聚合物(高分子材料)的力学性能
高分子物理高分子的力学性能
高分子物理高分子的力学性能引言高分子是由大量重复单元组成的长链聚合物，具有广泛的应用领域。
高分子材料的力学性能是评估其性能和应用范围的重要指标之一。
本文将重点介绍高分子物理高分子的力学性能，包括拉伸性能、弯曲性能和压缩性能。
拉伸性能拉伸性能是衡量高分子材料抵抗拉伸变形的能力。
引伸模量是评估高分子材料刚度的指标，反映了材料在受力下沿着拉伸方向的抗弯刚度。
拉伸模量越大，材料刚度越高，说明材料越难被拉伸变形。
另一个重要的指标是断裂伸长率，即材料在断裂前所能延伸的长度与原始长度之比。
断裂伸长率越大，材料的延展性越好，能够在受力下更好地承受高应变。
弯曲性能弯曲性能是评估高分子材料在受力下的弯曲变形能力。
弯曲模量是衡量材料刚度和弯曲抗弯能力的指标，它反映了材料在弯曲过程中所需的力和弯曲程度之间的关系。
弯曲模量越大，材料的刚度越好，弯曲变形能力越低。
另一个重要的指标是弯曲强度，即材料在抵抗内部应力下断裂弯曲的能力。
弯曲强度越高，材料越能够承受弯曲应力而不断裂。
压缩性能压缩性能是评估高分子材料在受力下的抗压能力。
压缩模量是衡量材料在受压过程中抗弯刚度的指标，它反映了材料在压缩过程中所需的力和压缩程度之间的关系。
压缩模量越大，材料的刚度越高，抗压变形能力越低。
另一个重要的指标是压缩强度，即材料在抵抗内部应力下断裂压缩的能力。
压缩强度越高，材料越能够承受压缩应力而不断裂。
影响高分子材料力学性能的因素高分子材料的力学性能受多种因素影响。
其中，聚合度是一个重要的因素，即聚合物链的长度。
聚合度越高，链段之间的力学相互作用越多，因此材料的力学性能越好。
另一个重要因素是材料的结晶度。
高结晶度的材料通常具有更好的力学性能，因为结晶区域可以提供更多的强度和刚度。
此外，材料的处理方式和加工工艺也会对力学性能产生影响。
高分子物理高分子的力学性能是评估其应用潜力和性能表现的关键指标。
拉伸性能、弯曲性能和压缩性能是评估高分子材料力学性能的重要指标。
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。
高分子材料的物理化学性质
（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。
（三）粘弹性
高聚物力学性质随时间而变化的现象称为力学松弛或粘 弹现象 静态粘弹性 蠕变、应力松弛 粘弹性分类 动态粘弹性 滞后、内耗
1、蠕变
在恒温下施加较小的恒定外力时，材料的形变随时间而 逐渐增大的力学松弛现象。如挂东西的塑料绳慢慢变长。
• 这种由于力学滞后而使机械功转换成热的现象，称 为内耗。
• 相关应用
• 对于作轮胎的橡胶，则希望它有最小的力学损耗 才好 • 对于作为防震材料，要求在常温附近有较大的力 学损耗（吸收振动能并转化为热能） • 对于隔音材料和吸音材料，要求在音频范围内有 较大的力学损耗（当然也不能内耗太大，否则发 热过多，材料易于热态化）
（4）应力集中：若材料中存在某些缺陷，受力时，缺陷附 近局部范围内的应力会急剧增加，称为应力集中。应力集中 首先使其附近的高分子链断裂和相对位移，然后应力再向其 它部位传递。
（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。
F
F
均匀压缩
体积改变而形状不变
A0
弹性模量
是指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。分别对应于以上 三种材料受力和形变的基本类型的模量如下： 拉伸模量（杨氏模量）E：E = /
剪切模量（刚性模量）G：G = s /
体积模量（本体模量）B：B = p /
影响粘合强度的因素：
1.分子量：中等分子量
2.表面粗糙度：粗糙表面提高粘合强度
高分子物理——第六章 聚合物的力学性能
二、橡胶弹性的统计理论
热力学分析只能给出宏观物理量之间的关 系，利用统计理论，可以通过微观的结构参数， 求得高分子熵值的定量表达式，进而导出熵变与 宏观的应力—应变关系。
研究步骤： 1）运用构象统计计算形变时单个柔性链的构象熵 2）运用构象统计计算形变时网络链的熵变 3）获得交联网络的状态方程 4）与试验结果比较，进行评价
第六章
聚合物的力学性能
一、聚合物的力学性能的内涵
普弹
弹性 高弹 形变性能 粘性 粘弹性 强度 断裂性能 韧性 固体高分子材料的力 学性能，也就是研究 受力后，它的尺寸稳 定性和强度问题，或 者说是形变的特征和 破坏的规律问题。
力学性能
研究力学性能有两个相关的目的。 1、获得描述聚合物力学行为的数据和一般规律。 2、深入了解力学性能与分子结构的内在联系。
ζ
大球晶 小球晶
ε
ζ
高结晶度
低结晶度
ε
第二节：高弹态聚合物的力学性质
橡胶材料是重要的高分子材料之一，在Tg以上， 处于聚合物特有的高弹性力学状态。高弹性无疑是 这类材料显著的特征或说独特的性质，是材料中一 项十分难得的可贵性能，被广泛用于各个领域，其 作用是不可替代的。
橡胶的分子结构和高弹性的本质长期以来一直 受到人们的注视和研究；提高橡胶的耐寒性和耐热 性即扩大橡胶的使用范围，成了人们新的课题。
u ( )T ,V 0, l
f S f T( )l , p T ( )T ,V T l
说明理想弹性体被拉伸时内能几乎不变，主要 引起熵的变化。橡胶弹性完全是由拉伸时熵的减少
而引起的。故高弹性又称熵弹性。即高弹形变的本
质是熵变。 拉伸时熵值由大→小，终态是一种不稳定体系， 故拉伸后的橡皮于外力除去后会自发地回复到初态， 这就说明了高弹形变是可回复的，表现出高弹性。
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。
高分子材料性能
高分子材料性能高分子材料是由长链聚合物分子组成的一类材料。
它们具有很多出色的性能，使其成为现代工业中广泛应用的材料之一。
首先，高分子材料具有卓越的力学性能。
由于高分子材料的长链结构，其分子可以互相连接形成三维网络结构，在外力作用下，分子可以发生移动和变形，从而使材料具有较高的韧性。
此外，高分子材料还具有较低的密度，可以在轻负荷下承受较大的拉伸和压缩力，使其成为制造轻量化产品的理想选择。
其次，高分子材料具有良好的化学稳定性。
由于高分子材料中的分子间键强度较低，不易受到化学物质的侵蚀，因此具有较高的化学稳定性。
这使得高分子材料可以在各种恶劣的环境中使用，不易被腐蚀和氧化，从而提高材料的使用寿命。
此外，高分子材料还具有良好的电绝缘性能。
高分子材料中的聚合物分子通常是非极性物质，其分子间没有明显的电荷分布差异。
这使得高分子材料具有较高的介电常数和较低的电导率，从而使其成为制造电缆绝缘层、电子元件外壳等电器材料的好选择。
另外，高分子材料还具有良好的耐热性和耐低温性。
高分子材料的分子链结构较长，分子间的键强度较高，因此能够承受较高的温度。
一些特殊的高分子材料甚至可以在几百摄氏度的高温下仍然保持稳定。
同时，高分子材料的分子间距离较大，分子之间的运动相对较为自由，使其在低温下仍然能够保持较高的柔韧性和可塑性，不易产生脆性断裂。
最后，高分子材料还具有较好的加工性能。
由于高分子材料通常是可熔融的，可以通过注塑、挤出和压缩等加工方法进行成型。
此外，高分子材料具有较高的可溶性，可以与其他物质进行混合加工，从而改善材料的性能。
这使得高分子材料在工业生产中能够实现大规模、高效率的生产。
综上所述，高分子材料具有卓越的力学性能、良好的化学稳定性、优良的电绝缘性能、出色的耐热耐低温性和良好的加工性能等优势。
这些性能使得高分子材料在各个领域有着广泛的应用，如汽车工业、电子工业、航天航空工业等。
随着科学技术的进步，高分子材料在材料领域的应用前景将会更加广阔。
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
聚合物材料的力学性能与应用研究
聚合物材料的力学性能与应用研究聚合物是指由单体经聚合反应而成的高分子化合物，是材料科学领域中的一个重要研究方向。
聚合物由于具有优异的物理化学性质，广泛应用于各个领域中。
其中，聚合物材料的力学性能一直是研究的热点，对于实际应用有着重要的意义。
1. 聚合物材料力学性能的影响因素聚合物材料的力学性能受到多个因素的影响，包括结构、成分、加工工艺等。
其中，聚合物的结构对于其力学性能起着决定作用。
聚合物结构的一般特征主要取决于两种基础单位的组成比例和聚合反应的方式。
一种基础单位是链端上的单体——它构成了聚合物主体结构的基础；另一种是构成了链之间交联的单体——交联单体，它使聚合物成为一个三维结构，有利于提高聚合物的力学强度。
此外，分子量也是影响聚合物材料力学性能的因素之一，分子量越大，聚合物的强度、韧性和耐热性都会有所提高。
除了结构，成分也是影响聚合物材料力学性能的重要因素之一。
聚合物材料成分的差异会对聚合物的应力应变特性、刚度、弹性、热应力等产生明显影响。
例如，将不同的单体混合在一起聚合，可以得到具有不同性质的材料。
2. 聚合物材料力学性能的应用研究由于聚合物材料的力学性能十分重要，因此相关的应用研究也是不可或缺的。
目前，聚合物材料的应用范围非常广泛，主要包括以下几个方面。
（1）高分子合成高分子材料的制备是聚合物材料应用研究领域的重要方向之一。
通过合成不同类型的聚合物材料，可以得到具有不同性质的高分子材料，满足不同领域的应用需求。
例如，具有良好热稳定性和机械性能的聚酰亚胺材料被广泛应用于电子、航空、汽车等领域中。
（2）高分子复合材料高分子复合材料是应用最广泛的一种高分子材料，它是由两种或两种以上的材料组合而成，具有更加优异的物理、化学性质和机械性能。
例如，聚碳酸酯和玻璃纤维复合材料被广泛应用于汽车、航空等领域。
由于其具有优异的耐冲击性能，被用作制造车门、车顶等大型车身部件。
（3）高分子防护材料高分子防护材料是指具有优异的耐磨损、耐划伤、耐撞击、耐化学腐蚀等性能的材料。
高分子材料的力学性能测试及其应用研究
高分子材料的力学性能测试及其应用研究高分子材料是一类重要的工程材料，主要用于纺织、建筑、电子、医药等领域。
高分子材料具有轻量、高强、高韧性、耐磨损、耐腐蚀等特点，因此广泛应用于各种领域。
在使用高分子材料的过程中，需要了解其力学性能，以便更好地设计、制造和使用。
本文将介绍高分子材料的力学性能测试方法和应用研究。
一、高分子材料的力学性能高分子材料的力学性能包括弹性性能、塑性性能和破坏性能。
其中弹性性能是指材料在受力后恢复原状的能力，主要包括弹性模量和泊松比。
塑性性能是指材料在受力后能够发生变形的能力，主要包括屈服强度和延伸率。
破坏性能是指材料在受到足够大的载荷后会发生破坏的能力，主要包括断裂韧性和破坏模式。
二、高分子材料的力学性能测试方法1、拉伸试验拉伸试验是最常用的高分子材料力学性能测试方法之一。
通过将试样拉伸至断裂点，测量其载荷与变形量的关系，可以得到材料的应力-应变曲线。
从应力-应变曲线中，可以计算出材料的弹性模量、屈服强度、断裂强度和断裂伸长率等重要参数。
拉伸试验可以使用单轴拉伸机、万能试验机等设备进行。
2、压缩试验压缩试验是评估材料抗压能力的一种方法。
该试验通常以轴向载荷进行，压缩试验结果可以用于确定材料的体积模量或多轴应力状态下的应变量。
根据材料应变分布的不同，可以得到不同的应力-应变曲线，从而得到压缩弹性模量和屈服应力等参数。
3、剪切试验剪切试验可以评估材料的剪切性能，通常使用剪切试验机进行。
在剪切试验中，试样被植入两个夹具中，夹具沿着对称面施加力，使试样发生沿切平面的剪切变形。
通过测量必要的载荷和位移，可以获得材料剪切应力和剪切应变，并从中得出剪切模量和剪切强度等重要参数。
4、冲击试验冲击试验是评估材料耐冲击能力的一种方法。
通常在低温下进行，使用冲击试验机施加冲击载荷，在断裂前测量材料的冲击强度和断裂韧性等参数。
这种试验可以评估大多数高分子材料的耐冲击性和脆性，在材料开发和制造中具有重要的应用价值。
高分子材料性能
高分子材料性能高分子材料是一类由大量重复单元组成的聚合物材料，具有许多优异的性能，广泛应用于工业、建筑、医疗等领域。
其性能特点主要包括力学性能、热学性能、电学性能、光学性能和耐化学性能等方面。
首先，高分子材料的力学性能表现出较高的强度和韧性。
由于其分子链结构的柔韧性和交联结构的稳定性，使得高分子材料具有较好的抗拉伸、抗压缩和抗弯曲等力学性能。
比如聚乙烯、聚丙烯等塑料材料具有较高的强度和韧性，广泛应用于塑料制品制造领域。
其次，高分子材料的热学性能也备受关注。
高分子材料具有较低的热导率和较高的热膨胀系数，使得其在热绝缘和热膨胀方面表现出良好的性能。
例如聚四氟乙烯具有优异的耐高温性能，被广泛应用于制造高温耐腐蚀的管道、阀门等产品。
另外，高分子材料的电学性能也是其重要特点之一。
许多高分子材料具有较好的绝缘性能和介电性能，被广泛应用于电气绝缘材料和电子器件的制造。
例如聚氯乙烯、聚苯乙烯等塑料材料在电气绝缘领域有着重要的应用。
此外，高分子材料的光学性能也备受关注。
许多高分子材料具有良好的透明性和光学均匀性，被广泛应用于光学器件、光学镜片、光学膜等产品的制造。
例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯等材料在光学领域有着重要的应用。
最后，高分子材料的耐化学性能也是其重要特点之一。
许多高分子材料具有良好的耐腐蚀性能和耐化学介质性能，被广泛应用于化工设备、管道、容器等产品的制造。
例如聚丙烯、聚乙烯等塑料材料在化工领域有着重要的应用。
总之，高分子材料具有多种优异的性能，广泛应用于各个领域。
随着科学技术的不断发展，高分子材料的性能将会不断得到提升，为人类社会的发展进步做出更大的贡献。
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
聚合物材料力学性能测试方法比较
聚合物材料力学性能测试方法比较聚合物材料是一类具有高分子量的大分子化合物，具有良好的力学性能和化学稳定性，广泛应用于汽车、航空航天、电子、建筑等领域。
为了评估和比较不同聚合物材料的力学性能，科学家们开发了各种测试方法。
本文将比较几种常用的聚合物材料力学性能测试方法。
1. 拉伸测试方法拉伸测试是评估材料抗拉强度、断裂伸长率、弹性模量等力学性能的常见方法。
在拉伸测试中，材料在不断施加力的作用下，沿着其长度方向逐渐拉伸，记录下载荷和伸长量的变化。
通过伸长量与载荷之间的关系，可确定材料的力学性能。
2. 压缩测试方法压缩测试用于评估材料在受到压缩作用下的性能。
材料在压缩测试中受到垂直于其面积方向的力，并测量材料的应力应变关系。
通过压缩测试，可以确定材料的压缩强度、弹性模量等力学性能。
3. 弯曲测试方法弯曲测试是评估材料在受到弯曲力作用下的性能的方法。
材料在弯曲测试中受到两个力的作用，使其发生弯曲变形。
通过测量材料在不同载荷下的应变量和挠度，可以确定材料的弯曲强度、弯曲模量等力学性能。
4. 硬度测试方法硬度测试用于评估材料表面抗压、抗刮、抗穿刺等力学性能。
常用的硬度测试方法包括洛氏硬度测试、布氏硬度测试、维氏硬度测试等。
这些方法通过在材料表面施加一定的载荷，测量形成的痕迹的大小来评估材料的硬度。
5. 冲击测试方法冲击测试用于评估材料在受到突然冲击或冲击载荷下的性能。
常见的冲击测试方法包括冲击韧性试验、冲击强度试验等。
通过施加冲击载荷，测量材料的断裂韧性和抗冲击能力，可以评估材料的力学性能。
不同的聚合物材料力学性能测试方法有各自的优缺点，选择适合的方法取决于具体的测试需求。
拉伸、压缩和弯曲测试方法较为常用，适用于评估聚合物材料的静态力学性能。
硬度测试方法简单快捷，适用于快速比较不同材料的硬度。
而冲击测试方法则更适用于评估材料在受到突然冲击或冲击载荷下的性能。
除了选择合适的测试方法，还需要注意测试条件的标准化。
高分子材料的性能特点.pptx
气态 物质的力学三态 液态
固态
温度增加
聚合物力学状态具有特殊性。原因：
没有气态； 具有非晶态； 结晶具有不完善性。
第2页/共35页
2.1 高分子材料的力学状态
线型无定形聚合物的力学三态及其转变
热机械曲线（形变-温度曲线）实验示意 等速升温
第3页/共35页
2.1 高分子材料的力学状态
第34页/共35页
感谢您的观看。
第35页/共35页
弯曲强度 冲击强度
第13页/共35页
2.2 高分子材料的力学性能
应力-应变
应变（形变）：外力作用而不产生惯性移动时其 几何形状和尺寸所发生的变化。
材料
外力作
用 发生形变
材料欲保持原
状
产生附加内力
外力卸载
内力使形变回复并自行逐步消除
应力：单位面积上的内力。
第14页/共35页
2.2 高分子材料的力学性能
作业：
一、名词术语解释 1、结晶度 2、玻璃化转变温度（Tg） 3、粘流温度（Tf） 4、应变 5、蠕变
二、简答 1、高弹性为什么又称为熵弹性？ 2、简要阐述聚合物的粘弹性。 3、描述高分子材料的软硬、强弱和韧脆的指标分别是什么？ 4、请说明非晶态聚合物力学三态的运动单元。
三、论述题 1、画出塑料材料的应力应变曲线，并对其进行描述？ 2、高分子材料的使用温度同玻璃化转变温度有什么关系？
（2）力学特征：形变量小(0.01 ～ 1%)，模量高(109 ～ 1010 Pa)。 形变与时间无关，呈普弹性。
（3）常温下处于玻璃态的聚合物通常用作塑料。
第5页/共35页
高弹态
Tg ～Tf
（1）分子运动机制：链段“解冻”，可以运动
聚合物材料的力学性能研究
聚合物材料的力学性能研究聚合物材料是一类由单体通过化学反应聚合而成的高分子化合物。
这类材料具有许多独特的性质和应用，如良好的绝缘性能、化学稳定性、低密度和优异的可加工性。
在工程领域，聚合物材料被广泛用于制造塑料制品、弹性体、纤维、涂料等。
力学性能是指材料在受力作用下的变形和破坏行为，对于聚合物材料的研究来说尤为重要。
常见的力学性能包括弹性模量、屈服强度、断裂韧性等。
聚合物材料的弹性模量决定了其在外力作用下的变形程度。
一般来说，聚合物材料的弹性模量较低，具有较大的变形能力，但也容易产生形状变化，导致塑性变形。
弹性模量的研究可以通过拉伸试验等方式进行，通常采用简单的胡克定律来描述其应力-应变关系。
聚合物材料的屈服强度是指在受到一定应力作用下，材料开始产生可观察的塑性变形的应力。
屈服强度的高低决定了材料的抗拉强度和抗压强度。
聚合物材料的屈服强度受到多个因素的影响，包括分子量、分子结构、结晶度、加工工艺等。
通过拉伸试验和压缩试验，可以评估聚合物材料的屈服强度。
聚合物材料的断裂韧性是指在拉伸或冲击等断裂试验中，材料能够吸收的能量。
良好的断裂韧性意味着材料在承受冲击或拉伸载荷时，能够有效地吸收能量，从而减少破裂的发生和传播。
断裂韧性的研究主要通过冲击试验和断裂韧性试验等手段进行。
除了上述几个常见的力学性能外，聚合物材料的研究还可以涉及到材料的硬度、粘弹性、疲劳性等其他方面。
材料硬度是指材料在受到外力作用下的抵抗程度，一般通过硬度试验来进行评估。
粘弹性是指材料同时具有粘性和弹性的特性，这种特性体现在材料在应力施加后，会存在一定程度的延迟才能恢复到初始状态。
疲劳性是指材料在反复加载下的变形和破坏行为，这可以通过疲劳实验来研究。
在聚合物材料的力学性能研究中，常常需要考虑到各种因素的影响，如温度、湿度、应变速率等。
这些因素会对聚合物材料的性能产生显著影响，因此需要进行相应的实验和分析。
综上所述，聚合物材料的力学性能研究是一个复杂而重要的领域，对于深入了解聚合物材料的应用性能、设计新材料以及改进加工工艺具有重要意义。
高分子力学性能
图11-4
10
101.2.2 高弹性的高分子结构特征
(1)分子链的柔性 (2)分子间相互作用力 (3)分子间的交联 (4)结晶与结晶度 (5)聚合物的分子量
11
表11-2
第十章 聚合物的力学性能
12
11.2.3 橡胶弹性理论 用热力学和统计学的方法来说明橡胶的弹性现
象，定量描述交联的橡胶网络的弹性行为。 (1)橡胶弹性热力学 橡胶的张力是由于形变时内能发生变化和熵 发生变化所引起的。 (2)橡胶弹性的统计理论：自学。
A、结晶性 B．填料 C．增塑 D．温度 E．缺口
56
（2）高分子材料的增韧 两方面研究高韧性材料：
1、开发高韧性的塑料，如聚碳酸酯、聚砜、聚 芳酯和聚醚醚酮等； 2、改进现有聚合物的韧性。
57
本章重点
1. 受力方式不同，形变的三种基本形式：拉伸、 剪切和压缩；
2. 基本概念：模量（3个）、柔量、蠕变、应力松 弛、滞后、脆性断裂、韧性断裂、内耗；
以橡胶轮胎为例，得到两条正弦曲线。
24
第十章 聚合物的力学性能
图11-17
25
• 如果形变变化落后于 应力变化，发生滞后 现象，则在每一循环 中就要消耗功，称为 力学损耗或内耗。
• 这种消耗功会导致聚 合物本身温度升高， 影响材料的使用寿命
图11-18
26
• 损耗模量：消耗于克服内摩擦力。 对于理想的弹性固体，应力与形变是同相位的，
13
• 外力所做的功全部转变为高分子链构象熵的减少。 这样的弹性体称为理想弹性体，这种弹性称为熵 弹性。
• 橡胶弹性的本质基本上是熵弹性。 • 橡胶弹性力主要是熵变化引起的，或者说，当外
力拉伸时，橡胶产生放热现象。当外力压缩时， 体系仍呈放热态。这是橡胶高弹性产生的特点。
第七章 高聚物的力学性质(修改2)
⑴. 简单拉伸
(7-1) (7-2)
(7-3)
(7-4)
式中，F是垂直于截面积大小相等方向相反的两个作用力；l0为 材料起始的长度；l为变形后材料的长度；ε为拉伸应变；ζ为应力； A0为材料起始的横截面积；A为在拉力F的作用下，材料变形后 真实的截面积；δ为真应变。
⑵. 简单剪切
偏斜角θ 的正切定义为切应变：
④ T>Tg，高弹态，不出现
屈服点，出现很大的高弹 形变
2. 玻璃态高聚物的强迫高弹形变 玻璃态高聚物在大的外力作用下发生很大的形变称 为强迫高弹形变。
影响强迫高弹形变的因素:
⑴.外力的大小 玻璃态高聚物，外力作用的松弛时间η与应力ζ的关 系：
⑵.温度的影响
脆化温度：其是一个特征温度，用 Tb 表示，当温 度低于 Tb 时，玻璃态高聚物不能发生强迫高弹形变， 而必定发生脆性断裂，因此称 Tb 为脆化温度。 玻璃态 高聚物只有在 Tb ~ Tg 之间的温度范围内，才能在外力 作用下实现强迫高弹形变，而强迫高弹形变又是塑料 具有韧性的原因，因此 Tb 是塑料使用的最低温度。 ⑶.外力作用速度的影响
在试样上施加压缩载荷至其破裂（脆性材料）或产生 屈服现象（非脆性材料）时，原单位横截面上所能承 受的载荷称为压缩强度。
压缩强度：
压缩模量：
压缩模量等于拉伸模量
一般而言，塑性材料抵抗拉伸应力能力强，而脆性材 料抵抗压缩应力能力强。
3. 弯曲强度（也称为挠曲强度）
在两支点间的试样上施加集中载荷，使试样变形直至 破裂时的载荷称为弯曲强度。
ζβn ＝ ζ0 cos2β= ζ0 sin2α ζβs ＝ ζ0 sin2β/2= -ζ0 sin2α/2
ζαn + ζβn ＝ ζ0
- 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)。
几何因素决定细颈产生的位置： 试样尺寸在各处的微小差异，导致应力
的差异，在某一点将首先达到屈服点，使形 变更为容易。
工程应力和真应力 Engineering stress and true stress
Engineering stress
晶态聚合物“冷拉”的原因： •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。 •非晶态：Tg以下冷拉，只发生分 子链的取向
结晶聚合物应力－应变曲线
非晶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”。
第十一章 聚合物的力学性能
主要学习内容
高分子材料的 拉伸应力-应变特性
应力－应变曲线及其类型 影响拉伸行为的外部因素 强迫高弹形变与“冷拉伸”
高分子材料的 断裂和强度
宏观断裂方式，脆性断裂和韧性断裂 断裂过程，断裂的分子理论 高分子材料的强度
高分子材料的增强改性
高分子材料的 抗冲击强度和增韧改性
抗冲击强度实验 影响抗冲击强度的因素 高分子材料的增韧改性
11.1应力－应变曲线 测试拉伸性质的样品
(a)
(b)
§ 11.1.1 非晶态高聚物的应力-应变曲线
σ B
Y
σB σy
0
εB
ε
非晶态高聚物的应力-应变曲线
应力-应变曲线
A point: Point of elastic limit 弹性极限点
Y point: Yielding point 屈服点
4
2
0
注意细颈
0
1
2
3
4
5
现象
, inch
非晶态聚合物典型应力-应变曲线
Stress
Elongation at yield
Elongation at break
重要参数： (1)杨氏模量 (2)屈服强度
Yield stress
Ultimate (3)屈服应变
Strength
(4)断裂强度 (5)断裂伸长率
Strain
(6)断裂韧性
以应力应变曲线测定的韧性
d 量纲=Pam/m=N/m2 m/m= J/m3
影响应力－应变曲线的因素
T
(a) 不同温度
T
Temperature
a: T<<Tg b: T<Tg
c: T<Tg (几十度) d: T接近Tg
Example-PVC
0°C 0-50°C
e
F A0
True stress
true
F A
Force Initial cross-section area Force Cross-section area
应变软化更明显， 冷拉时晶片倾斜、 滑移、转动，形成 微晶或微纤束。
(e) The Size of Spherulites 球晶大 小
(f) The Degree of Crystallization 结晶 度
§11.1.2 晶态聚合物的应力一应变曲线
整个曲线可分为三个阶段： 到y点后，试样截面开始变得不均匀，出现 “细颈”。
50-70°C 70°C
Results
脆性断裂 屈服后断裂
韧性断裂 无屈服
30
M1
25
P173
20
Yield stress(MPa)
15
10
5 20
40
60
80
Temperature(oC)
100
120
屈服应力与测试温度的关系曲线
（b）应变速率
(1)
(3)
应变速率
(2)
(4) 1＞2＞3＞4
应力
E A A
B point:
Breaking point 断裂点
A 弹性极限应变 A弹性极限应力 B 断裂伸长率 B断裂强度 Y 屈服应力
从分子运动机理解释形变过程
你能解 释吗？
弹性形变 断裂
屈服
应变硬化
应变软化 冷拉
12
10
1psi
8
= 6890Pa
6
, 1000 psi
区别：（1）产生冷拉的温度范围不同，非晶态聚合物的冷
拉温度区间是Tb到Tg，而结晶聚合物则为Tg至Tm。 （2）非晶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。
§ 11.1.3 应力一应变曲线类型
聚合物应力－应变类型
屈 取向。 服 •高聚物在屈服点的应变相当大，剪切屈服应变为10%－ 主 20%（与金属相比）。
•屈服点以后，大多数高聚物呈现应变软化，有些还非常
要 迅速。 特 •屈服应力对应变速率和温度都敏感。 征 •屈服发生时，拉伸样条表面产生“银纹”或“剪切带”,
继
而整个样条局部出现“细颈”。
Strain softening 应变软化
“软”和“硬”用于区分 模量的低或高，“弱”和 “强”是指强度的大小， “脆”是指无屈服现象而 且断裂伸长很小，“韧” 是指其断裂伸长和断裂应 力都较高的情况，有时可 将断裂功作为“韧性”的 标志。
11.2 聚合物的屈服
•高聚物屈服点前形变是完全可以回复的，屈服点后高聚
物将在恒应力下“塑性流动”，即链段沿外力方向开始
弹性变形后继续施加载荷，则产生塑性形变，称为继 续屈服，包括： •应变软化：屈服后，应变增加，应力反而有稍许下跌
的现象，原因至今尚不清楚。 •呈现塑性不稳定性，最常见的为细颈。 •塑性形变产生热量，试样温度升高，变软。 •发生“取向硬化”，应力急剧上升。 •试样断裂。
11.2.1 细颈
本质：剪切力作用下发生塑性流动 A0
F
F
F
F
Fn
FABiblioteka FαFs正应力
0
F A0
斜截面面积 A A0 sin
法向力 Fn＝F·sinα
切向力 Fs＝F·cosα
法应力： n
Fn A
0
sin 2
切应力： S
FS A
0
sin cos
1 2
0
sin
2
∴当α＝90°时，法向应力最大； α＝45°或135°，切向应力最大
应变
Example: PMMA
(c) 不同的化学结构
a: 脆性材料 b: 半脆性材料 c: 韧性材料 d: 橡胶
酚醛或环氧树脂 PS, PMMA PP, PE, PC Nature rubber, PIB
(d) Crystallization 结晶
与非晶态聚 合物的拉伸 机理相同吗？
结晶聚合物应力－应变曲线