弯曲力
矩，直到试样断裂：
测定试验过程中的最大载荷P，并按照下式计算弯曲强度：
f
Plo/2 1.5Pol 2bd 2/6 bd 2
聚合物结构的分析表征——
链结构——红外光谱、紫外光谱、荧光光 谱、拉曼光谱、电子能谱、核磁共振、顺 磁共振、X射线衍射（广角）、电子衍射、 中子散射……；
聚集态结构——X射线衍射（小角）、固 体小角激光光散射、电子衍射、电子显微 镜、光学显微镜、原子力显微镜、热分 析……。
聚合物性能的测定——