高分子物理 第七章 屈服与强度
第七章 力学性质(高分子材料的变形特点与金属材料的变形特点)
力学性质
本章重点内容
1.高分子材料的变形特点与金属材料的变形特点的 比较.
1.1金属材料的变形特点及其微观解释.
1.2高分子材料的变形特点.
2.几个重要概念.
弹性变形 塑性变形 拉伸应力 真 应 力
屈服 真应变
弹性变形:
材料的变形过程中如果应力与应变成比例则称为弹性变形.
塑性变形:
对于大多数金属材料来说,其弹性变形不足其应变的0.005, 当变形超过这一数值,则应力与应变不再服从胡克定律,即发
滑移系来满足各晶粒变形是相互协调的要求。
本章总结
金属应力应变与高分子材料的应力应变特点的比较. 金属材料应力应变的微观解释.(特点并给出解释)
弹性变形的主要特征是：
• （1）理想的弹性变形是可逆变形，加载时变形， 卸载时变形消失并恢复原状。
• （2）金属、陶瓷和部分高分子材料不论是加载或 卸载时，只要在弹性变形范围内，其应力与应变 之间都保持单值线性函数关系，即服从虎克 （Hooke）定律： 在正应力下，s = Ee， 在切应力下，t =Gg， 式中，s，t分别为正应力和切应力；e，g分别 为正应变和切应变；E，G分别为弹性模量（杨氏
真应变:
如果无体积变化的情况下真应变与真应力的关系为: εT=ln(1+ε)
弹性变形的本质
• 弹性变形是指外力去除后能够完全恢复的那部分变形， 可从原子间结合力的角度来了解它的物理本质。
• 原子处于平衡位置时，其原子间距为r0，位能U处于 最低位置，相互作用力为零，这是最稳定的状态。当 原子受力后将偏离其平衡位置，原子间距增大时将产 生引力；原子间距减小时将产生斥力。这样，外力去 除后，原子都会恢复其原来的平衡位置，所产生的变 形便完全消失，这就是弹性变形。
高分子物理——聚合物的屈服与断裂
一、玻璃态高聚物的拉伸
（1）屈服点
应力达到一个极大值，屈服应力 （2）断裂方式(材料破坏有二种方式)
脆性断裂：屈服点之前发生的断裂
断裂表面光滑
不出现屈服
韧性断裂：在材料屈服之后的断裂(明显屈
服点和颈缩现象)
北京理工大学
断裂表面粗糙
（3）应变软化和应变硬化
应变软化：在拉伸过程中，应力随应变的增 大而下降
PVC在室温、图中表明的应变速率下测得的应力-应变曲线
随着拉伸速度提高，聚合物的模量增加，屈 服应力、断裂强度增加，断裂伸长率减少
• 柔性很大的链在冷却成玻璃态时，分子 之间堆砌得很紧密，在玻璃态时链段运 动很困难，要使链段运动需要很大的外 力，甚至超过材料的强度，刚性大，冷 却时堆砌松散，分子间相互作用力小， 链段活动余地较大，这种高聚物在玻璃 态时具有强迫高弹而不脆，脆点低， Tb,Tg间隔大，另外如果刚性太大，链段 不能运动，也不出现高弹形变。
0 exp(
RT )
对于某一种高聚物存在一个特征温度（Tb），只 要温度低于Tb，玻璃态高聚物就不能发展强迫高 弹形变。玻璃态高聚物只有处在Tb到Tg的温度范 围内，才能在外力作用下实现强迫高弹形变。
北京理工大学
外力 E a 拉伸速率 0 exp( ) 结构 RT 柔性高分子链：在玻璃态时呈现脆性。Tb≈Tg 刚性高分子链：较刚性：易出现受（强）迫 高弹性，脆点较低，Tb与Tg间隔较大。 高刚性：链段运动更加困难，Tb与Tg也很接 近。 分子量 分子量较小时，在玻璃态堆砌较紧密，呈现 脆性，Tb~Tg较接近。 当分子量增加到一定程度以后，Tb与Tg差距拉 大，直到达到临界值 北京理工大学
（B）受（强）迫高弹形变:材料在屈服后出现了
高聚物的屈服和断裂—高聚物的断裂和强度(高分子物理课件)
聚合物的断裂行为
脆性断裂: 试样在屈服点Y之前的断裂 韧性断裂: 试样在屈服点Y之后的断裂
高聚物的断裂和强度
1 脆性断裂和韧性断裂
2
脆性断裂：脆性断裂在屈服点Y之前的断裂； -曲线是线性的，B<5%，断裂能S小；断裂面光滑（在断裂前试样形变均匀，断裂时，裂纹迅速垂直于应力方向，断裂面不显出明显的推迟形变）；由张应力引起的----是键长变化的结果。
补强原理：填料活性表面（羧基、酚基、醌基）同聚合物作用产生了附加的交联结构因此加入填料的增强效果同其在聚合物中浸润性关系很大，浸润性越大，补强越明显。
举例：亲油的碳黑对橡胶的补强比普通的碳粉好的多。
化学交联与物理交联示意图 上图：化学交联 下图：物理吸附
这些活性基团与橡胶大分子链接触，会发生物理的或化学的吸附，形成链间的物理交联。吸附有多条大分子链的炭黑粒子具有均匀分布应力的作用，当其中某一条大分子链受到应力时，可通过炭黑粒子将应力传递到其他分子链上，使应力分散。而且即便发生某一处网链断裂，由于炭黑粒子的“类交联”作用，其他分子链仍能承受应力，不致迅速危及整体，降低发生断裂的可能性而起增强作用。
断裂面形状和断裂能是区别脆性和韧性断裂最主要的指标。
脆性断裂
韧性断裂
脆性断裂 韧性断裂
屈服
-线
b
断裂能
断裂表面
断裂原因
无
有
无
有
线性
非线性
线性
非线性
小
大
小
大
小
大
小
大
平滑
粗糙
平滑
粗糙
法向应力
剪切应力
法向应力
剪切应力
对高聚物材料，脆性还是韧性极大地取决于实验条件：主要看温度和测试速率。在恒定的应变速率下：低温脆性形式向高温韧性形式转变在恒定温度下：应变速率上伸，表现为脆性形式；应变速率下降，表现为韧性形式
高分子物理(第三版)第七章--高分子的屈服和断裂(玻璃态与结晶态)
The developmentof materials overtime. Thematerials of pre-history, on theleft, all occurnaturally; thechallenge for theengineers of thatera was one ofshaping them.The developmentofthermochemistryand (later) ofpolymerchemistryenabled man-made materials,shown in thecolored zones. 11121314 1516 17在小伸长时，拉伸应变通常以单位长度的伸长来定义。
应变：应力：。
：为材料的起始截面积。
当材料发生较大形变时，上式计算的应力与材料的真实应力会发生较大的偏差，这时正确计算应力应该以真实截面积真应力：相应地可提出真应变的定义，如果材料在某一时刻长度从，则真应变为:真应变：对于理想的弹性团体，应力与应变关系服从虎克定25简单拉伸时的杨氏模量：在简单剪切的情况下，材料受到的力F 是与截面相平行的大小相等、方向相反的两个力。
在这剪切力作用下，材料将发生偏斜，偏斜角的正切定义为切应变。
当切应变足够小时，。
相应地，材料的剪切应力为：剪切模量：θγ≈剪切位移S ，剪切角θ，剪切面间距d体积模量：必须注意的是，试样宽度和厚度在拉伸过程中是随试样的伸长屈服强度断裂强度Polymers with different properties增强机理：活性粒子吸附大分子，形成链间物理交联，活性粒子起物理交联点的作用。
glassy fiber+polyester增强机理：纤维作为骨架帮助基体承担载荷。
Racing bicycleCarbon fiber补充材料：弯曲模量：增强机理：热致液晶中的液晶棒状分子在共混物中形成微纤结构而到增强作用。
由于微纤结构是加工过程中由液晶棒状分子在共混无物基体中就地形成的，故称做Charpy试验IZOD试验40补充材料：聚合物的韧性与增韧冲击强度Impact strength就是高速拉伸试验测量材料冲击强度的依据。
高分子物理化学 第七章
2）2－2功能度体系 每个单体都有两个相同的功能 基或反应点，可得到线形聚合物， 如：
n HOOC(CH2)4COOH + n HOCH2CH2OH
HO CO(CH 2)4COOCH 2CH 2O
n
H + (2n-1) H2O
缩聚反应是缩合反应多次重复 结果形成聚合物的过程。
3）2功能度体系
同一单体带有两个不同 （或相同）且能相互反应的官 能团，得到线形聚合物，如：
按聚合产物分子链形态的不 同分类 线形逐步聚合反应 其单体为双功能基单体， 聚合产物分子链只会向两个方 向增长，生成线形高分子。
非线形逐步聚合反应 非线形逐步聚合反应的聚 合产物分子链不是线形的，而 是支化或交联的，即聚合物分 子中含有支化点，要引入支化 点，必须在聚合体系中加入含 三个以上功能基的单体。
n HO n HO
R COOH H O R CO n OH + (n-1) H2O R OH H O R n OH + (n-1) H2O
4） 2－3、2－4功能度体系
当功能度大于2时，分子链将向 多个方向增长，这样的话将得到支化 甚至是交联的聚合物。 例如： 通过苯酚和甲醛制备酚醛树脂时， 当反应程度较高时，可以得到支化甚 至交联的聚合物。
H (OROCOR`CO )m HO (COR`COORO)q ( OROCOR`CO)n OH ( COR`COORO)p H
+
既不增加又不减少功能基数目，不影响反应程度 特 不影响体系中分子链的数目，使分子量分布更均一 点 不同聚合物进行链交换反应，可形成嵌段缩聚物
线形缩聚动力学
1. 功能基等活性理论 缩聚反应在形成大分子的过程中 是逐步进行的，若每一步都有不同的 速率常数，研究将无法进行。Flory提 出了功能基等活性理论： 不同链长的端基功能基，具有相 同的反应能力和参加反应的机会，即 功能基的活性与分子的大小无关。
高分子物理第七章
精品资料
4.蠕变的影响(yǐngxiǎng)因素
外温
力度
增 大
升 高
（1）温度：温度升高，蠕变
速率增大，蠕变程度变大
t
因为(yīn wèi)外力作用下，温 度高使分子运动速度加快，松 弛加快。
图5 蠕变与，T的关系
（2）外力作用大，蠕变大，蠕变速率高 （同于温度的作用）
（3）受力时间：受力时间延长，蠕变增大。
对聚合物施加恒定(héngdìng)外力，应力具有阶
梯函数性质。
0 (0tt1)
(t) 0 ( t1tt2)
精品资料
7.1.1 蠕变Creep
（t） （t）
从分子运动的角度解释:
材料受到外力的作用，链内的键长和键角 立刻(lìkè)发生变化，产生的形变很小， 我们称它普弹形变.
t
t1
t2 t
图1 理想弹性体（瞬时(shùn shí)蠕变） 普弹形变
响，在不同条件下，可以观察到不 同类型的黏弹现象。
蠕变
静态( jìngtài)的黏弹
性 应力松弛
力学(lì xué)
松弛
滞后现象
动态黏弹性
力学内耗(内耗)
精品资料
高聚物黏弹性
本章的主要(zhǔyào) 内容
内部尺度－－弹性和黏性结合
黏 弹
外观表现－－4个力学松弛现象
性
力学模型
(tá
描述
nxì
ng) 时温等效原理－－实用意义，主曲线，WLF方程
精品资料
如何观察到完整(wánzhěng)的蠕 变曲线
➢温度过低，远小于Tg ，蠕变量很小，很慢，短时 间内观察(guānchá)不出；
高分子物理-第七章
和蠕变一样，交联是克服应力松弛的重要措施。
影响应力松弛的主要因素
7.1.3 滞后和内耗
1）概述
在实际使用中，高分子材料往往受到交变应力的 作用，即外力是周期性地随时间变化 （=0sinwt），例如滚动的轮胎、传动的皮带、 吸收震动的消音器等，研究这种交变应力下的力 学行为称为动态力学行为。
a.普弹形变：当高分子材料受到应力作用时，分 子内的键角和键长会瞬时发生改变。这种形变量很 小，称为普弹形变。
b.高弹形变
2
0
E2
1 et /t'
1 et /t'
当外力作用时间和链段运动所需的松弛时间有相
当数量级时，链段的热运动和链段间的相对滑移，
使蜷曲的分子链逐步伸展开来，此时形变成为高 弹形变，用2表示。 2较大，除去外力后， 2逐 步恢复。
E ' 0 sin wt E '' 0 cos wt
此时，模量表达式正好符合数学上复数形式
E* E ' iE ''
E* (t) ：复数模量，它包括两部分①实数模量或储能模量
(t)
E ' ，反映了材料形变时能量储存的大小即回弹力；②虚数模量
或损耗模量 E '' ，反映材料形变时能量损耗大小。
W
2
d
0
2 0
0
sin
wtd
0
sinwt
0 0 sin
拉伸回缩中最大储存能量 Wst
1 2
0
0
cos
高分子物理-高分子物理-聚合物的屈服和断裂
研究得最多，一股认为填料粒子的活性表 面能与若干高分子链相结合形成—种交联 结构，例如以碳黑增强橡胶时，橡胶分子 链可能接枝在碳黑粒子的表面。
• （2）纤维状填料
• 纤维状填料的增强原理与混凝土中的钢筋
对水泥的增强作用相似。
6．共聚和共混的影响
• 共聚可以综合两种以上均聚物的性能。 • 如：苯乙烯与丙烯腈共聚 • 共混是一种很好的改性手段，共混物常常
与拉伸方向相垂直，断裂面也 很光洁；
•韧性聚合物拉伸至屈服点时，
常可看到试样上出现与拉伸方 向成大约45角倾斜的剪切滑移 变形带，或者在材料内部形成 与拉伸方向倾斜一定角度的 “剪切带”。
•拉伸屈服：韧性聚合物拉伸至屈服点时，试样上出 现与拉伸方向成大约45°倾斜的剪切滑移变形带。
0
角倾斜的剪切滑移变形带。
（脆化温度）到Tg之间 。
• 拉伸速度，链柔性，分子量也是影响因素。
7.1.3结晶高聚物的拉伸
• 拉伸曲线可以分为三阶段： • 第一阶段应力随应变线性
地增加，至屈服点
• 第二阶段的应力—应变曲
线表现为应力几乎不变， 而应变不断增加
• 第三阶段应力又随应变的
增加而增大直到断裂点
• 结晶聚合物的大形变，就本质上说也是高
• 在热塑性塑料中加入少量石墨、二硫化钼等粉末
润滑剂，可以改善塑料的摩擦、磨损性能，以制 造各种耐磨、自润滑零件，如轴承，活塞等。
• 同一填料对不同状态下的聚合物有不同的
效果，例如不结晶的橡胶(丁苯橡胶等)或 拉伸下不易结晶的橡胶，加入碳黑补强的 效果要比拉伸时易结晶的橡胶大得多，其 原因可能是结晶过程中排斥了填料粒子， 使填料未能起到补强作用。
高分子物理-第七章-屈服和强度
银纹和剪切带
均有分子链取向，吸收能量，呈现屈服现象
主要区别
形
变
曲线特征
体
积
力
结
果
剪切屈服
45o
90o
a
抵抗外力的方式
两
种
抗张强度：抵抗拉力的作用
0
aan
aas
0 /2
抗剪强度：抵抗剪力的作用
0o
45o
90o
抗张强度什么面最大？ a=0， an=0
抗剪强度什么面最大？ a=45， as=0/2
当应力0增加时，法向应力和切向应力增大的幅度不同
在45o时, 切向应力最大
泊松比: 在拉伸实验中，材料横向应变
与纵向应变之比值的负数
m
v
l
m0
l0
T
常见材料的泊松比
泊松比数值
解
释
0.5
不可压缩或拉伸中无体积变化
0.0
没有横向收缩
0.49~40
塑料的典型数值
E, G, B and
E2
G
(1
)
EB
3 (1
2
第 一 期 的 入 党积极 分子培 训课将 要结束 了，在 培训期 间，通 过尊敬 的合江 县府王
督 学 、 学 院 党委王 书记及 学院党 办邬主 任和相 关领导 、教授 对党章 ，党课 及现阶
段 国 内 外 形 式的讲 解，以 及通过 参加学 院开展 的颂歌 献给党 、喜迎 十八大 歌咏比
赛 及 参 观 了 武警合 江中队 和合江 县清代 考试院 、合江 县汉代 石棺陈 列馆等 活
韧性断裂 ductile fracture
各种情况下的应力-应变曲线
高分子物理聚合物的屈服与断裂
（5）软而弱型 此类材料弹性模量低，断裂强度低，断裂 伸长率也不大。一些聚合物软凝胶和干酪状材料具有这种特 性。
注意
1-1 力学性能分类
• 如：作电线绝缘材料的高聚物，也要求它 们有一定的力学性能：强度和韧性。 如果折叠几次就破裂，那么这种材料 的电绝缘性虽好，也不能用作电线。
力学行为：指施加一个外力在材料上，它产生怎样 的形变（响应）。
• 举例：
• PS制品很脆，一敲就碎（脆性） • 尼龙制品很坚韧，不易变形，也不易
破碎（韧性） • 轻度交联的橡胶拉伸时，可伸长好几
倍，力解除后基本恢复原状（弹性） • 胶泥变形后，却完全保持新的形状
（粘性）
形变性能 Deformation
弹性 Elasticity
普弹性 高弹性 High elasticity
粘性 Viscosity
线性粘弹性
静态 Static
粘弹性
Байду номын сангаас
Linear viscoelasticity
F
A0
l l0 l
l0
l0
哑铃型标准试样
12
10
1psi
8
= 6890Pa
6
, 1000 psi
4
2
0
注意细颈
0
1
2
3
4
5
现象
84
70
56
, MP
42
28
14
0
0
1
高分子物理复习提纲-第七-第八章总结
高分子物理 理第七、第八章 章提纲电子版
图 7-3 是晶 晶态聚合物的 的典型应力－ －应变曲线。结晶态聚合物的典型应力 力-应变曲线同样 经历 历五个阶段，不同点是第一个转折点 出现”细颈化 化”(necking)，接着发生冷 冷拉，应力不变但 应变 变可达 500% %以上。结晶 晶态聚合物在 在拉伸时还伴随着结晶形态 态的变化.。 在单向拉伸过程 中分 分子排列产生 生很大的变化 化， 尤其是接近 近屈服点或超 超过屈服点时 时， 分子都在 在与拉伸方向相平 行的 的方向上开始 始取向。 在结晶 晶高聚物中微 微晶也进行重 重排， 甚至某 某些晶体可能 能破裂成较小的单 位，然后在取向 向的情况下再 再结晶。 结晶高聚物 物的拉伸与玻 玻璃态高聚物 物的拉伸情况 况有许多相似 似之处。现象 象上，两种拉 拉伸过 程都 都经历弹性形 形变、屈服（ “成颈” ） 、发 发展大形变以 以及“应变硬 硬化”等阶段 段，拉伸的后阶段 材料 料都呈现强烈 烈的各向异性 性， 断裂前的大 大形变在室温 温时都不能自 自发回复， 而 而加热后却都 都能回 复原 原状， 因而本质上两拉伸上 上两种拉伸过 过程造成的大 大形变都是高 高弹形变。 通 通常把它们统 统称为 “冷 冷拉” 。另一方 方面两种拉伸 伸过程又是有 有差别的。它 它们可被冷拉 拉的温度范围 围不同，玻璃 璃态高 聚物 物的冷拉温度 度区间是 Tb 到 Tg ， 而结晶 晶高聚物却在 在 Tg 至 Tm 间被 被冷拉， 更主 主要的和本质的区 别在 在于晶态高聚 聚物的拉伸过 过程伴随着比 比玻璃态高聚 聚物拉伸过程 程复杂得多的 的分子聚集态结构 的变 变化，后者只发生分子链的取向，不发 发生相变，而 而前者还包含 含有结晶的破 破坏、取向和再结 晶等 等过程。
何曼君《高分子物理》(第3版)配套题库【课后习题】第7章 聚合物的屈服和断裂 【圣才出品】
第7章聚合物的屈服和断裂1．试比较非晶态聚合物的强迫高弹性、结晶聚合物的冷拉、硬弹性聚合物的拉伸行为和嵌段共聚物的应变诱发塑料一橡胶转变，从结构观点加以分析，并指出其异同点。
答：（1）玻璃态聚合物在大外力的作用下发生的大形变其本质与橡胶的高弹形变一样，但表现形式却有差别，此称为非晶体态聚合物的强迫高弹性。
强迫高弹性主要是由聚合物的结构决定的。
强迫高弹性的必要条件是聚合物要具有可运动的链段，通过链段的运动使链的构象改变。
所以分子链不能太柔软，否则在玻璃态是由于分子堆砌的很紧密而很难运动；同时分子链的刚性也不能太大，刚性太大分子链不能运动。
（2）结晶聚合物的冷拉：第一阶段，应力随应变线性的增加试样被均匀的拉长，到达一点后，截面突然变得不均匀，出现细颈。
第二阶段，细颈与非细颈部分的截面积分别维持不变，而细颈部分不断扩展，非细颈部分逐渐缩短，直至整个试样完全变细为止。
第三阶段，成颈后的试样重新被均匀的拉伸，应力又随应变的增加而增加直到断裂点。
在外力的作用下，分子在拉伸方向上开始取向，结晶聚合为中的微晶也进行重排，甚至在某些晶体可能破裂成较小的单位，然后再去向的情况下再结晶。
（3）硬弹性聚合物的拉伸行为：易结晶的聚合物熔体，在较高的拉伸应力场中结晶时，可以得到具有很高弹性的纤维或薄膜材料，而其弹性模量比一般橡胶却要高的多。
E.S.Clark提出一种片晶的弹性弯曲机理。
由于在片晶之间存在由系带分子构成的连接点，是使硬弹材料在收到张力时，内部晶片将发生弯曲和剪切弹性变形，晶片间被拉开，形成网格状的结构，因而可以发生较大的形变，而且变形越大，应力越高，外力消失后，靠晶片的弹性回复，网格重新闭合，形变可大部分回复。
（5）嵌段共聚物的应变诱发塑料—橡胶转变：材料在室温下像塑料，在外力的作用下，能够发生很大的形变，移去外力后也能很快的回复。
如果接着进行第二次拉伸，则会像橡胶的拉伸过程材料呈现高弹性。
经拉伸变为橡胶的试样，在室温下放置较长的时间又能回复拉拉伸前的塑料性质。
高分子物理简答题
第二章高分子的链结构1.聚合物的层次结构聚合物的结构包括高分子的链结构和聚合物的凝聚态结构,高分子的链结构包括近程结构一级结构和远程结构二级结构;一级结构包括化学组成,结构单元连接方式,构型,支化于交联;二级结构包括高分子链大小相对分子质量,均方末端距,均方半径和分子链形态构象,柔顺性;三级结构属于凝聚态结构,包括晶态结构,非晶态结构,取向态结构,液晶态结构和织态结构; 2．结构单元的键接方式,许多实验证明自由基或离子型聚合产物中大多数是头—尾键接的,链接方式对聚合物的性能有比较明显的影响;例1：纤维要求分子链中单体单元排列规整,结晶性能好,强度高,便于抽丝和拉伸例2：维尼纶纤维缩水性较大的根本原因：聚乙烯醇PVA做维尼纶只有头—尾键接才能使之与甲醛缩合生成聚乙烯醇缩甲醛;如果是头—头键接额,羟基就不易缩醛化,是产物中保留一部分羟基,羟基的数量太多会使纤维的强度下降;3．聚合物的空间构型概念：结构单元为—CH2—CHR—型的高分子,在每一个结构单元中都有一个手性碳原子,这样,每一个链节就有两种旋光异构体,高分子全部由一种旋光异构体键接而成称为全同立构,由两种旋光异构单元交替键接,称为间同立构,两种旋光异构单元完全无规键接时,则称为无规立构全同立构和间同立构的高聚物有时统称为等规高聚物高聚物中含有全同立构和间同立构的总的百分数是指等规度由于内双键的基团在双键两侧排列的方向不同而有顺式构型与反式构型之分,他们称为几何异构体例：几何构型对聚合物的影响聚丁二烯1,2-加成的全同立构或间同立构的聚丁二烯PB,由于结构规整,容易结晶,弹性很差,只能作为塑料使用；顺式1,4-聚丁二烯链的结构也比较规整,容易结晶,在室温下是一种弹性很好的橡胶,反式1,4-聚丁二烯分子链的结构也比较规整,容易结晶,在室温下是弹性很差的塑料;4. 高分子共聚物共聚物的序列结构常用参数平均序列长度L和嵌段数R;当R=100时表明是交替共聚,R=0时表明是嵌段共聚物例1：聚甲基丙烯酸甲酯PMMA分子带有极性酯基是分子间作用力比聚苯乙稀PS大,因此在高温的流动性差,不宜采取注塑成型法加工;需将PMMA和少量PS共聚可以改善树脂的高温流动性,适用于注塑成型ps. 和少量的丙烯晴AN共聚后,其冲击强度,耐热性,耐化学腐蚀性都有所提高,可供制造耐油的机械零件例2：ABS树脂在结构组成制备工艺上可提高产品的力学性能的方法ABS树脂是丙烯晴,丁二烯和苯乙烯的三元共聚物;其中丙烯晴有CN基,能使聚合物耐化学腐蚀,提高制品的抗张强度和硬度；丁二烯使聚合物呈现橡胶状韧性,这是材料抗冲击强度增高的主要因素；苯乙烯的高分流动性能好,便与加工成型,而且可以改善制品表面光洁度.,ps. ABS是一类性能优良的热塑性塑料例3：SBS在结构和组成上的特点及加工方法概述用阴离子聚合法制得的苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物SBS树脂;丁二烯常温是一种橡胶,而聚苯乙烯是硬性塑料,两者不相容,因此SBS具有两项结构;聚丁二烯段形成连续的橡胶相,聚苯乙烯是热塑性的,聚苯乙烯起交联作用高温下可以破坏也可以重组,所以SBS是一种可以注塑方法进行加工而不需要硫化的橡胶;聚氨酯与其相似,统称热塑性弹性体;5.高分子链的支化例：为什么高压聚乙烯的冲击强度好于低压聚乙烯的冲击强度支化对物理性能的影响有时相当显著,高压聚乙烯低密度聚乙烯LDPE由于支化破坏了分子的规整性,使其结晶度大大降低,低压聚乙烯高密度聚乙烯HDPE是线型分子,易于结晶,故在密度,熔点,结晶度和硬度方面都高于强者;分子链支化程度增加,分子间的距离增加,分子间的作用力减小,因而使拉伸强度降低,但冲击强度会提高;6.高分子链的交联支化高分子能够溶解,交联高分子不熔不熔,只有交联度不大的时候能在溶剂中溶胀;热固性塑料和硫化橡胶都是交联高分子例：硫化橡胶未经硫化交联的橡胶分子之间容易滑动,受力后会产生永久变形,不能回复原状,经硫化的橡胶分子间不能滑移,才有大的可逆弹性变形,所以橡胶一定要经过硫化变成交联结构后才能使用;交联度小的橡胶含硫5%一下弹性较好,交联度大的橡胶含硫20%~30%弹性就差,交联度再增加,机械强度和硬度都将增加,最终失去弹性而变脆;7.高分子链的构象概念：构象：单间内旋转而产生的分子在空间的不同排列形态,由于热运动分子的构象在时刻改变,因此高分子的键的构象是统计性的,由此可知,这种构象是不固定的;构型：大分子链中由化学键所固定的原子在空间的几何排列,这种排列是稳定的要改变构型必经过化学键的断裂和重组;构型包括单体单元的键合顺序,空间构型的规整性,支化度,交联度以及共聚物的组成及序列结构;无规线团：单键内旋转是导致分子链呈蜷曲构象的原因,内旋转愈自由,蜷曲的趋势越大,我们称这种不规则的蜷曲高分子链的构象为无规线团;理想链理想柔性链,自由链接链：高分子键的一种理想化的简单模型,假定高分子的主链由足够多的不占体积的化学键自有链接而成,这些键的取向不受键角以及相邻旋转交的限制,没有位垒的障碍,在空间上的取向几率都相等;自由旋转链：每个链都能在键角限制范围内自由旋转,不考虑空间位阻影响,有足够多的不占体积的化学键自有链接而成,这些键的取向受键角及相邻旋转交的限制,没有位垒障碍;受阻旋转链：同自由旋转链,除不能自由旋转;末端距：对于线性高分子,分子链的一端至另一端的直线距离即为末端距;均方末端距：末端距的平方的平均值,通常用来表征高分子链的尺寸;高斯链：把真实的高分子末端距模型化的一种由n个长度为l的统计单元组成,他的末端距大小分布符合高斯统计函数,这种假想链叫做高斯链Ｐｓ．末端距的计算见附录例１. 自由连接链和高斯链的区别１．高斯链的统计单元为链段,自由链接链的链接单元为化学键２．高斯链可以产生链段的回转和取向,自有链接连不能产生化学链的旋转和取向３．高斯链是实际存在的,自有链接连是不存在的４．高斯链研究高分子链的共性,自有链接链是理想化的;例２．聚丙烯是否可以通过单键的内旋转由全同立构变成间同立构,为什么答：不可以;因为全同立构和间同立构是属于构型的范畴,构型是指分子中有化学键所固定的原子在空间的排列;单键的内旋转只会改变构象,而改变构型必须经过化学键的断裂才能实现;例３.为什么只有柔性高分子链才适合做橡胶答：橡胶具有高弹性,弹性模量很小,形变量很大的特点;只有处于蜷曲状态的长链分子才能在外力的作用下产生大形变,才能作为橡胶;蜷曲程度与柔性是相对应的,蜷曲程度越高,柔性越好,所以适合做香蕉的高分子必须具备相当程度的柔性;例４．试述近程相互作用和远程相互作用的含义以及它们对高分子链构象以及柔性的影响答：所谓“近程”和“远程”是根据沿大分子链的走向来区分的,并非为三维空间上的远和近;事实上,即使是沿高分子长链很远的枝节也会由于主链单间内旋转而在三维空间上相互靠的很近;近程相互排斥作用的存在使得实际高分子的内旋转受阻,是指在空间可能有的构象数远远小于自由内旋转的情况,受阻程度越大构象数就越少,高分子链的柔性就越小;远程相互作用可为斥力,也可称为引力;当大分子链中相距较远的原子或原子团由于单键的内旋转,可是其间的距离小于范德瓦尔斯半径而表现为斥力,大于范德瓦尔斯半径为引力,五轮哪种力都使单间内旋转受阻构象数减小,柔性下降,末端距变大;例5. 分子链柔顺性大小顺序聚乙烯PE,聚丙烯PP,聚丙烯晴PAN,聚氯乙烯PVC取代基极性越大,取代基之间的相互作用就越强,高分子链内旋转越困难,柔性越小;取代基的极性顺序为—CN>—CL—CH3—H,所以PE>PP>PVC>PAN例6.请排出分子间作用力的大小聚苯乙烯,聚对苯二甲酸乙二酯和尼龙66,聚乙烯尼龙66>据对苯甲酸乙二酯>聚苯乙烯>聚乙烯尼龙66分子间能形成氢键,因此分子间作用力最大；聚对苯二甲酸乙二酯含有强极性基团,分子间作用力比较大,聚苯乙烯含有侧基,连段运动较困难,分子间作用力较小,聚乙烯是非极性分子,又不含侧基,分子间作用力最小;例7. 请排出结晶难易程度的排序1聚对苯二甲酸乙二酯和聚间苯二甲酸乙二酯,聚乙二酸乙二酯2尼龙66,尼龙1010聚己二酸乙二酯>聚对苯二甲酸乙二酯>聚间苯二甲酸乙二酯,这是由于聚己二酸乙二酯的柔顺性好,聚间苯二甲酸乙二酯对称性不高,尼龙66>尼龙1010尼龙66中氢键密度大于尼龙1010第三章高分子溶液１.聚合物溶解过程和溶剂选择概念：内聚能密度：内聚能是将一摩尔液体或固体分子汽化时所需要的能量,单位体积的内聚能即为内聚能密度;δ溶度参数：溶度参数是内聚能密度的平方根;溶质与溶剂的溶度参数越接近越可能相互溶解;冻胶：是由范德瓦尓斯力交联而成的,加热可以拆散范德瓦尓斯力的交联,使冻胶溶解;凝胶：是高分子链之间以化学键形成的交联结构的溶胀体;例1.聚合物的溶解过程答：聚合物的溶解过程分为两个阶段,先是溶剂分子深入聚合物内部,是聚合物体积膨胀,称为溶胀,然后才是高分子均匀分散在溶剂中形成完全溶解的分子分散的均相体系,对于交联聚合物,在与溶剂接触时也会发生溶胀,但因有交联的化学键束缚,不能再进一步使交联分子拆散,只能停留在溶胀阶段,不会溶解;例２．聚合物的溶解度与分子量的关系：溶解度与聚合物的分子量有关,分子量大的溶解度小,分子量小的溶解度大,对交联聚合物来说,交联度大的溶胀度小,交联度小的溶胀度大;例３．非晶聚合物和结晶聚合物对溶解的影响非晶聚合物的分子堆砌比较松散,分子间的相互作用较弱,因此溶剂分子比较容易渗入聚合物内部使之溶胀和溶解;静态聚合物由于分析排列规整,堆砌紧密,分子间相互作用力很强,以致溶剂分子深入聚合物内部非常困难,因此晶态聚合物的溶解比非晶态聚合物困难得多;溶液的热力学性质溶解过程的自发需要满足△Ｆｍ＝△Ｈｍ－Ｔ△Ｓｍ＜０对于极性聚合物在极性溶剂中,由于高分子溶剂强烈相互作用,分子排列趋于混乱所以△Sm增加溶解时放热△Ｈｍ＜０且使体系△Ｆｍ降低所以溶解过程能自发进行非极性聚合物,溶解过程一般是吸热的△Ｈｍ＞０,故只有在升高温度Ｔ或者减小混合热△Ｈｍ才能使体系自发溶解;非极性溶液的混合热△Ｈｍ的大小取决于溶度参数,如果两种液体溶度参数接近,则混合热越小,两种液体越能互相溶解;Ｐｓ．聚丙烯腈不能溶解在溶度参数与他相接近的乙醇,甲醇,苯酚;乙二醇等溶剂中,这是因为这些溶剂的极性太弱了,只有二甲基甲酰胺,二甲基乙酰胺,乙腈,二甲基亚砜,丙二腈才能使其溶解;丙酮不能溶解聚苯乙烯是丙酮极性太强而聚苯乙烯是弱极性的;可以得出结论,极性聚合物,不但要求它与溶剂的溶度参数中的非极性部分接近,还要求极性部分也接近才能溶解;注：如果溶质与溶剂间能形成结晶性非极性聚合物的溶剂选择最困难,它的溶解包括两个过程：其一是结晶部分的熔融；其二是高分子与溶剂的混合,两者都是吸热的过程,所以要提高温度;除非生成氢键,因为氢键的生成是放热反应;例１.溶剂的选择原则：１）极性相近,要求溶剂的极性和高聚物极性相近,极性高聚物选择极性相当的溶剂；２）溶度参数相近原则,参数越接近,溶解可能性越大,非晶态—非极性比较合适,对于晶态的非极性高聚物需加外界条件,对晶态极性不适用；３）溶剂化原则基团的相互作用溶剂分子与高分子链之间相互吸引作用是高分子链与链之间相互分离导致高分子溶解于溶剂形成溶液;理想溶液概念：理想溶液：是指溶液中溶质分子间溶剂分子间和溶质分子间的相互作用能都相等,溶解过程没有体积变化也没有焓的变化;Huggins参数:是表示高分子溶液混合时相互作用能的变化θ温度：是高分子溶液的一个参数,当T=θ时高分子溶液中的过量化学位为零,与理想溶液中溶剂的化学位没有偏差θ条件：通过选择溶剂和温度使高分子溶液中溶剂的过量化学位为零的条件,这种条件称为θ条件或θ状态;无扰状态：高分子在稀溶液中,一个高分子很难进入另一个高分子所占的区域,即每个高分子都有一个排斥体积;如果高分子链段和溶剂分子相互作用能大于高分子链段与高分子链段的相互作用能,则高分子被溶剂化而扩张,使高分子不能彼此接近,高分子的排斥体积就很大；如果高分子链段与溶剂分子相互作用能等于高分子链段与高分子链段的相互作用能;高分子与高分子可以与溶剂分子一样彼此接近,互相贯穿,这样排斥体积为零,相当于高分子处于无扰状态;这种状态的尺寸就称为无扰尺寸;扩张因子：高分子在良溶剂中,由于溶剂化的作用,是卷曲的高分子链伸展,高分子的均方末端距和均方旋转半径扩大;扩张因子α是指高分子链的均方末端距或均方旋转半径与高分子链在θ状态下的均方末端距或均方旋转半径之比,它表示高分子链的扩张程度;溶胀比：交联高聚物在溶胀平衡时的体积与溶胀前的体积之比例1. 根据高分子的混合自由能,推导出其中溶剂的化学位变化,并讨论在什么条件下高分子溶液中溶剂的化学位变化,等与理想溶液中溶剂的化学位变化答：见附录例2. 高分子溶液在什么情况下与理想溶液的一些热力学性质相近当T=θ时;高分子溶液中溶剂的过量化学位为零；χ1=1/2,高分子处于θ状态,此时高分子溶液与理想溶液的一些热力学性质相近;例3. 什么是θ温度当高于,低于或等于θ温度时,大分子的自然构象有何不同为什么θ温度是高分子溶液的一个参数;当T=θ时,高分子溶液中溶剂△μ=0与理想溶液中的溶剂化学位没有偏差;当T＞θ时,溶剂为高分子良溶剂,在良溶剂中,高分子链由于溶剂化而扩张,高分子线团伸展,当T＜θ时,溶剂为高分子的不良溶剂,在不良溶剂中,高分子链由于溶剂化作用很弱,高分子链紧缩；当T=θ时,溶剂为高分子的θ溶剂,在θ溶剂中,高分子链段与高分子链段的相互作用能等于高分子链段与溶剂的相互作用能,高分子与高分子可以与溶剂分子一样彼此接近,互相贯穿,这样高分子链的排斥体积为零,相当与高分子链处于无干扰的无规线团;例4.试举出可判定聚合物溶解性好坏的三种热力学参数,并讨论当它们分别为何值时,溶剂是良溶剂,θ溶剂,劣溶剂：过量化学位△μ₁,Huggins参数χ₁,第二维利系数A₂可以判定聚合物溶解性的好坏的三种热力学参数,△μ₁＜0,χ₁＜1/2,A₂＞0时为良溶剂；△μ₁=0,χ₁=1/2,,A₂=0时为θ溶剂；μ₁＞0,χ₁＞1/2,A₂＜0时为劣溶剂;Ps.θ状态与真正的理想溶液还是有区别的,真正的理想溶液没有热效应,任何温度下都呈现理想行为,而在θ温度时的高分子稀溶液只是过量化学位等于0而已;偏摩尔混合热和偏摩尔混合熵都不是理想值,只是两者的非理想效应近似相互抵消;例５.临界共溶温度：是聚合物溶解曲线极大处的温度就是Tc;溶质的分子量越大,溶液的临界共溶温度越高;当温度降至Tc一下某一定值时,就会分离成稀相和浓相,当体系分成两相最终达到相平衡时,每种组分在两相间扩散达到动态平衡,这就要求每种组分在两相间的化学未达到相等;相分离的起始点就是临界点,在临界点,两个相浓度相等;简述荣章法测定聚合物的δ的原理和方法溶胀法可以测定交联聚合物的平衡溶胀比,及交联聚合物达到溶胀平衡时的体积与溶胀前的体积之比;若交联聚合物与溶剂的溶度参数越接近,高分子与溶剂的相互作用愈大,及高分子溶剂化程度愈大,交联网链愈能充分伸展,是交联聚合物的平衡溶胀比增大,若用若干种不同溶度参数的溶剂溶胀聚合物,用溶胀法分别测定聚合物在这些溶剂中的平衡溶胀比,以平衡溶胀比对溶剂的溶度参数作图,找出平衡溶胀比极大值所对应的溶度参数,此溶度参数可作为交联聚合物的溶度参数;Ｐｓ．增塑剂为了改善聚合物材料的成型加工性能和使用性能,通常在聚合物树脂中加入高沸点,低挥发性的小分子液体或低沸点固体,以降低玻璃化转变温度和粘流温度,改善树脂流动性,降低粘度石制品有较好的柔韧性,和耐寒性;第四章高分子的多组分体系高分子的相容性概念高温临界共溶温度ＵＣＳＴ：高温互容低温分相;低温临界共溶温度ＬＣＳＴ：低温互容高温分相;曲线分析见附录临界胶束浓度：将嵌段共聚物溶解在小分子溶剂中,如果溶剂溶解共聚物前段时没有很强的选择性,那么嵌段共聚物的溶液性质与一般均聚物的溶液性质没有和大的差别;但如果溶剂对其中的某一嵌段具有很强的相互吸引作用,在固定温度改变浓度或固定浓度改变温度两种条件下,嵌段共聚物类似于小分子的表面活性剂,与溶剂作用强的嵌段倾向于与溶剂混合,而另一嵌段就倾向于与其它链的相似嵌段聚集在一起,形成胶束,形成胶束的临界条件被称为临界胶束浓度,和临界胶束温度;进一步增加浓度,这些胶束逐渐发生交叠,形成物理凝胶几乎不能流动,形成凝胶的临界浓度称为临界胶束浓度静态光散射通过测定溶液中形成结构的平均分子量来估算是否形成了胶束Ｐｓ．ＵＣＳＴ,ＬＣＳＴ曲线见附录第五章聚合物的非晶态非晶态聚合物的结构模型概念无规线团模型：在非晶态聚合物本体中,分子链的构象与在溶液中的一样,成无规线团状,线团的尺寸在θ状态下高分子的尺寸相当,线团分子之间是任意相互贯穿和无规缠结的,前端的堆砌不存在任何有序的结构,因而非晶态聚合物在凝聚态结构上是均相的;玻璃化转变：玻璃态和高弹态之间的转变称为玻璃化转变,对应的转变温度即玻璃化转变温度;玻璃态：当非晶聚合物在较低的温度下受外力时,有与链段运动被冻结,只能使主链的键长和键角有微小的改变,因此从宏观上来说,聚合物形变是很小的,形变与受力的大小成正比,当外力除去后,形变能立刻回复;这种力学性质称虎克型弹性体,又称普弹体,非晶态聚合物处于具有普弹性的状态,称为玻璃态;玻璃化温度：高聚物分子链开始运动或冻结的温度;它是非晶态高聚物作为塑料使用的最高温度,橡胶使用的最低温度;高弹态：在聚合物受到外力时,分子链可以通过单键的内旋转和链段的改变构象以适应外力的作用,由于这种变形是外力作用促使聚合物主链发生内旋转的过程,它需要的外力显然比聚合物在玻璃态时变形所需外力要小得多,而变形量却大得多,这种性质叫做高弹性,它是非晶态聚合物处在高弹态下特有的力学特征;粘流态：整个分子链运动,松弛时间缩短,在外力作用下发生粘性流动,它是整个分子链互相滑动的宏观表现;形变不可逆外力除去后,形变不能再自发回复自由体积理论：Fox和Flory提出,认为液体或固体物质,其体积由两部分组成：一部分是被分子占据的体积；另一部分是未被占据的自由体积;后者以“孔穴”的形式分散于整个物质之中,正是由于自由体积的存在,分子链才可能发生运动;自由体积理论认为,当聚合物冷却时,起先自由体积逐渐减少,到某一温度时,自由体积达到一最低值,这是聚合物进入玻璃态;在玻璃态下,有与链段运动被冻结,自由体积也被冻结,并保持一恒定值,自由体积“孔穴”的大小及分布也将基本上维持固定;因此对任何聚合物,玻璃化温度就是自由体积达到某一临界值的温度,在这临界值一下,已经没有足够的空间进行分子链构象的调整了;因而聚合物的玻璃态可视为等自由体积状态;不管什么聚合物,发生玻璃化转变时,自由体积分数都等于2.5%;Ps. WLF方程见附录例1:：无规线团模型的实验证据1.橡胶的弹性理论完全是建立在无规线团模型基础上的,而且实验证明,橡胶的弹性模量和应力-温度系数关系并不随稀释剂的加入而有反常的改变,说明在非晶态下,分子链是完全无序的,并不存在可被进一步溶解或拆散的局部有序结构2.在非晶聚合物的本体和溶液中,分别用高能辐射是高分子发生交联,实验结果并未发现本体体系中发生分子内教练的倾向比溶液中更大,说明本体中并不存在诸如紧缩的线团或折叠连那些局部有序的结构;3用X光小角散射的实验结果,提别有力的支持了无规线团;.对于分子量相同的聚甲基丙烯酸甲酯试样,用不同的方法光散射,X光散射和中子散射,不同条件下本体或溶液中,测得分子的回转半径相近;并且本体的数据与θ溶剂氯代正丁烷的数据以及所得指向的斜率更为一致,证明非晶态本体中,分子的形态与它在θ溶剂中一样,它们的尺寸都是无扰尺寸例2.两相球粒模型1模型包含了一个无序的粒间相,从而能为橡胶弹性变形的回缩力提供必要的构象熵,因而可以解释橡胶的弹性回缩力;2实验测得许多聚合物的非晶和结晶密度比按分子链成无规线团形态的完全无序的模型计算的密度高,说明有序的粒子相与无序的粒间相并存,两相中由于嵌段的堆砌情况有差别,导致了密度的差别;3模型例子中嵌段的有序堆砌,为洁净的迅速发展准备了条件,这就不难解释许多聚合物结晶速度很快的事实;4某些非晶态聚合物缓慢冷却或热处理后密度增加,电镜下还观察到球粒的增大,这可以用粒子相有序程度的增加和粒子相的扩大来解释;例3.非晶态聚合物形变-温度曲线如果取一块非晶聚合物试样,对它施加一恒定的力,观察试样发生的形变与温度的关系,我们将所得到的曲线称为形变-温度曲线或热机械曲线;当温度较低时,试样呈刚性固体状,在外力作用下只发生非常小的形变；温度升到某一范围后,式样的形变明显的增加,并随后,并在随后的温度区间达到一相对稳定的形变,在这一个区域中,试样变成柔软的弹性体,温度继续升高,形变基本上保持不变；温度再进一步升高,则形变量又逐渐加大,试样最后完全变成粘性流体; Ps.形变温度曲线见附录例4.试用分子运动的观点说明非晶聚合物的三种力学状态和两种转变在玻璃态下,由于温度较低,分子运动的能量很低,不足以克服主链内旋转的位垒,因此不足以激发起链段的运动,链段处于被冻结的状态,只有那些较小的运动单元,如侧基,支链和小链节能运动,当收到外力时,由于链段处于冻结状态,只能使主链的键长和键角有微小的改变,形变很小,当外力除去后形变能立刻回复;随着温度的升高,分子热运动的能量增加,当达到某一温度Tg时,链段运动被激发,聚合物进入高弹态,在高弹态下,链段可以通过单键的内旋转和链段的运动不断地改变构象,但整个分子仍然不能运动;当受到外力时,分子链可以从蜷曲状态变为伸直状态,因而可发生较大形变;温度继续升高,整个分子链也开始运动,聚合物进入粘流态,这时高聚物在外力作用下便发生粘性流动,它是整个分子链互相滑动的宏观表现,外力去除后,形变不能自发回复;玻璃化转变就是链段有运动到冻结的转变,流动转变使整个分子链由冻结到运动的转变;例5.为什么聚合物通常有一份相对确定的玻璃化温度,却没有一个确定的粘流温度随着相对分子量的增加,玻璃化温度会升高,特别是在较低的相对分子质量范围内,这种影响较为明显,但是当相对分子质量增加到一定程度后,玻璃化温度随着相对分子质量的变化很小;而聚合物的粘流温度是整个分子链开始运动的温度,相对分子质量对粘流温度的影响比较明。
高分子屈服强度
高分子屈服强度全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：高分子屈服强度是衡量高分子材料抗变形能力的重要参数，也是评定高分子材料性能优劣的重要指标之一。
随着高分子材料在各个领域的广泛应用，对高分子屈服强度的研究也日益受到重视。
本文将围绕高分子屈服强度展开详细介绍，从概念、影响因素、测试方法、提高途径等多方面进行深入探讨。
高分子材料是由由化合物或聚合物构成的大分子化合物，广泛应用于各个领域，如塑料制品、橡胶制品、纺织品、建筑材料等。
高分子材料具有轻质、易加工、无毒、良好的机械性能等优点，因此备受青睐。
高分子材料的屈服强度是其重要的性能指标之一，它反映了高分子材料在外力作用下的变形能力。
而高分子屈服强度的大小受到多种因素的影响，包括分子结构、结晶度、加工方式等。
高分子屈服强度的测试方法多种多样，一般采用拉伸试验或压缩试验来进行。
在拉伸试验中，样品会受到一定的拉力，直至发生屈服和断裂，通过对材料拉伸过程的力学性能进行分析，来确定其屈服强度。
另一种常用的测试方法是压缩试验，通过对材料受压后的变形情况进行研究，来确定高分子材料的屈服强度。
提高高分子材料的屈服强度是材料研究领域的一个重要课题。
要提高高分子材料的屈服强度，一方面可以通过改进材料的分子结构，增加其分子间的结合力；另一方面可以采用添加剂或填料来增强材料的力学性能。
合理的加工工艺也可以提高高分子材料的屈服强度，如采用挤出、注塑等方法进行加工，可以有效提高材料的力学性能。
高分子材料的屈服强度是其重要的性能指标之一，对于材料研究领域具有重要的意义。
通过对高分子屈服强度的研究，我们可以更好地了解高分子材料的性能特点，为其在各个领域的应用提供更为科学的依据。
希望本文的介绍能够帮助您对高分子屈服强度有进一步的了解，为高分子材料的研究和应用提供一定的参考。
第二篇示例：高分子材料是一类具有独特性能的材料，广泛应用于工业生产、医疗设备、建筑材料等领域。
高分子材料的屈服强度是评价其质量和性能的重要指标之一。
第七章+高聚物的屈服和断裂+2
F
银纹的特征
A、银纹如果得不到制止，会发展为裂缝 B、银纹具有可逆性，在Tg以上加热退火可以回缩或消失 C、银纹吸收外界作用的能量使其不至于发展成裂缝 D、伴有空化过程，有明显的体积效应 E、银纹的产生要有临界的应力和应变 如脆性聚合物PS，临界应力和应变较低，易形成银 纹； 而韧性的PC，临界应力和应变较高，形成银纹较困难。
适度的交联
高
适度的交联可以有效地增加分子链之间的联系， 适度的交联可以有效地增加分子链之间的联系，限制 分子链间的相对滑移及分子链的活动性， 分子链间的相对滑移及分子链的活动性，有利于强度的 提高。 PE，拉伸强度可提高1 提高。例PE，拉伸强度可提高1倍 过度则会使结晶度受较大影响，取向困难，强度下降。 过度则会使结晶度受较大影响，取向困难，强度下降。 例如： 例如：硫化橡胶
四、聚合物的冲击强度与增韧
1、冲击强度Impact strength 、
——是衡量材料韧性的一种指标
W σi = b⋅d
冲断试样所消耗的功 冲断试样的厚度和宽度
2、影响冲击强度的因素
韧性好坏顺序 a>b>c>d c>d>b>a d>c>b>a
因
——曲线下的面积 曲线下的面积 代表所吸收能量
•强度 强度 • 性
银纹的产生
应力银纹：张应力下，纯压缩应力不产生银纹 应力银纹：张应力下，
分 类
环境银纹
溶剂银纹
非溶剂引起的环境应力开裂
热应力开裂 氧化应力开裂
7.3.4、聚合物的理论强度
聚合物材料的破坏可能是高分子主链的化学键断裂或 是高分子分子间滑脱或分子链间相互作用力的破坏。 是高分子分子间滑脱或分子链间相互作用力的破坏。
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l = l0 + l A
A0
l l0 l0
F A0
F
l l0
应变 应力
(2) 简单剪切
剪切位移 剪切角
A0
F
d
q
S
A0
F 切应变
切应力
S d
ta n q
s
F A0
(3) 均匀压缩
P
V0
V0 - V
均匀压缩应变
V V0
弹性模量 Modulus
(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？
玻璃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
两 种
抗张强度：抵抗拉力的作用 抗剪强度：抵抗剪力的作用
0 0 /2
aan
aas
a
0o
45o
90o
抗张强度什么面最大？ a=0， an=0 抗剪强度什么面最大？ a=45， as=0/2
当应力0增加时，法向应力和切向应力增大的幅度不同 在45o时, 切向应力最大
切应力双生互等定律
微纤 Microfibril
也称为银纹质
微纤平行与外力方向，银纹长度方 向与外力垂直。
银纹与裂纹
银纹不是空的，银纹体的密 度为本体密度的50%，折光 指数也低于聚合物本体折光 指数，因此在银纹和本体之 间的界面上将对光线产生全 反射现象，呈现银光闪闪的 纹路（所以也称应力发白） 。加热退火会使银纹消失 。
7.3 聚合物的断裂与强度
张应力
拉伸强度
拉伸模量
强度是指物质抵抗 破坏的能力
弯曲力矩
抗弯强度
弯曲模量
压应力
压缩强度
硬
度
如何区分断 ——关键看屈服 裂形式？
屈服前断 屈服后断
脆性断裂 韧性断裂
7.3.1 脆性断裂与韧性断裂
脆性断裂 韧性断裂
屈服前 断裂
屈服后 断裂
无塑性 流动
有塑性 流动
表面 光滑 表面 粗糙
F
中间分子 链断裂
银 纹 的 扩 展
扩展
形成裂纹
银纹和剪切带
均有分子链取向，吸收能量，呈现屈服现象 主要区别
形 变 曲线特征 体 力 结 果 积 剪切屈服 形变大几十~几百% 有明显的屈服点 体积不变 剪 冷 切 力 拉 银纹屈服 形变小 <10% 无明显的屈服点 体积增加 张 裂 应 力 缝
一般情况下，材料既有银纹屈服又有剪切屈服
张应力 分量 切应力 分量
试样发生脆性或者韧性断裂与材料组成有关 ，除此之外，同一材料是发生脆性或韧性断 裂还与温度T 和拉伸速率 有关。
材料的断裂方式分析
聚合物材料的破坏可能是高分子主链的化学键断裂或是 高分子分子间滑脱或分子链间相互作用力的破坏。
The Size of Spherulites 球晶大小
The Degree of Crystallization 结晶度
Different types of stress-strain curve
软而弱 硬而脆 硬而强
软而韧 硬而韧
“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。
玻璃态聚合物在不同温度下的应力-应变曲线
典型非晶态聚合物的拉伸应力-应变曲线
Point of elastic limit 弹性极限点
B Y
Yielding point 屈服点
Strain softening 应变软化 Y
Breaking point 断裂点
B
A
A
Cold drawing 冷拉
a = 45
a = 90
F cos a A0 / c o s a
an = 0/2
an =0
0 0 /2
as = 0/2
as =0 aan aas
a
an
0
cos a
2
as
F A0
sin a co s a
1 2
0 sin 2 a
0o 45o 90o
抵抗外力的方式
Necking 细颈与剪切带
细颈:屈服时，试样出现的局部变细的现象。
出现“细颈 ”的位置 样条尺寸：横截面小的地方 应变软化：应力集中的地方 自由体积增加
E
出现“细颈 ”的原因
无外力 0 e RT
松弛时间变短 有外力
0e
E a RT
剪切屈服现象、机理及判据
为什么会出现细颈？ ——应力最大处。 哪里的应力最大？ 剪切屈服：即在细颈发生前，试样表面 出现与拉伸方向成45度角的剪切带。 WHY？
应变诱发塑料一橡胶转变
硬弹性材料的拉伸
7.2 The yielding of polymer 聚合物的屈服
屈 服 主 要 特 征
•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 方向开始取向。
•高聚物在屈服点的应变相当大，剪切屈服应变为 10%-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 非常迅速。 •屈服应力对应变速率和温度都敏感。 •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”。
应力-应变过程的不同阶段
五个阶段： I：弹性形变 II：屈服 III：应变软化 IV：冷拉 V：应变硬化 I II III IV V
分子运动机理
拉伸过程中高分子链的运动
键长、键角的变化 在应力作用下， 链段开始运动
弹性阶段 屈服
高模量、小形变 形变可回复
应变软化
ห้องสมุดไป่ตู้
应变增加， 应力略下降
应力变化不大， 应变增加很大 升温至Tg可回复 应力逐渐上 升直至断裂
由键长键角变化转为 链段运动，模量下降
链段运动， 构象伸展
大形变
高弹形变
（冷拉）
应变硬化
分子链沿外力方向 伸展形成取向结构
粘流形变
从应力—应变曲线可以获得的被拉伸聚 合物的信息
聚合物的屈服强度 聚合物的杨氏模量 聚合物的断裂强度 聚合物的断裂伸长率 聚合物的断裂韧性
脆性断裂 brittle fracture
弹性模量是表征材料抵抗变形能力的大小,
其值的大小等于发生单位应变时的应力
简单拉伸
E
F A0 l l0
拉伸模量, 或杨氏模量
简单剪切
均匀压缩
G
P
F A 0 ta n q
剪切模量
体积模量
B
P V0 V
三种弹性模量间的关系
各向同性材料
E 2 G (1 ) 3 B (1 2 )
: Poisson’s ratio 泊松比
泊松比: 在拉伸实验中，材料横向应变 与纵向应变之比值的负数
m v m0 l l0
T
常见材料的泊松比
泊松比数值 解 释
0.5 0.0 0.49~0.499 0.20~0.40
不可压缩或拉伸中无体积变化
没有横向收缩 橡胶的典型数值 塑料的典型数值
E, G, B and
E 2 G (1 )
E 3 B (1 2 )
Only two independent variables
7.1 The tensile stress-strain curves 应力-应变曲线
Instron Tensile Testor 电子拉力机 Material testing machine 材料试验机
聚合物的断裂行为 韧性断裂 ductile fracture
各种情况下的应力-应变曲线 (a) 不同温度
T
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 50~70°C 70°C
Results
脆性断裂 屈服后断裂 韧性断裂 无屈服
Fan =Fcosa F
a
F Fas =Fsina
横截面A0, 受到的应力 0=F/A0 斜截面Aa = A0 / cosa F αn 2 = σ 0 cos α 法向应力 σ α n = 剪切应力
σ αs = Aα Fαs Aα = 1 2 σ 0 s in 2 α
Discussion
a = 0 an = 0 as = 0
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”。
区别：（1）产生冷拉的温度范围不同，玻璃态聚合物的冷
拉温度区间是Tb到Tg，而结晶聚合物则为Tg至Tm； （2）玻璃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。
I Elastic deformation
普弹形变 小尺寸运动单元的运动引起键 长键角变化。形变小可回复
II Forced rubber-like deformation
强迫高弹形变 在大外力作用下冻结的链 段沿外力方向取向
III Viscous flow