影响高分子材料强度韧性的因素

极性
拉
氢键
分子间作用力增大
伸
链刚性 化学键力增大，如芳杂环
强 度
交联
限制分子链间的滑移
分子量 分子间作用力增大
链规整性 紧密堆砌，增大分子间作用力
支化
破坏链规整性；分子间作用力减小
5.5 聚合物的增强与增韧
2、结晶和取向
结晶度↑
拉
结晶
伸
球晶尺寸↓
强
度
取向
取向方向
拉伸强度↑ ，模量↑
垂直取向方向 拉伸强度↓ ，模量↓
因 •强度
——分子间作用力
素 •延展性 ——分子链Biblioteka Baidu顺性（适中）
5.5 聚合物的增强与增韧
影响韧性的因素
极性和氢键 链规整性 交联 高分子本身 链刚性 的结构 M及MWD 结晶与取向 共聚与共混 增塑、填料
成型加工 过程
气泡 空洞 杂质 内应力
热光氧老化
使用 外力作用速度 条件 温度及湿度
受力状态
结构因素：结晶、交联、链刚性、M和MWD 可用于任何影响因素的讨论。
5.4 聚合物的断裂与强度
聚合物的韧性
冲击强度 Impact strength ——是衡量材料韧性的一种指标
i
W bd
冲断试样所消耗的功 冲断试样的厚度和宽度
5.4 聚合物的断裂与强度
➢ 影响冲击强度的因素
快速拉伸
——曲线下的面积代表 吸收能量
5.5 聚合物的增强与增韧
影响强度的因素
极性和氢键 链规整性 交联 高分子本身 链刚性 的结构 M及MWD 结晶与取向 共聚与共混 增塑、填料
成型加工 过程
气泡 空洞 杂质 内应力
热光氧老化
使用 外力作用速度 条件 温度及湿度
受力状态
5.5 聚合物的增强与增韧
1、链结构
强度取决于化学键和分子间力
5.5 聚合物的增强与增韧
1、链结构
韧性取决于分子间力及分子链柔顺性
极性
韧
氢键 阻碍链段运动，强迫高弹形变困难
性
链刚性
链规整性 紧密堆砌，强迫高弹形变困难
韧
支化
破坏链的规整性
性
分子量
适度交联，韧性提高
交联
过度交联，材料变脆
5.5 聚合物的增强与增韧
2、结晶和取向
结晶
结晶度 球晶尺寸
韧 性
取向
垂直取向方向 双轴取向
韧性↑ 韧性↑
5.5 聚合物的增强与增韧 3、共聚和共混
4、增塑与填料 增塑剂 韧性↑
5、应力集中物和内应力
裂缝，缺口，杂质等缺陷 应力集中 韧性↓ 大量同类小缺陷 诱发银纹，吸收能量 韧性↑
5.5 聚合物的增强与增韧
6、外力作用速度和温度 T↑，韧性↑
接近Tg时，冲击强度迅速增加 热固性材料的冲击强度受温度 影响很小
5.5 聚合物的增强与增韧 3、共聚和共混
4、增塑与填料 增塑剂 分子间相互作用下降 拉伸强度↓ 惰性填料：拉伸强度↓ 活性填料：拉伸强度↑ 纤维状填料：增强填料，提高拉伸强度
5.5 聚合物的增强与增韧 5、应力集中物和内应力
缺陷 应力集中 严重降低材料的拉伸强度
6、外力作用速度
外力作用速度↑， E↑，σb↑ ，σy↑
PMMA
5.5 聚合物的增强与增韧
7、温度
T↓ ， E↑ ，σb↑ ，σy↑，硬而脆 T↑， E ↓ ，σb ↓ ，σy↓，软而韧
交联
结晶 强度
提高强度的三大法宝 链刚性
5.5 聚合物的增强与增韧
研究发现：具有足够高M的大分子链完全有序 平行伸展排列起来，可获得最高的强度和模量。
实践结果表明：通过控制高分子的凝聚态结构 可大幅度提高聚合物的强度。
5.4 聚合物的断裂与强度
拉伸强度 Tensile strength
t
P bd
断裂强度 屈服强度
b-试样厚度，d-试样宽度, P-最大载荷
5.4 聚合物的断裂与强度
➢ 影响拉伸强度的因素
化学键断裂 所需力最大
化学键拉断 分子间滑脱
分子间扯离 所需力最小
分子间扯离
主要 方式
通过断裂形式分析：分子之间相互作用大小 对强度影响最大
外力作用速度↓ ，韧性↑
拉伸速率
T