第二章 材料的加工性质
合集下载
工程材料学知识点
工程材料学知识点第一章材料是有用途的物质。
一般将人们去开掘的对象称为“原料”，将经过加工后的原料称为“材料”工程材料：主要利用其力学性能，制造结构件的一类材料。
主要有：建筑材料、结构材料力学性能：强度、塑性、硬度功能材料：主要利用其物理、化学性能制造器件的一类材料.主要有：半导体材料（Si）磁性材料压电材料光电材料金属材料：纯金属和合金金属材料有两大类：钢铁（黑色金属）非铁金属材料（有色金属）非铁金属材料：轻金属（Ni以前）重金属（Ni以后）贵金属（Ag，Au，Pt，Pd）稀有金属（Zr，Nb，Ta）放射性金属（Ra，U）高分子材料：由低分子化合物依靠分子键聚合而成的有机聚合物主要组成：C，H，O，N，S，Cl，F，Si三大类：塑料（低分子量）：聚丙稀树脂（中等分子量）：酚醛树脂，环氧树脂橡胶（高分子量）：天然橡胶，合成橡胶陶瓷材料：由一种或多种金属或非金属的氧化物，碳化物，氮化物，硅化物及硅酸盐组成的无机非金属材料。
陶瓷：结构陶瓷Al2O3，Si3N4，SiC等功能陶瓷铁电压电材料的工艺性能：主要反映材料生产或零部件加工过程的可能性或难易程度。
材料可生产性：材料是否易获得或易制备铸造性：将材料加热得到熔体，注入较复杂的型腔后冷却凝固，获得零件的能力锻造性：材料进行压力加工(锻造、压延、轧制、拉拔、挤压等)的可能性或难易程度的度量焊接性：利用部分熔体，将两块材料连接在一起能力第二章（详见课本）密排面密排方向fcc{111}<110>bcc{110}<111>体心立方bcc面心立方fcc密堆六方cph点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小，是原子尺寸大小的晶体缺陷。
类型：空位：在晶格结点位置应有原子的地方空缺，这种缺陷称为“空位”。
间隙原子：在晶格非结点位置，往往是晶格的间隙，出现了多余的原子。
它们可能是同类原子，也可能是异类原子。
异类原子：在一种类型的原子组成的晶格中，不同种类的原子占据原有的原子位置。
第二章 金属材料的塑性变形与性能
9
根据载荷作用性质不同：
a）拉深载荷 --拉力 b）压缩载荷 —压力 c）弯曲载荷 --弯力 d）剪切载荷--剪切力 e）扭转载荷--扭转力
10
2.内力 （1）定义 工件或材料在受到外部载荷作用时，为使其不变形，在 材料内部产生的一种与外力相对抗的力。 （2）大小 内力大小与外力相等。 （3）注意 内力和外力不同于作用力和反作用力。
2
§1.金属材料的损坏与塑性变形
1.常见损坏形式
a）变形
零件在外力作用下形状和尺寸所发生的变化。 （包括：弹性变形和塑性的现象。
c）磨损
因摩擦使得零件形状、尺寸和表面质量发生变化的现象。
3
2.常见塑性变形形式 1）轧制 （板材、线材、棒材、型材、管材）
28
2）应用范围 主要用于：测定铸铁、有色金属及退火、正火、 调质处理后的各种软钢或硬度较低的 材料。 3）优、缺点 优点：压痕直径较大，能比较正确反映材料的平均 性能；适合对毛坯及半成品测定。 缺点：操作时间比较长，不适宜测定硬度高的材料； 压痕较大不适合对成品及薄壁零件的测定。
29
2.洛氏硬度（HR）——生产上应用较广泛 1）定义 采用金刚石压头直接测量压痕深度来表示材料的硬度值。 2）表示方法
11
3.应力 （1）定义 单位面积上所受到的力。 （2）计算公式 σ= F/ S（ MPa/mm2 ） 式中： σ——应力； F ——外力； S ——横截面面积。
12
二、金属的变形 金属在外力作用下的变形三阶段： 弹性变形 弹-塑性变形 断裂。 1.特点 弹性变形： 金属弹性变形后其组织和性能不发生变化。 塑性变形： 金属经塑性变形后其组织和性能将发生变化。 2.变形原理 金属在外力作用下，发生塑性变形是由于晶体内部 缺陷—位错运动的结果，宏观表现为外形和尺寸变化。
服装材料学-第二章(第3节)
43
吸湿对纤维性质的影响
1、 对重量的影响 Gk=G0×（1+Wk） Gk=Ga×（1+Wk）/（1+Wa） 2、对长度和横截面积的影响 纤维吸湿后体积膨胀，横向膨胀大而纵向膨胀小，表 现出明显的各向异性。
1000Gk Nt L
10000Gk Ndt L
Gk ——纤维在公定回潮率下的重量，称为标准重量（g） L ——纤维长度（m） 1 tex=10 dtex （分特）
同品种纤维，Nt↑，纤维越粗.
3
旦尼尔（旦数）Nd（denier）——绢丝，化纤常用指标 （ 定长下的重量 ）
在公定回潮率下，9000米长的纤维所具有重量的克数。
腈纶 维纶 丙纶 氯纶
0.4 4.5
2.0 5 0 0
氨纶
1
33
影响纤维吸湿的因素
影响纤维回潮率的因素有内因和外因两个方面。
内在因素包括：
化学结构-纤维大分子亲水基团的数量和极性的强弱； 聚集态结构-纤维的结晶度、纤维内孔隙的大小和多少； 形态结构-纤维比表面积的大小，截面形状、粗细及表面粗糙程
36
蛋白质纤维： 主链上含有亲水性的酰胺基、氨基（―NH2）羧 基（―COOH）等亲水性基团，因此吸湿性很好，尤 其是羊毛，侧链中亲水基团较蚕丝更多，故其吸湿性 优于蚕丝。
37
合成纤维：
维纶：大分子中含有羟基（―OH），经缩醛化后一部分羟 基被封闭，吸湿性减小， 但在合纤中其吸湿能力最好。 锦纶6、锦纶66 ：大分子中，每6个碳原子上含有一个酰胺 基（―CONH―），所以也具有一定的吸湿能力。 腈纶：大分子中虽有极性强的氰基（ ―CN ），但绝大部分 形成规整排列，故吸湿性差。
设计材料的分类及特性
艺、加工工艺和表面处理工艺。 丹麦著名设计师克林特说：“运用适当的 技巧去处理适当的材料，才能真正解决人类的 需要，并获得率直和美的效果”
2.4.1材料的成型加工
造型设计中，材料在通过加工后，必须能构成并且能长 期“记忆”住设计所赋予它的应有形态，从而才能最终成为产 品。 材料的成型加工性是衡量产品造型材料优劣的重要标志。 成型加工工艺对设计效果的影响因素很多，主要从以下几个方 面反映出来。
① 耐腐蚀性：材料抵抗周围介质腐蚀破坏的能力。
② 抗氧化性：材料在常温或高温时抵抗氧化作用的能力。
③ 耐 候 性：材料在各种气候条件下，保持其物理性能和化学性
能不变的性质质。如玻璃、陶瓷的耐候性好，塑料 的耐候性差。
2.4 材料的工艺特性
材料的工艺性—是指材料适应各种工艺处理
要求的能力，材料的工艺性包括材料的成型工
2.3 材料的固有特性
材料的固有特性是由材料本身的组成、结构所决 定的，是指材料在使用条件下表现出来的性能，它 受外界条件(即使用条件)的制约。
2.3.1 材料的物理性能 1 . 材料的密度
材料单位体积内所含的质量，即物质的质量与体积 之比。
2. 力学性能
① 强度：
指材料在外力(载荷)作用下抵抗塑性变形和破坏作用的 能力。材料抵抗外力产生明显塑性变形的能力称为屈服强度。 强度是评定材料质量的重要力学性能指标，是设计中选用材 料的主要依据。由于外力作用方式不同，材料的强度可分为 抗压强度、抗拉强度、抗弯强度和抗剪强度等。
第二章 设计材料的分类及特性
设计材料的 分类及特性
2.1 设计 材料的分类
2.2 材料特性 的评价
2.3 材料的 的固有特性
2.4 材料的 的工艺特性
2.4.1材料的成型加工
造型设计中，材料在通过加工后，必须能构成并且能长 期“记忆”住设计所赋予它的应有形态，从而才能最终成为产 品。 材料的成型加工性是衡量产品造型材料优劣的重要标志。 成型加工工艺对设计效果的影响因素很多，主要从以下几个方 面反映出来。
① 耐腐蚀性：材料抵抗周围介质腐蚀破坏的能力。
② 抗氧化性：材料在常温或高温时抵抗氧化作用的能力。
③ 耐 候 性：材料在各种气候条件下，保持其物理性能和化学性
能不变的性质质。如玻璃、陶瓷的耐候性好，塑料 的耐候性差。
2.4 材料的工艺特性
材料的工艺性—是指材料适应各种工艺处理
要求的能力，材料的工艺性包括材料的成型工
2.3 材料的固有特性
材料的固有特性是由材料本身的组成、结构所决 定的，是指材料在使用条件下表现出来的性能，它 受外界条件(即使用条件)的制约。
2.3.1 材料的物理性能 1 . 材料的密度
材料单位体积内所含的质量，即物质的质量与体积 之比。
2. 力学性能
① 强度：
指材料在外力(载荷)作用下抵抗塑性变形和破坏作用的 能力。材料抵抗外力产生明显塑性变形的能力称为屈服强度。 强度是评定材料质量的重要力学性能指标，是设计中选用材 料的主要依据。由于外力作用方式不同，材料的强度可分为 抗压强度、抗拉强度、抗弯强度和抗剪强度等。
第二章 设计材料的分类及特性
设计材料的 分类及特性
2.1 设计 材料的分类
2.2 材料特性 的评价
2.3 材料的 的固有特性
2.4 材料的 的工艺特性
第二章 金属材料的性能-《金属材料与热处理》中职通用第七版
(2)洛氏硬度的表示方法 符号HR前面的数字表示硬度值，后面的字母表示不
同 洛氏硬度标尺。 (3)洛氏硬度试验法的优缺点
洛氏硬度试验操作简单、迅速，可直接从表盘上读 出硬度值;压痕直径很小，可以测量成品及较薄工件;测试 的硬度值范围较大，可测从很软到很硬的金属材料，所 以在生产中广为应用，其中HRC的应用尤为广泛。但由 于压痕小，当材料组织不均匀时，测量值的代表性差， 一般需在不同的部位测试几次，取读数的平均值代表材 料的硬度。
§2-5 力学性能试验
的情况下，采用横截面单位面积上的内力应力来加以判 定。材料受拉伸或压缩载荷作用时，其应力按下式计算:
二、金属的变形
1. 晶粒位向的影响 多晶体中各个晶粒的位向不同，在外力作用下，当处
于有利于滑移位置的晶粒要进行滑移时，必然受到周围位 向不同的其他晶粒的约束，使滑移的阻力增加，从而提高 了塑性变形的抗力。同时，多晶体各晶粒在塑性变形时受 到周围位向不同的晶粒与晶界的影响，使多晶体的塑性变 形呈逐步扩展和不均匀的形式，产生内应力。 2. 晶界的作用
现将本节介绍的常用的力学性能指标及其含义总结于表。
§2-3 金属材料的物理性能与化学性能
一、物理性能
1.密度 密度是指在一定温度下单位体积物质的质量。
2.熔点 熔点是材料从固态转变为液态的温度，金属等晶体材料
一般具有固定的熔点，而高分子材料等非晶体材料一般没有 固定的熔点。 3.导电性
传导电流的能力称为导电性，用电阻率来衡量。 4.导热性
金属材料的一般加工过程
一、铸造性能
铸造性能是铸造成形过程中获得外形准确、内 部无明显缺陷铸件的能力。
铸造成形过程
1. 流动性 熔融金属的流动力称为流动性。
2. 收缩性 铸造合金由液态凝固和冷却至室温的过程中，体积
资料材料的加工性质.ppt
演示课件
第一节
聚合物材料的加工性
演示课件
高分子具有一些特有的加工性质，如良好的可塑性， 可挤压性，可纺性和可延性。正是这些加工性质为 高分子材料提供了适于多种多样加工技术的可能性， 也是高分子能得到广泛应用的重要原因。
根据高分子所表现的力学性质和分子热运动特征， 可将其划分为玻璃态、高弹态和粘流态，通常称这 些状态为聚集态。高分子的分子结构、高分子体系 的组成、所受应力和环境温度等是影响聚集态转变 的主要因素，在高分子及其组成一定时，聚集态的 转变主要与温度有关。不同聚集态的高分子，由于 主价健与次价健共同作用构成的内聚能不同而表现 出一系列独特的性质，这些性能在很大程度上决定 了高分子材料对加工技术的适应性，并使高分子在 加工过程表现出不同的行演为示课件
用定温下10分钟内聚合物从出料孔挤出的重量 （克）来表示
演示课件
熔融指数测试仪FR-1811A 用于测定各种高聚物在粘 流状态时熔体流动速率 MFR值,它既适用于熔融温 度较高的聚碳酸酯、聚芳 砜、氟塑料、尼龙等工程 塑料,也适用于聚乙烯(PE)、 聚苯乙烯（PS）、聚丙烯 (PP)、ABS树脂、聚甲醛 （POM）、聚碳酸酯(PC) 树脂等熔融温度较低的塑 料测试,广泛地应用于塑 料生产,塑料制品、石油 化工等行业以及相关院校、 科研单位和商检部门。
演示课件
第二类是加工过程只发生化学变化的。 如铸塑成型中单体或低聚物在引发剂或 热的作用下因发生聚合反应或交联反应 而固化
第三类则是加工过程中同时兼有物理和 化学变化的 。 热固性塑料的模压成型、注射成型和传 递模塑成型以及橡皮的成型等。
演示课件
这些加工技术大致包括以下四个过程： （1）混合、熔融和均化作用； （2）输送和挤压； （3）拉伸或吹塑； （4）冷却和固化
第一节
聚合物材料的加工性
演示课件
高分子具有一些特有的加工性质，如良好的可塑性， 可挤压性，可纺性和可延性。正是这些加工性质为 高分子材料提供了适于多种多样加工技术的可能性， 也是高分子能得到广泛应用的重要原因。
根据高分子所表现的力学性质和分子热运动特征， 可将其划分为玻璃态、高弹态和粘流态，通常称这 些状态为聚集态。高分子的分子结构、高分子体系 的组成、所受应力和环境温度等是影响聚集态转变 的主要因素，在高分子及其组成一定时，聚集态的 转变主要与温度有关。不同聚集态的高分子，由于 主价健与次价健共同作用构成的内聚能不同而表现 出一系列独特的性质，这些性能在很大程度上决定 了高分子材料对加工技术的适应性，并使高分子在 加工过程表现出不同的行演为示课件
用定温下10分钟内聚合物从出料孔挤出的重量 （克）来表示
演示课件
熔融指数测试仪FR-1811A 用于测定各种高聚物在粘 流状态时熔体流动速率 MFR值,它既适用于熔融温 度较高的聚碳酸酯、聚芳 砜、氟塑料、尼龙等工程 塑料,也适用于聚乙烯(PE)、 聚苯乙烯（PS）、聚丙烯 (PP)、ABS树脂、聚甲醛 （POM）、聚碳酸酯(PC) 树脂等熔融温度较低的塑 料测试,广泛地应用于塑 料生产,塑料制品、石油 化工等行业以及相关院校、 科研单位和商检部门。
演示课件
第二类是加工过程只发生化学变化的。 如铸塑成型中单体或低聚物在引发剂或 热的作用下因发生聚合反应或交联反应 而固化
第三类则是加工过程中同时兼有物理和 化学变化的 。 热固性塑料的模压成型、注射成型和传 递模塑成型以及橡皮的成型等。
演示课件
这些加工技术大致包括以下四个过程： （1）混合、熔融和均化作用； （2）输送和挤压； （3）拉伸或吹塑； （4）冷却和固化
材料导论--第二章--材料科学与工程的四个基本要素
■ 材料学的三个重要特性
□ 多学科交叉 □ 密切结合实际应用 □ 发展中的学科
5
§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
2.1.2 材料科学与工程的形成
材料科学的核心内容，在于研究材料的成分、组织结构与 性能的关系，具有科学的性质，其目的是解决“为什么”。
材料工程的核心内容，在于研究材料在制备、成形、处理 和加工过程中的工艺技术问题，其目的是解决“怎样做”。
面上会发生突变，但有界面分开的不一定都是两相，例 如，如果材料是由成分、结构均相同的同种晶粒构成的， 尽管各晶粒之间有晶界隔开，但它们仍属于同一种相。
21
§2.2 材料的结构与性能
●组织：材料内部的微观形貌称为材料的组织。 在光学显微镜或电子显微镜下可观察到，能反映各
组成相形态、尺寸及分布的图像。
●材料的使用依赖于材料的性 能，而其性能都是由其化学组 成和结构决定的。 ●只有从微观上了解材料的组 成、结构与性能的关系，才能 有效地选择制备和使用材料。
17
§2.2 材料的结构与性能
材料的结构
键合结构 晶体结构
组织结构
定义: 组成材料的原子或分子之间的空间分布。 材料的结构决定材料的性能。
内涵：包含化学成分、晶体结构和缺陷、相组成、形貌等。
在“材料科学”概念出现以前，金属、陶瓷和高分子都 已自成体系，但它们之间存在颇多相似之处，不同材料之间 可以相互借鉴，促使了该学科的发展。
3
§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
3）不同材料测试技术及工艺技术的交叉融合也促进了材料 科学的形成
虽然不同类型的材料各有其专用的生产设备和测试手段， 但它们在许多方面是相同或相近的。
11
§2.1 材料科学与工程的形成与内涵 材料的结构层次
□ 多学科交叉 □ 密切结合实际应用 □ 发展中的学科
5
§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
2.1.2 材料科学与工程的形成
材料科学的核心内容，在于研究材料的成分、组织结构与 性能的关系，具有科学的性质，其目的是解决“为什么”。
材料工程的核心内容，在于研究材料在制备、成形、处理 和加工过程中的工艺技术问题，其目的是解决“怎样做”。
面上会发生突变，但有界面分开的不一定都是两相，例 如，如果材料是由成分、结构均相同的同种晶粒构成的， 尽管各晶粒之间有晶界隔开，但它们仍属于同一种相。
21
§2.2 材料的结构与性能
●组织：材料内部的微观形貌称为材料的组织。 在光学显微镜或电子显微镜下可观察到，能反映各
组成相形态、尺寸及分布的图像。
●材料的使用依赖于材料的性 能，而其性能都是由其化学组 成和结构决定的。 ●只有从微观上了解材料的组 成、结构与性能的关系，才能 有效地选择制备和使用材料。
17
§2.2 材料的结构与性能
材料的结构
键合结构 晶体结构
组织结构
定义: 组成材料的原子或分子之间的空间分布。 材料的结构决定材料的性能。
内涵：包含化学成分、晶体结构和缺陷、相组成、形貌等。
在“材料科学”概念出现以前，金属、陶瓷和高分子都 已自成体系，但它们之间存在颇多相似之处，不同材料之间 可以相互借鉴，促使了该学科的发展。
3
§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
3）不同材料测试技术及工艺技术的交叉融合也促进了材料 科学的形成
虽然不同类型的材料各有其专用的生产设备和测试手段， 但它们在许多方面是相同或相近的。
11
§2.1 材料科学与工程的形成与内涵 材料的结构层次
大连理工大学 材料科学导论 第二章 材料“四要素”是材料研究与应用的共性基础答案
第二章材料科学与工程的四个基本要素作业一第一部分填空题（10个空共10分，每空一分）1．材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、结构与成份和合成与加工。
2．材料性质的表述包括力学性质、物理性质和化学性质。
3．强度可以用弹性极限、屈服强度和比例极限等来表征。
4．结构材料三类主要的失效形式分别是：断裂、磨损和腐蚀。
5．材料的结构包括键合结构、晶体结构和组织结构。
6．晶体结构有三种形式，它们分别是：晶体、非晶体和准晶体。
7．化学分析、物理分析和谱学分析是材料成分分析的三种基本方法。
8．材料的强韧化手段主要有固溶强化、加工强化、弥散强化、第二相强化和相变增韧。
第二部分判断题（10题共20分，每题2分）1．材料性质是功能特性和效用的描述符，是材料对电、磁、光、热、机械载荷的反应。
（√）2．疲劳强度是材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。
（√）3．硬度是指材料在表面上的大体积内抵抗变形或破裂的能力。
（错）4．性能是包括材料在内的整个系统特征的体现；性质则是材料本身特征的体现。
（√）5．晶体是指原子排列短程有序，有周期。
（错）6．材料的热处理是指通过一定的加热、保温、冷却工艺过程，来改变材料的相组成情况，达到改变材料性能的方法。
（√）7．材料表面工程包括表面改性和表面保护两个方面。
（错）8．材料复合的过程就是材料制备、改性、加工的统一过程。
（√）9．材料合成与加工过程是在一个不限定的空间，在给定的条件下进行的。
（错）10．材料中裂纹的形成和扩展的研究是微观断裂力学的核心问题。
（√）第三部分简答题（4题共40分，每题10分）1．材料性能的定义是什么？答：在某种环境或条件作用下，为描述材料的行为或结果，按照特定的规范所获得的表征参量。
2．金属材料的尺寸减小到一定值时，材料的工程强度值不再恒定，而是迅速增大，原因有哪两点？答：1）按统计学原理计算单位面积上的位错缺陷数目，由于截面减小而不能满足大样本空间时，这个数值不再恒定；2）晶体结构越来越接近无缺陷理想晶体，强度值也就越接近于理论强度值。
金属材料加工技术手册
金属材料加工技术手册第一章金属材料的基本知识1.1 金属材料的分类金属材料根据其成分和性质可以分为铁基金属和非铁基金属两大类，其中铁基金属包括钢、铁和铸铁，非铁基金属包括铜、铝、镁等。
1.2 金属材料的性能金属材料的性能主要包括力学性能、物理性能和化学性能三个方面。
力学性能包括强度、硬度、韧性等；物理性能包括导电性、热导率等；化学性能包括耐腐蚀性、可焊性等。
1.3 金属材料的加工方法金属材料可以通过切削加工、塑性变形加工和焊接加工等方法进行加工。
切削加工包括车削、铣削等；塑性变形加工包括锻造、压力成形等；焊接加工包括电弧焊、气体焊等。
第二章金属材料的切削加工技术2.1 金属材料的车削加工技术车削是一种常用的金属切削加工方法，它通过旋转工件和刀具之间的相对运动，使刀具切削掉工件上的材料，从而得到所需的形状和尺寸。
2.2 金属材料的铣削加工技术铣削是一种以刀具转动为主要运动形式的切削加工方法，可以用来加工平面、曲面和螺纹。
根据刀具的不同形状和加工方式，可以实现不同的加工效果。
2.3 金属材料的钻削加工技术钻削是通过旋转刀具在工件上产生切削力，从而加工出孔洞的一种切削加工方法。
钻削可以用来加工圆孔、方孔等不同形状的孔洞。
第三章金属材料的塑性变形加工技术3.1 金属材料的锻造技术锻造是一种通过对金属材料施加压力使其塑性变形，从而得到所需形状的加工方法。
锻造可以分为冷锻和热锻两种方式，适用于不同类型的金属材料。
3.2 金属材料的压力成形技术压力成形是一种通过对金属材料施加压力使其在模具中塑性变形，从而得到所需形状的加工方法。
压力成形包括拉伸、冲压、弯曲等不同的加工方式。
3.3 金属材料的铸造技术铸造是一种将熔化的金属注入到模具中，经过冷却凝固后得到所需形状的加工方法。
铸造是一种常用的金属材料加工技术，可以用来制造各种复杂形状的零部件。
第四章金属材料的焊接技术4.1 金属材料的电弧焊接技术电弧焊接是一种利用电弧加热工件并在熔融状态下通过填充金属连接工件的加工方法。
第二章 耐火材料的性能
1-刚玉砖；2-粘土砖； 3-高铝砖；4-镁砖； 5、6-硅砖
3、抗折强度
抗折强度：亦称抗弯强度或断裂模量，是指材料单位面积 所能承受的极限弯曲应力。
耐火材料的抗折强度分为常温抗折强度和高温抗折强度。 在 常 温 下 测 得 的 抗 折 强 度 为 常 温 抗 折 强 度 ； 在 10001200º C的某一特定温度下测得的抗折强度为高温抗折强度。
Db—体积密度，g/cm3； M —试样的质量，g/cm3； Vt—试样中材料的实际体积，cm3； Vo—试样中开口气孔的体积，cm3； Vc—试样中闭口气孔的体积，cm3。
M Dt Vt
气孔率与密度之间的关系
Db Pa (1 ) 100% Da
Db Pt (1 ) 100% Dt
常用耐火材料的常温耐压强度
一般制品：10-15MPa 高级制品：25-30MPa
2、高温耐压强度
高温耐压强度：耐火材料在1000-1200℃的高温热态下单 位面积所能承受的最大压力，以N/mm2表示。
常用耐火材料的高温耐压强度
耐火制品高温耐压强度的这种变化是受材料中 的某些组分、特别是其中的基质或其结合相在 高温下发生的变化所控制。一般而言，完全由 晶体构成的烧结耐火材料，因高温下其中晶粒 及晶界易发生塑性变形，特别是当其加荷速度 较小时更易发生塑性变形，故其强度随温度的 升高而降低。当其中部分晶相间在高温下熔融 或形成熔融体时，随着温度的升高，此种多相 材料的强度也因显微结构随温度变化而降低。 但当温度进一步提高后，由于玻璃相的粘度由 脆性变为强韧性，使材料颗粒间结合更为牢固， 从而使强度明显提高。而后，随着温度升高， 因材料中熔体粘度急剧下降，材料的强度也随 之急剧下降。
§2.2 耐火材料的宏观结构
第2章 贵金属材料学基础及性能
固溶体 固溶体是以某一组元为 溶剂，在其晶体点阵中溶入 其他组元原子（溶质原子） 所形成的均匀混合的固态溶 体，它保持着溶剂的晶体结 构类型。它包括置换固溶体 以及间隙固溶体两大类。
置换固溶体 当溶质原子溶入溶剂中 形成固溶体时，溶质原子占 据溶剂点阵的阵点，或者说 溶质原子置换了溶剂点阵的 部分溶剂原子，这种固溶体 就称为置换固溶体。金属元 素彼此之间一般都能形成置 换固溶体，但溶解度视不同 元素而异，有些能无限溶 解，有的只能有限溶解。
贵金属的一些重要物理参数
名称 原子 系数 相对 原子 质量 基态 电子 层结 构 原子 半径 (pm) 第一 电离 能(eV) 电负 性(1) 晶体 结构 颜色 银(Ag) 47 107.88 金(Au) 79 196.97 铂(Pt) 78 195.09 钯(Pd) 46 106.4 铱(Ir) 77 192.2 铑(Rh) 45 102.91 锇(Os) 76 109.2 钌(Ru) 44 101.07
如： ＜200℃ PdO2 1130℃ Rh2O3 ＞ 370℃ PtCl4 IrS2 →
CO2中
＞ 200℃ → PdO 1121℃ → RhO 435℃ PtCl3 IrS →
CO2中
870℃ → Pd2O 1127℃ → Rh2O 582℃ PtCl3 Ir → Pt → Rh → Pd
→
→
简单三斜
简单单斜
底心单斜
简单正交
体心正交
底心正交
面心正交
简单六方
简单菱方
简单四方
体心四方
简单立方
体心立方
面心立方
三、贵金属的晶体结构
面心立方结构（A1）face - centred cubic lattice 常见金属晶体结构 体心立方结构（A 2）body - centred cubic lattice 密排立方结构（A ）hexagonal close - packed lattice 3
第二章 基体材料——热固性树脂
Байду номын сангаас
第二章 基体材料
2.1 概述——聚合物复合材料的基本特征 概述——聚合物复合材料的基本特征
4. 耐腐蚀性能好 耐酸碱、 耐酸碱、耐盐水等 用于制备化工设备防腐管道 5. 减振性能好 铁和铸铁哪种材料的减振性能最好? 铁和铸铁哪种材料的减振性能最好
第二章 基体材料
2.1 概述——聚合物复合材料的基本特征 概述——聚合物复合材料的基本特征 6. 工艺性能好 7. 其它良好的性能 — 可设计性 — 良好的电绝缘性能 特殊的光学或电 良好的电绝缘性能, 磁学性能
第一次加热都会软化第二章基体材料22聚合物基体第二章基体材料22聚合物基体第二章基体材料基体树脂工艺性聚酯树脂好环氧树脂好酚醛树脂比较好双马树脂好聚酰亚胺较差力学性能耐热性韧性成型收缩率价格比较好80差中低优秀120180差好小中比较好?180差大低好230比较好中好260?316比较好高应用范围主要用玻璃纤维增强用于绝大部分的制品结构件如汽车船舶化工电子等pmc使用范围最广性能最好用于主承力结构或耐腐蚀制品如飞机宇航等多用于玻璃纤维增强发烟率低用于烧蚀材料如飞机内部装饰电器材料等具有良好的性能中等使用温度部分代替环氧树脂用于飞机结构材料具有最好的耐热性用于耐高温结构如卫星空间飞行器构件第二章基体材料2211不饱和聚酯树脂unsaturatedpolysterresinup不饱和聚酯树脂
第二章 基体材料
2.1 概述——聚合物基体材料的选用原则 概述——聚合物基体材料的选用原则
基本原则： 基本原则： 3 具有良好的工艺性能：容易操作，胶液具有 足够长的适用期、预浸料具有足够长的贮藏期、 固化收缩小等。 4 5 低毒性、低刺激性。保证生产工人的安全。 来源方便、价格合理。
第二章 基体材料
第二章 基体材料
2.1 概述——聚合物复合材料的基本特征 概述——聚合物复合材料的基本特征
4. 耐腐蚀性能好 耐酸碱、 耐酸碱、耐盐水等 用于制备化工设备防腐管道 5. 减振性能好 铁和铸铁哪种材料的减振性能最好? 铁和铸铁哪种材料的减振性能最好
第二章 基体材料
2.1 概述——聚合物复合材料的基本特征 概述——聚合物复合材料的基本特征 6. 工艺性能好 7. 其它良好的性能 — 可设计性 — 良好的电绝缘性能 特殊的光学或电 良好的电绝缘性能, 磁学性能
第一次加热都会软化第二章基体材料22聚合物基体第二章基体材料22聚合物基体第二章基体材料基体树脂工艺性聚酯树脂好环氧树脂好酚醛树脂比较好双马树脂好聚酰亚胺较差力学性能耐热性韧性成型收缩率价格比较好80差中低优秀120180差好小中比较好?180差大低好230比较好中好260?316比较好高应用范围主要用玻璃纤维增强用于绝大部分的制品结构件如汽车船舶化工电子等pmc使用范围最广性能最好用于主承力结构或耐腐蚀制品如飞机宇航等多用于玻璃纤维增强发烟率低用于烧蚀材料如飞机内部装饰电器材料等具有良好的性能中等使用温度部分代替环氧树脂用于飞机结构材料具有最好的耐热性用于耐高温结构如卫星空间飞行器构件第二章基体材料2211不饱和聚酯树脂unsaturatedpolysterresinup不饱和聚酯树脂
第二章 基体材料
2.1 概述——聚合物基体材料的选用原则 概述——聚合物基体材料的选用原则
基本原则： 基本原则： 3 具有良好的工艺性能：容易操作，胶液具有 足够长的适用期、预浸料具有足够长的贮藏期、 固化收缩小等。 4 5 低毒性、低刺激性。保证生产工人的安全。 来源方便、价格合理。
第二章 基体材料
食品加工的原料和材料特点
a.形态及组成
呈白色波纹状，分散存在于基质中。长度﹑粗细 不定，直径1～12µm。主要由胶原蛋白组成，是肌 腱、皮肤﹑软骨等组织的主要成分。
b.性质
韧性强，但弹性不大，延伸性欠佳；对热的影响 反应明显；一般不溶于水及稀盐溶液中，但在酸、碱 溶液中膨胀，不易被酶水解。
❖ 弹性纤维(Elastic fiber)
肌细胞 肌浆 肌管系统 纵管系统（肌浆网SR)
糖原﹑ 微粒体 肌原纤维：收缩单位 肌核：肌细胞核，在肌膜内侧边缘
肌肉的辅助器官
➢ 筋膜：由网状结缔组织构成，能连接肌肉、器官， 起到保护组织、防止脂肪沉积等功能。
➢ 腱鞘：存在于前后肢，起保护作用，减少摩擦。 ➢ 滑车：在膝关节处，能减少摩擦。 ➢ 子骨：处在关节部位，通过运动，调节方向,改变肌
a.形态及组成
呈黄色，有弹性，纤维粗细不同而有分支，直径 0.2～12µm。主要化学成分为弹性蛋白，在血管壁 ﹑颈韧带等组织中含量较高。
第三节 谷物
一、蛋白质 ❖面筋蛋白的加工特性 二、淀粉 ❖淀粉的回生（老化） 三、脂肪 四、灰分
—评价面粉等级的指标 五、维生素
第二章 动物性食品原料
第一节 畜肉和禽肉 ❖肉的形态学 ❖肉的食用品质及物理性质 ❖肉的化学组成 ❖屠宰后肉的变化及生物化学机制
概述
➢ 肉是指屠宰后的畜禽，除去血、皮、毛、内脏、 头、蹄的胴体。包括有肌肉﹑脂肪﹑骨骼或软骨、 腱、筋膜、血管、淋巴、神经、腺体等。
宏观结构
肉按形态或生理机能划分，有心肌、平滑肌、 横纹肌三种。
用于食用和肉制品加工的主要是横纹肌（骨骼 肌或随意肌），约占动物机体的30～40％。 相关概念：初始肌束；二次肌束；肌束膜；肌外 膜；肌内膜；腱
微观结构——肌纤维（肌纤维细胞）
呈白色波纹状，分散存在于基质中。长度﹑粗细 不定，直径1～12µm。主要由胶原蛋白组成，是肌 腱、皮肤﹑软骨等组织的主要成分。
b.性质
韧性强，但弹性不大，延伸性欠佳；对热的影响 反应明显；一般不溶于水及稀盐溶液中，但在酸、碱 溶液中膨胀，不易被酶水解。
❖ 弹性纤维(Elastic fiber)
肌细胞 肌浆 肌管系统 纵管系统（肌浆网SR)
糖原﹑ 微粒体 肌原纤维：收缩单位 肌核：肌细胞核，在肌膜内侧边缘
肌肉的辅助器官
➢ 筋膜：由网状结缔组织构成，能连接肌肉、器官， 起到保护组织、防止脂肪沉积等功能。
➢ 腱鞘：存在于前后肢，起保护作用，减少摩擦。 ➢ 滑车：在膝关节处，能减少摩擦。 ➢ 子骨：处在关节部位，通过运动，调节方向,改变肌
a.形态及组成
呈黄色，有弹性，纤维粗细不同而有分支，直径 0.2～12µm。主要化学成分为弹性蛋白，在血管壁 ﹑颈韧带等组织中含量较高。
第三节 谷物
一、蛋白质 ❖面筋蛋白的加工特性 二、淀粉 ❖淀粉的回生（老化） 三、脂肪 四、灰分
—评价面粉等级的指标 五、维生素
第二章 动物性食品原料
第一节 畜肉和禽肉 ❖肉的形态学 ❖肉的食用品质及物理性质 ❖肉的化学组成 ❖屠宰后肉的变化及生物化学机制
概述
➢ 肉是指屠宰后的畜禽，除去血、皮、毛、内脏、 头、蹄的胴体。包括有肌肉﹑脂肪﹑骨骼或软骨、 腱、筋膜、血管、淋巴、神经、腺体等。
宏观结构
肉按形态或生理机能划分，有心肌、平滑肌、 横纹肌三种。
用于食用和肉制品加工的主要是横纹肌（骨骼 肌或随意肌），约占动物机体的30～40％。 相关概念：初始肌束；二次肌束；肌束膜；肌外 膜；肌内膜；腱
微观结构——肌纤维（肌纤维细胞）
第二章 2.3金属塑性加工原理-屈服准则
2
2 3 + µσ
称为中间主应力影响系数
2σ 2 − σ 1 − σ 3 µσ = σ1 − σ 3
称为Lode参数。 称为Lode参数。 Lode参数
Tresca与Mises屈服准则的比较 Tresca与Mises屈服准则的比较
讨论： 讨论： 当材料受单向拉伸或压缩以及轴对称应力时， ① 当材料受单向拉伸或压缩以及轴对称应力时， β=1或-1，两准则重合； β=1或 两准则重合； 在平面应变状态时，两准则差别最大； ② 在平面应变状态时，两准则差别最大； 一般情况下，β=1－ ③ 一般情况下，β=1－1.155.
C可通过实验确定，与应力状态无关 。 可通过实验确定， 可通过实验确定 单向拉伸屈服时σ1=σs，σ2=σ3=0，可得C=σs/2。 单向拉伸屈服时σ1=σs，σ2=σ3=0，可得C=σs/2。 σ1=σs C=σs/2
σ1 σ1
Tresca屈服准则 Tresca屈服准则
1 τ max = (σ1 −σ3 ) = C 2
(σ1 −σ2 ) + (σ2 −σ3 ) + (σ3 −σ1) = 2σ
2 2 2
2 2 2 2 xy 2 yz
2 s
2
(σ x −σ y ) + (σ y −σ z ) + (σ z −σ x ) + 6(τ +τ +τ ) = 2σS
2 zx
Mises屈服准则考虑了中间主应力的影响， 屈服准则考虑了中间主应力的影响， 屈服准则考虑了中间主应力的影响 相对于Tresca屈服准则更符合实际 。 相对于 屈服准则更符合实际
C可通过实验确定 可通过实验确定 简单拉伸实验
σ 1 σ 1
高分子材料与工程精讲2—聚合物的加工性质
机械加工 固相成型
Tg ----Tf
Tf ----TD
压力、吹塑、 注射、挤出、 热成型，纤维、 压延、热贴合、 薄膜的拉伸 熔融纺丝、生
胶和塑料的塑 炼
2019/11/28
11
2）结晶聚合物处于不同聚集态时与加工的关系： 1）A是轻度结晶聚合物曲线，形状与无定形聚合物的曲
线形状基本类似； 2）B是结晶度较高的聚合物的曲线，但分子量相对较低， 因此Tf<=Tm; 3) C是分子量较大的结晶型聚合物。 Tf>Tm，当聚合物 温度达到熔点后，还会出现高弹态，因此，只有连续提高 加工温度才能使聚合物转变为粘流态。
2019/11/28
12
注意：成型加工中，聚合物的温度达到熔点后不 一定意味着进入粘流态。
加工方法： a.Tg以下， 机械加工； b.Tg~ Tm间，当外力大于材料的屈服强度时，可进
行薄膜和纤维的拉伸操作； c.Tm以上， 主要进行熔体加工。
2019/11/28
13
2.2聚合物的加工性
一.聚合物的可挤压性
如果加热速度过快，制品表面熔融，内部仍然是固体物料， 制品强度极差。（外熟内生）
若冷却速度快，表面硬化了，而内部还处于粘流状态，制 品尺寸稳定性差。（真空泡）
③模具结构尺寸的影响
模具结构不合理会使聚合物无法成型。
2019/11/28
21
3.对可模塑性的评估
可模塑性可以通过测定聚合物的流变性 来评价，也可以采用螺旋流动试验来评定。 螺旋流动试验简介：
4
形
变 玻璃
态区
在A区，玻璃态，坚硬的固体，链段处于
A
冻结状态，普弹形变。
Tb
高弹态区
B
Tg
Tg ----Tf
Tf ----TD
压力、吹塑、 注射、挤出、 热成型，纤维、 压延、热贴合、 薄膜的拉伸 熔融纺丝、生
胶和塑料的塑 炼
2019/11/28
11
2）结晶聚合物处于不同聚集态时与加工的关系： 1）A是轻度结晶聚合物曲线，形状与无定形聚合物的曲
线形状基本类似； 2）B是结晶度较高的聚合物的曲线，但分子量相对较低， 因此Tf<=Tm; 3) C是分子量较大的结晶型聚合物。 Tf>Tm，当聚合物 温度达到熔点后，还会出现高弹态，因此，只有连续提高 加工温度才能使聚合物转变为粘流态。
2019/11/28
12
注意：成型加工中，聚合物的温度达到熔点后不 一定意味着进入粘流态。
加工方法： a.Tg以下， 机械加工； b.Tg~ Tm间，当外力大于材料的屈服强度时，可进
行薄膜和纤维的拉伸操作； c.Tm以上， 主要进行熔体加工。
2019/11/28
13
2.2聚合物的加工性
一.聚合物的可挤压性
如果加热速度过快，制品表面熔融，内部仍然是固体物料， 制品强度极差。（外熟内生）
若冷却速度快，表面硬化了，而内部还处于粘流状态，制 品尺寸稳定性差。（真空泡）
③模具结构尺寸的影响
模具结构不合理会使聚合物无法成型。
2019/11/28
21
3.对可模塑性的评估
可模塑性可以通过测定聚合物的流变性 来评价，也可以采用螺旋流动试验来评定。 螺旋流动试验简介：
4
形
变 玻璃
态区
在A区，玻璃态，坚硬的固体，链段处于
A
冻结状态，普弹形变。
Tb
高弹态区
B
Tg
第2章原料初加工
（3）单纱与股线 股线：反向加捻，强力高，外观疵点在合股时得以 覆盖，条干并合均匀。因此，对原棉的疵点和短 绒率等要求较单纱低。 （4）经纱与纬纱 经纱：承受织造张力，摩擦机会多，布面易被纬纱 覆盖，它不浮在布表面。纱的强力要求高，含杂、 色泽要求可略低，故原棉要求纤维较细、长，成 熟度适中，含杂和色泽占次要地位。 纬纱：较多浮在布表面，强力可低些。纤维可粗些， 短绒要求也较低，但色泽、棉结杂质要少。
（二）原料选配 纺织生产前对不同品种、等级、性能和价格的 纤维原料进行选择，并按比例混合的过程称原 料选配。 1、原料选配的目的 （1）合理使用原料 （2）保持生产和成纱、织物质量的相对稳定 （3）节约原料，降低成本（原料成65%80%） （4） 增加花色品种
2、原料选配的原则 （1）满足纱线及织物的特征和品质要求 成纱号数；粗梳、精梳；单纱、股线；经 纱、纬纱；针织、机织；特种、普通；深 色、浅色等 （2）考虑原料的加工性能 使生产能稳定，原料性状差异不宜太大。 （3）考虑生产成本
4、 酶化法 c 糖化酶 +鲜酵母使糖分解，室温30--40℃, 堆放 3—4天，含水10％，定时翻动。 特点：费时、费工，去糖效果较好。 5、防粘助剂法 消糖剂：由平滑剂,抗静电剂,柔软剂,稳定剂等 组成。在纤维表面形成一层极薄的隔离膜，起 到隔离、平滑作用，改善可纺性。 视含糖多少，用量0.5—2%，平衡时间24小时 低糖—喷刷棉包表面或分层喷洒 高糖—抓松过程中,喷入助剂。 特点：使用方便，价格适中，除糖效果明显， 应用普遍。
b强伸性
强力 伸长 化纤分类： 高强低伸 例：涤纶>5.5-6克/旦 低强高伸 <5 中强中伸 5-6 （4）其它性质 例：热收缩性、色差
<30％ >40％ 30-40％
- 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)。
余传柏 桂林理工大学
1
材料加工性质
引言
聚合物材料的加工性
1
2
聚合物在加工过程中的粘弹行为 3 本章问题小结
4
2
材料加工性质
1.1 引言
聚合物较容易成型加工，可供选用的成型加工方法较多， 是因为聚合物具有特殊的可加工性决定的。
高分子的状态变化与成型加工的关系： 三种物理状态：
在Tg以下，高分子材料处于普弹性状态(亦称玻璃态)，为坚 硬的固体。受外力作用形变(普弹形变)很小，一旦外力消失， 形变可以立即恢复。 在Tg以上，高分子材料处于高弹态(亦称橡胶态)，与普弹态 相比，只要较小的外力就可使其发生较大的形变(高弹形变)。 但这种形变是可逆的。
15
材料加工性质
3、聚合物加工过程中的粘弹行为
聚合物加工过程中通常从固体变为液体（熔融和流动）， 再从液体变为固体（冷却和硬化）。
16
材料加工性质
所以加工过程中，聚合物在不同条件下会分别表现出固 体和液体的性质，即表现出弹性和粘性。 由于聚合物的结构特征，其形变和流动不可能是纯弹性 或纯粘性的，而是它们综合的粘弹性。 3.1 聚合物的粘弹性形变与加工条件的关系 按照经典粘弹性理论，加工过程线型聚合物总形变γ可以看 成是普弹形变γE、推迟高弹形变γH和粘性形变γV三部分所组 成，通常表示为下式：
13
材料加工性质
④ 可延展性 可延性表示无定型或半结晶固体聚合物在一个方向或二个 方向上受到压延或拉伸时变形的能力 利用聚合物的可延性，可通过压延或拉伸工艺生产薄膜、 片材和纤维等材料（具有较大的长径比或长厚比）。 可延性的分析：可延性一般针对热塑性聚合物，因线 性聚合物的可延性来自大分子的长链结构和柔性。当固体材 料在Tg～Tm（或Tf）温度区间受到大于屈服强度的拉力作 用时同时产生变细、变薄或变窄。材料延伸过程的应力-应变 过程图如1-8所示： 特点： ★非晶态聚合物在T＞＞Tg时不会出现缩颈现象。 ★产生缩颈后，断裂后除去外力，直线部分（0-a段）的形 变可立即恢复（普弹形变）
① 可挤压性 聚合物处于粘流态时通过挤压作用产生不可逆形变而获得 一定形状和保持形状的能力。如：在挤出机、注塑机料筒中， 压延机料筒间，材料都受到挤压作用。研究聚合物的挤出性 质能对制品的材料加工工艺作出正确的选择和控制。
7
材料加工性质
挤压条件：通常条件下聚合物在固体状态下不能挤压而成
型，只有当聚合物处于粘流态时才能通过挤压获得宏观有用 的形变。 过程描述：挤压过程中，聚合物熔体主要受到剪切作用， 故可挤压性主要取决于熔体的剪切粘度和拉伸粘度。大多数 聚合物熔体的粘度随剪切力或剪切速率增大而减低。 挤压性与材料加工关系：一般而言，可挤压性较好的聚 合物材料，应具有适当的剪切粘度和较小的弹性形变，有利 于聚合物的加工过程。 如果挤压过程材料的粘度很低，虽然材料有良好的流动性， 但保持形状的能力较差；相反，熔体的剪切粘度很高时会造 成流动和成型的困难。此外，材料的挤压性质还与加工设备 的结构有关。
8
材料加工性质
材料的挤压性测试：材料的挤压性质与聚合物的流变性
（剪切力或剪切速率与粘度的关系），熔融指数和流动速度 密切相关。 熔融指数是评价热塑性聚合物特别是聚烯烃的挤压性的 一种简单而实用的方法，工业上通常采用熔融指数仪测定聚 合物熔体流动性。 熔融指数（MI或MFI）是指在定温和定压下，10分钟内 聚合物熔体从出料孔挤出的重量（g）来表示。 从Flory经验式可知，聚合物粘度η与重均分子量存在如下 关系： Log = A + BMW1/2 所以测定聚合物流动性实质反应了聚合物分子量的大小。
Lmax 36 = F d
12
材料加工性质
可纺性与加工因素的关系：纺丝过程伴随着拉伸和冷却作 用，而使聚合物熔体粘度增大，有利于增大纺丝细流的稳 定性。但随着纺丝速度增大，熔体细流受到的拉应力增加， 拉伸形变增大，如果熔体的强度低将出现细流断裂。 所以具有可纺性的聚合物还必须有较高的熔体强度。 纺丝细流的熔体强度与纺丝时拉伸速度的稳定性和材料凝 聚能密度有关。不稳定的拉伸速度和较小的材料凝聚能都 易引起纺丝细流断裂。 作为纺丝材料还要求在纺丝条件下，聚合物有良好的 热稳定性和化学稳定性，因为聚合物在高温下要停留较长 的时间并要经受在设备和毛细孔中流动时的剪切作用。
3
材料加工性质
当达到Tf(Tm)时，高分子材料处于粘流态(亦称流动态)， 此时，只要不太大的外力就可使其发生形变，而且这种形变 是不可逆的，外力除去后，仍将继续保持，无法自发恢复。 达到Td，则高分子材料开始分解。
综上所述： 在Tg以下，对高分子材料不能进行形变较大的成型加工， 只能进行机械加工，如车、铣、削、刨等。
14
材料加工性质
★ 屈服点后，缩颈部分的形变（a-d段），外力除去后形 变虽不能立即回复，但如果给试样加热至Tg以上，形变 也可自动回复，说明该形变不是粘性流动，而是强迫高 弹形变。 ★ 出现细颈后，分子链沿外力方向伸展，产生应力硬化， 使拉应力转移到模量较低的部分（未取向部分），使未 取向部分进一步取向，从而可实现全长范围内都均匀拉 伸的制品。 对于一般聚合物材料而言：可以进行“冷拉”，也可进 行“热拉”。 冷拉：拉伸温度位于室温～Tg附近 热拉：拉伸温度位于Tg以上。 可延性的测定通常在小型牵伸试验机中进行。
E2 t 2 E H V 1 e t 3 E1 E2
17
材料加工性质
上式三种形变的性质可从聚合物在外力作用下的形变时间曲线看出（图1-10）。
图1-10聚合物在外力作用下的形变-时间曲线
18
材料加工性质
在通常的加工条件下，聚合物形变主要由高弹形变和 粘性形变（或塑性形变）所组成。从形变性质来看包括可 逆形变和不可逆形变两种成分。 当T不太高时，随着T ↑，式1-5中的η2 和η3 都降低，相 应弹性形变和粘性形变值 ↑，但粘性形变随温度升高成比 例增大，而弹性形变随温度的升高其增大的趋势逐渐减小。 当加工温度T高于Tf（或Tm）时，聚合物处于粘流态， 聚合物的形变主要以粘性形变为主。此时，聚合物粘度低 流动性大，易于成型；同时由于粘性形变的不可逆，提高 了制品的使用过程稳定性（形状和几何尺寸稳定性总称）， 所以很多加工技术都是在聚合物的粘流态下实现的。如： 注射、挤出、薄膜吹塑和熔融纺丝等。 但粘流态聚合物的形变并不是纯粘性的，也表现出一定 程度的弹性，这种弹性能如果储存于制品中，还会引起制 品的形状和尺寸的改变，影响制品的稳定性。
23
材料加工性质
本章问题小结：
1、简述聚合物热-机械特性与成型加工性的关系。 2、聚合物材料的加工性包括哪些，分别进行简述？ 3、何为聚合物的粘弹性行为？ 4、聚合物在外力作用下的形变-时间曲线关系图？ 5、什么是滞后效应？滞后现象对制品质量有何影响,如何减 小其不利影响?
24
20
材料加工性质
3.2 粘弹性形变的滞后效应 聚合物在加工过程中的形变都是在外力和温度作用下， 大分子形变和进行重排的结果。 由于聚合物的结构，决定其形变不可能在瞬间完成。通 常将聚合物于一定温度下，从外力作用时间，大分子形变经 过一系列中间状态过渡到形变平衡状态的过程看成是一个松 弛过程，该过程所需时间称为松弛时间。所以式1-5可表示为 下式。式中t﹡为推迟高弹形变松弛时间。 t﹡=η2/E2，其数值 为应力松弛到最初应力值1/e (36.79%) 所需的时间。
9
材料加工性质
② 可模塑性 聚合物在温度和压力的作用下流动和形变，并在模具中模 制成型的能力。 具有可模塑性的材料可通过注射、模压和挤出等成型方 法制成各种形状的模塑制品。 可模塑性主要取决于材料的流变性，热性质和其它物理 力学性质等，对热固性聚合物而言，还与聚合物的化学反应 性有关。 可模塑性与加工的关系：可模塑性与聚合物的分子结构 有关，还与温度和压力有关。如图1-5，过高的温度，虽然熔 体的流动性大，易于成型，但会引起分解，制品收缩率大； 温度过低时熔体粘度大，流动困难，成型性差；且因弹性发 展，明显影响制品形状稳定性。适当增加压力，通常能改善 聚合物的流动性，但过高的压力引起溢料和增大制品内应力。
21
E1
1 e E2
ห้องสมุดไป่ตู้1 t
t 3
材料加工性质
聚合物大分子松弛过程的速度（即松弛时间）与分子间 相互作用能和热运动能得比值有关。 提高温度则热运动能增加，分子间作用能减小，大分子 构象和重排的速度加快，松弛时间缩短。反之，松弛时间则 增加。所以温度对聚合物的松弛过程影响较大。 聚合物成型加工正是利用松弛过程对温度的这种依赖性， 再以适当外力使聚合物在较高的温度下能以较快的速度，在 较短的时间内经过形变并形成所需形状的制品。 由于松弛过程的存在，材料的形变必然落后于应力的变 化，聚合物对外力的响应的这种滞后现象称为“滞后效应” 或“弹性滞后”。
22
材料加工性质
滞后现象对制品质量的影响,如何减小其不利 影响?
滞后效应在聚合物加工成型中普遍存在。如塑料注射 成型制品的变形和收缩。制品收缩的原因主要是熔体成 型时骤冷使大分子堆积得较松散。因此，滞后效应影响 制品的稳定性。严重的变形或收缩还会在制品中产生内 应力，甚至引起制品开裂。 在加工中，适当升高温度和减缓降温速度有利于减弱 滞后效应。 在Tg～Tf温度范围内对成型制品进行热处理，可以缩 短大分子形变的松弛时间，加速结晶聚合物的结晶速度， 使制品的形状较快稳定下来。（有时还辅以其他作用） 如纤维拉伸定型的热处理。
10
材料加工性质 可模塑性与力学、热性能的关系：模塑条件不
仅影响聚合物的可模塑性，且对制品的力学性能、 外观、收缩以及制品中的结晶和取向等都有影响。 聚合物的热性能（如导热系数λ、热焓ΔH、比热Cp 等）影响聚合物加热和冷却的过程，从而影响熔体 的流动性和硬化速度，因此也会影响聚合物制备的 性质（如结晶、内应力、收缩、畸变等）。 模具的结构尺寸也影响聚合物的模塑性，不好的 模具结构影响聚合物成型。 模塑性的判断：目前工业上主要通过考查材料的 流动性来判断可模塑性。螺旋流动试验也是经常采 用判断聚合物可模塑性的方法。如图1-6所示。
1
材料加工性质
引言
聚合物材料的加工性
1
2
聚合物在加工过程中的粘弹行为 3 本章问题小结
4
2
材料加工性质
1.1 引言
聚合物较容易成型加工，可供选用的成型加工方法较多， 是因为聚合物具有特殊的可加工性决定的。
高分子的状态变化与成型加工的关系： 三种物理状态：
在Tg以下，高分子材料处于普弹性状态(亦称玻璃态)，为坚 硬的固体。受外力作用形变(普弹形变)很小，一旦外力消失， 形变可以立即恢复。 在Tg以上，高分子材料处于高弹态(亦称橡胶态)，与普弹态 相比，只要较小的外力就可使其发生较大的形变(高弹形变)。 但这种形变是可逆的。
15
材料加工性质
3、聚合物加工过程中的粘弹行为
聚合物加工过程中通常从固体变为液体（熔融和流动）， 再从液体变为固体（冷却和硬化）。
16
材料加工性质
所以加工过程中，聚合物在不同条件下会分别表现出固 体和液体的性质，即表现出弹性和粘性。 由于聚合物的结构特征，其形变和流动不可能是纯弹性 或纯粘性的，而是它们综合的粘弹性。 3.1 聚合物的粘弹性形变与加工条件的关系 按照经典粘弹性理论，加工过程线型聚合物总形变γ可以看 成是普弹形变γE、推迟高弹形变γH和粘性形变γV三部分所组 成，通常表示为下式：
13
材料加工性质
④ 可延展性 可延性表示无定型或半结晶固体聚合物在一个方向或二个 方向上受到压延或拉伸时变形的能力 利用聚合物的可延性，可通过压延或拉伸工艺生产薄膜、 片材和纤维等材料（具有较大的长径比或长厚比）。 可延性的分析：可延性一般针对热塑性聚合物，因线 性聚合物的可延性来自大分子的长链结构和柔性。当固体材 料在Tg～Tm（或Tf）温度区间受到大于屈服强度的拉力作 用时同时产生变细、变薄或变窄。材料延伸过程的应力-应变 过程图如1-8所示： 特点： ★非晶态聚合物在T＞＞Tg时不会出现缩颈现象。 ★产生缩颈后，断裂后除去外力，直线部分（0-a段）的形 变可立即恢复（普弹形变）
① 可挤压性 聚合物处于粘流态时通过挤压作用产生不可逆形变而获得 一定形状和保持形状的能力。如：在挤出机、注塑机料筒中， 压延机料筒间，材料都受到挤压作用。研究聚合物的挤出性 质能对制品的材料加工工艺作出正确的选择和控制。
7
材料加工性质
挤压条件：通常条件下聚合物在固体状态下不能挤压而成
型，只有当聚合物处于粘流态时才能通过挤压获得宏观有用 的形变。 过程描述：挤压过程中，聚合物熔体主要受到剪切作用， 故可挤压性主要取决于熔体的剪切粘度和拉伸粘度。大多数 聚合物熔体的粘度随剪切力或剪切速率增大而减低。 挤压性与材料加工关系：一般而言，可挤压性较好的聚 合物材料，应具有适当的剪切粘度和较小的弹性形变，有利 于聚合物的加工过程。 如果挤压过程材料的粘度很低，虽然材料有良好的流动性， 但保持形状的能力较差；相反，熔体的剪切粘度很高时会造 成流动和成型的困难。此外，材料的挤压性质还与加工设备 的结构有关。
8
材料加工性质
材料的挤压性测试：材料的挤压性质与聚合物的流变性
（剪切力或剪切速率与粘度的关系），熔融指数和流动速度 密切相关。 熔融指数是评价热塑性聚合物特别是聚烯烃的挤压性的 一种简单而实用的方法，工业上通常采用熔融指数仪测定聚 合物熔体流动性。 熔融指数（MI或MFI）是指在定温和定压下，10分钟内 聚合物熔体从出料孔挤出的重量（g）来表示。 从Flory经验式可知，聚合物粘度η与重均分子量存在如下 关系： Log = A + BMW1/2 所以测定聚合物流动性实质反应了聚合物分子量的大小。
Lmax 36 = F d
12
材料加工性质
可纺性与加工因素的关系：纺丝过程伴随着拉伸和冷却作 用，而使聚合物熔体粘度增大，有利于增大纺丝细流的稳 定性。但随着纺丝速度增大，熔体细流受到的拉应力增加， 拉伸形变增大，如果熔体的强度低将出现细流断裂。 所以具有可纺性的聚合物还必须有较高的熔体强度。 纺丝细流的熔体强度与纺丝时拉伸速度的稳定性和材料凝 聚能密度有关。不稳定的拉伸速度和较小的材料凝聚能都 易引起纺丝细流断裂。 作为纺丝材料还要求在纺丝条件下，聚合物有良好的 热稳定性和化学稳定性，因为聚合物在高温下要停留较长 的时间并要经受在设备和毛细孔中流动时的剪切作用。
3
材料加工性质
当达到Tf(Tm)时，高分子材料处于粘流态(亦称流动态)， 此时，只要不太大的外力就可使其发生形变，而且这种形变 是不可逆的，外力除去后，仍将继续保持，无法自发恢复。 达到Td，则高分子材料开始分解。
综上所述： 在Tg以下，对高分子材料不能进行形变较大的成型加工， 只能进行机械加工，如车、铣、削、刨等。
14
材料加工性质
★ 屈服点后，缩颈部分的形变（a-d段），外力除去后形 变虽不能立即回复，但如果给试样加热至Tg以上，形变 也可自动回复，说明该形变不是粘性流动，而是强迫高 弹形变。 ★ 出现细颈后，分子链沿外力方向伸展，产生应力硬化， 使拉应力转移到模量较低的部分（未取向部分），使未 取向部分进一步取向，从而可实现全长范围内都均匀拉 伸的制品。 对于一般聚合物材料而言：可以进行“冷拉”，也可进 行“热拉”。 冷拉：拉伸温度位于室温～Tg附近 热拉：拉伸温度位于Tg以上。 可延性的测定通常在小型牵伸试验机中进行。
E2 t 2 E H V 1 e t 3 E1 E2
17
材料加工性质
上式三种形变的性质可从聚合物在外力作用下的形变时间曲线看出（图1-10）。
图1-10聚合物在外力作用下的形变-时间曲线
18
材料加工性质
在通常的加工条件下，聚合物形变主要由高弹形变和 粘性形变（或塑性形变）所组成。从形变性质来看包括可 逆形变和不可逆形变两种成分。 当T不太高时，随着T ↑，式1-5中的η2 和η3 都降低，相 应弹性形变和粘性形变值 ↑，但粘性形变随温度升高成比 例增大，而弹性形变随温度的升高其增大的趋势逐渐减小。 当加工温度T高于Tf（或Tm）时，聚合物处于粘流态， 聚合物的形变主要以粘性形变为主。此时，聚合物粘度低 流动性大，易于成型；同时由于粘性形变的不可逆，提高 了制品的使用过程稳定性（形状和几何尺寸稳定性总称）， 所以很多加工技术都是在聚合物的粘流态下实现的。如： 注射、挤出、薄膜吹塑和熔融纺丝等。 但粘流态聚合物的形变并不是纯粘性的，也表现出一定 程度的弹性，这种弹性能如果储存于制品中，还会引起制 品的形状和尺寸的改变，影响制品的稳定性。
23
材料加工性质
本章问题小结：
1、简述聚合物热-机械特性与成型加工性的关系。 2、聚合物材料的加工性包括哪些，分别进行简述？ 3、何为聚合物的粘弹性行为？ 4、聚合物在外力作用下的形变-时间曲线关系图？ 5、什么是滞后效应？滞后现象对制品质量有何影响,如何减 小其不利影响?
24
20
材料加工性质
3.2 粘弹性形变的滞后效应 聚合物在加工过程中的形变都是在外力和温度作用下， 大分子形变和进行重排的结果。 由于聚合物的结构，决定其形变不可能在瞬间完成。通 常将聚合物于一定温度下，从外力作用时间，大分子形变经 过一系列中间状态过渡到形变平衡状态的过程看成是一个松 弛过程，该过程所需时间称为松弛时间。所以式1-5可表示为 下式。式中t﹡为推迟高弹形变松弛时间。 t﹡=η2/E2，其数值 为应力松弛到最初应力值1/e (36.79%) 所需的时间。
9
材料加工性质
② 可模塑性 聚合物在温度和压力的作用下流动和形变，并在模具中模 制成型的能力。 具有可模塑性的材料可通过注射、模压和挤出等成型方 法制成各种形状的模塑制品。 可模塑性主要取决于材料的流变性，热性质和其它物理 力学性质等，对热固性聚合物而言，还与聚合物的化学反应 性有关。 可模塑性与加工的关系：可模塑性与聚合物的分子结构 有关，还与温度和压力有关。如图1-5，过高的温度，虽然熔 体的流动性大，易于成型，但会引起分解，制品收缩率大； 温度过低时熔体粘度大，流动困难，成型性差；且因弹性发 展，明显影响制品形状稳定性。适当增加压力，通常能改善 聚合物的流动性，但过高的压力引起溢料和增大制品内应力。
21
E1
1 e E2
ห้องสมุดไป่ตู้1 t
t 3
材料加工性质
聚合物大分子松弛过程的速度（即松弛时间）与分子间 相互作用能和热运动能得比值有关。 提高温度则热运动能增加，分子间作用能减小，大分子 构象和重排的速度加快，松弛时间缩短。反之，松弛时间则 增加。所以温度对聚合物的松弛过程影响较大。 聚合物成型加工正是利用松弛过程对温度的这种依赖性， 再以适当外力使聚合物在较高的温度下能以较快的速度，在 较短的时间内经过形变并形成所需形状的制品。 由于松弛过程的存在，材料的形变必然落后于应力的变 化，聚合物对外力的响应的这种滞后现象称为“滞后效应” 或“弹性滞后”。
22
材料加工性质
滞后现象对制品质量的影响,如何减小其不利 影响?
滞后效应在聚合物加工成型中普遍存在。如塑料注射 成型制品的变形和收缩。制品收缩的原因主要是熔体成 型时骤冷使大分子堆积得较松散。因此，滞后效应影响 制品的稳定性。严重的变形或收缩还会在制品中产生内 应力，甚至引起制品开裂。 在加工中，适当升高温度和减缓降温速度有利于减弱 滞后效应。 在Tg～Tf温度范围内对成型制品进行热处理，可以缩 短大分子形变的松弛时间，加速结晶聚合物的结晶速度， 使制品的形状较快稳定下来。（有时还辅以其他作用） 如纤维拉伸定型的热处理。
10
材料加工性质 可模塑性与力学、热性能的关系：模塑条件不
仅影响聚合物的可模塑性，且对制品的力学性能、 外观、收缩以及制品中的结晶和取向等都有影响。 聚合物的热性能（如导热系数λ、热焓ΔH、比热Cp 等）影响聚合物加热和冷却的过程，从而影响熔体 的流动性和硬化速度，因此也会影响聚合物制备的 性质（如结晶、内应力、收缩、畸变等）。 模具的结构尺寸也影响聚合物的模塑性，不好的 模具结构影响聚合物成型。 模塑性的判断：目前工业上主要通过考查材料的 流动性来判断可模塑性。螺旋流动试验也是经常采 用判断聚合物可模塑性的方法。如图1-6所示。