聚合物材料的力学性能
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第九章、聚合物材料的力学性能
聚合物材料的力学性能
第一节 聚合物材料的结构 第二节 线型非晶态聚合物的变形 第三节 结晶聚合物的变形 第四节 聚合物的粘弹性 第五节 聚合物的强度与断裂 第六节 聚合物的疲劳强度
第一节 聚合物材料的结构
概述
高分子链的近程结构－构型
高分子链的远程结构－构象
聚合物聚集态结构－晶态、非晶态及取向
3、聚合度： 聚合物的小分子化合物称为单体，组成聚合物 长链的基本结构单元则称为链节。 例如：聚乙烯的单体为乙烯(CH2＝CH2)， 其链节为—CH2—CH2—。 聚合物长链的重复链节数目，称为聚合度。 4、聚合物反应类型有两大类： 加成聚合反应 缩合聚合反应
聚合物的结构与性能: 聚合物的结构是多层次的，包括高分子 链的近程结构、远程结构、聚集态结构和织 态结构、液晶结构。织态结构和液晶结构也 是聚集态结构。 聚合物的性能主要取决于其巨型分子的 组成与结构。
注意：实际聚合物受载时常显示粘性和 弹性的复合变形特性，除了产生普弹性变形 外，还有粘性变形同时出现，显示粘弹性特 征。
四、影响线型非晶态聚合物力学性能的因素
线型非晶态聚合物力学 三状态（玻璃态、高弹态、 粘流态）除了与温度、时间 和应力等外部因素有关外， 还与其微观结构及分子量等 因素有关。 由图可见，随相对分子 质量增大，tg升高，tg～tf 温度区间也增大。
2、聚合物的应力松弛指在恒温下，快速（短时 间内）施加外力，聚合物产生一定变形（应变），维 持应变不变所需应力随时间延长而逐渐降低的现象。 聚合物的蠕变与应力松弛，都是大分子在外力长 时间作用下，逐渐发生了构象改变或位移变化的结果。 应力松驰实例：PVC或尼龙绳缚物，开始扎得很 紧，后来就变松了；松紧带开始用感觉比较紧，但用 过一段时间后，就会越来越松；密封橡胶圈初期密封 性很好，但随时间延长密封效果逐渐减弱，甚至泄露。
线 t b.
tb<t<tg时，聚合物处于软玻璃态。图中曲
a′点以下为普弹性变形; a′s段为受迫高弹性变形, 变形是由于外
力作用迫使链段运动引起。 在s点屈服后，即缩颈。
二、聚合物在高弹态下的变形
tg＜t＜tf时，聚合物处于高弹性,如图曲线tc所示。 所有在室温下处于高弹态的聚合物都称为橡胶。 曲线起始部分为高弹性变形，其弹性变形量可 达1000％，而其弹性模量E值却只有0.1～1GPa，约 为钢的1／10； 曲线中部为无明显屈服的均匀塑性变形； 曲线最后是因应变硬化使应力升高直至断裂。
一、静态粘弹性－蠕变与应力松弛 当应力或应变不随时间变化时，聚合物所表现 的粘弹性称为静态粘弹性。一般有两种表现形式： 蠕变与应力松弛。
大多数聚合物的tg比室温稍高，而粘弹性在tg 温度以上30℃左右最容易产生，所以在室温下聚合 物就已有明显的蠕变与应力松弛行为。
1、聚合物的蠕变变形是指在室温下，承受力的长 期作用时产生的不可回复的塑性变形。
2、聚合物的结合键： －聚合物的原子之间由共价键结合，称为主价 键；而分子之间由范德瓦尔键连接，称为次价键。
分子间次价键力之和远远超过单个分子中原子 间主价键的结合力，因此，聚合物在拉伸时常常先 发生原子键的断裂，而不是分子链之间的滑脱。这 是聚合物具有较高强度，并可以作为结构材料使用 的根本原因。
图9—2 聚合物的三种典型结构 a)线状非交联的纤维分子 b)三维交联的分子链 c)部分晶化非交联分子链的配臵
3）大部分共聚物 中链节是无规则排列的。 有多种结构单体的 共聚物比只有一种结构 单体的均聚物难以结晶。 同理，聚合物链的结构 单体配臵越不规律，越 有利于形成非晶态，而 有规立构的聚合物则大 部分能结晶。
四、聚合物聚集态结构——晶态、非晶态及取向 上述分子链的近程结构和远程结构都只是 对一个高分子而言，而聚合物是由数量极多的 大分子聚集而成，因此聚合物材料的性能除了 取决于其化学结构外，还和它的聚集状态有关。
聚合物的聚集态是靠分子间的作用力（即 分子键）实现的。聚合物的聚集态结构包括晶 态结构、非晶态结构及取向。
第二节 线型非晶态聚合物的变形
• • • • 概述 聚合物在玻璃态下的变形 聚合物在高弹态下的变形 聚合物在粘流态下的变形
线型非晶态聚合物是指结构上无交联、聚集态无结 晶的高分子材料。 这类聚合物的力学行为随温度不同而变化，可处 于玻璃态、高弹态 和粘流态三种力学 状态(图9－7)。
图9—7 聚合物在恒载荷作用下的变形—温度曲线 (恒作用速率） A-玻璃态 B-过渡态 C-高弹态 D-过渡态 E-粘流态 tb-脆化温度 tg-玻璃化温度 tf -粘流温度
蠕变模量和应力松弛模量是表征聚合物粘弹性的 力学性能指标。 蠕变模量是在给定温度与时间τ下施加的应力与 蠕变应变量之比，表示为 Εc（τ） ； 应力松弛模量是在一定时间τ后，瞬时应力与应 变之比，表示为Er (τ)。
3、影响蠕变与应力松弛的因素： 1）对温度很敏感，在某些情况下对湿度也敏感。 温度每变化一度(K)或相对湿度每变化1％，某 些聚合物的蠕变模量能改变4％。 温度升高，应力松弛速度加快；反之，温度降 低，松弛速度减慢。
二、高分子链的近程结构——构型
定义：由化学键所固定的几何形状—— 指高分子链的化学组成、键接方式和立体构 型等。
由一种结构单体合成的，故该类聚合物 又称为均聚物。如聚乙烯。 由两种以上结构单体聚合而成的聚合物 称为共聚物。如丁苯橡胶是丁二烯和苯乙烯 的共聚物。
丁苯橡胶主要应用于制作轮胎，还用于机械制 品、制鞋、地板材料、粘结剂等。
图9—11 非晶态聚合物的力 学状态与相对分子质量和温
第三节、结晶聚合物的变形
结晶态聚合物（半结 晶、部分结晶）由于晶区 内的链段无法运动，因此 结晶度高的聚合物不存在 高弹性，但具有较高的强 度和硬度。 结晶态聚合物的力学 状态与相对分子质量和温 度有关。
图9—12 结晶态聚合物的力学状 态与相对分子质量和温度的关系
聚合物的蠕变变形除不可回复的粘性变形外，还 包含普弹性变形和高弹性变形。在外力去除后，普弹 性变形迅速回复，而高弹性变形则缓慢地部分回复， 这是聚合物蠕变与金属蠕变的明显区别。
蠕变实例：聚氯乙烯（PVC）架空电缆套管随时 间延长变弯；悬挂的PVC雨衣，会越来越长；晒衣服 的塑料绳会越来越弯曲。
聚氯乙烯可用于制作软管、电缆、电线皮等； 利用注射成型机配合各种模具，可制成塑料凉鞋、鞋 底、拖鞋、玩具、汽车配件等。
聚合物的主要物理、力学性能特点 (1)密度小：1.0～2.0g/cm2,是钢的～1/4、陶 瓷的～1/2。 (2)高弹性：弹性变性为100～1000％，金属只 有0.1～1.0％。 (3)弹性模量小：E=0.4～4.0GPa，而金属则为 30～300GPa，因此聚合物的刚度差。 (4)粘弹性明显：对时间有强烈依赖性。应变 落后于应力：室温下会产生蠕变和应力松弛。
1）均聚物中的分子链之间若 不发生联接，则为线型均聚 物或支链型均聚物。如低密 度聚乙烯分子链及支化(指高 分子长链上有一些长短不一 的支链)见图9—1。
图 9—l 低 密 度 聚 乙 烯分子链及支化
2）若分子链由化学键联接，则为交联均聚物或网 络型均聚物(三维交联分子链)(图9—2)。热固性塑 料如环氧树脂为交联均聚物。
聚氯乙烯塑料电缆管或水管，由于材料抗蠕变性能 差，在架空时会因蠕变而逐渐弯曲，须加保护支架，以 防变形加大。
第四节、聚合物的粘弹性
• 概述 • 静态粘弹性－蠕变与应力松弛 • 动态粘弹性－内耗
聚合物在外力作用下，弹性和粘性两种变形机 理同时存在的力学行为称为粘弹性。 聚合物受载时，其力学行为显示弹性和粘性两 种变形。 聚合物的普弹性变形是依靠主键键长的微量伸 缩和键角的微小变化来实现的，粘性变形是通过巨 分子链构象的变化实现的。 聚合物的粘弹性分静态粘弹性和动态粘弹性两 类。
高分子材料结构特征归纳： ①聚合物长链的重复链节数目(聚合度)可以不 一样，因而聚合物中各个巨分子的相对分子质量不 一定相同。聚合物实际上是一个复合物。
②聚合物长链可以有构型、构象的变化，加之 可以是几种单体的聚合，从而形成共聚、嵌段、接 枝、交联等结构上的变化。
③分子之间可以有各种相互排列，如取向、结 晶等。这些结构上的多重性，以及聚合物分子链运 动单元的多样性，使聚合物显示出各种特殊的性能。
百度文库
图9—8为非晶态 聚合物在不同温度下 的应力—应变曲线， 可见在不同力学状态 下的应力—应变关系 差别很大。
图9—8 非晶态聚合物在 不 同 温 度 下 的 拉 伸 α—ε 曲 线 ， ta<tb<tc<td
一、聚合物在玻璃态下的变形
温度在 tg 以下时，聚合物的分子链或链段不能运 动，分子被“冻结”，聚合物处于无定型的玻璃态。 t＜tb时，聚合物处于硬玻璃态。 其拉伸应力－应变曲线(图中曲线a)，只有弹性变 形阶段，且伸长率很小。弹性模量比其它状态下的大。 靠主键键长的微量伸缩和微小的键角变化来实现弹性 变形。也为普弹性变形。
2）凡是能增加分子间作用力和链段运动阻力的 结构因素，均能提高聚合物抗蠕变和应力松弛能力。 如：主链刚性大；相对分子质量高；分子极性强， 分子间作用力大；聚合物交联等。
聚合物在工程上作为结构材料使用时，要考虑其抗蠕 变性。
聚四氟乙烯分子链虽然刚性大，但分子间作用力小， 所以抗蠕变松弛能力弱。 聚氨脂橡胶由于分子极性强，分子间作用力大，所 以抗蠕变性能好。如聚砜、聚苯醚、聚碳酸酯等也是抗 蠕变性能很好的工程塑料。
一、概述 1、聚合物定义 －相对分子质量大于10000以上的有机化合物 称为高分子材料，它是由许多小分子聚合而得到的， 故又称为聚合物或高聚物。 天然聚合物：有木材、橡胶、黄麻、棉花、丝、毛、 发和角等。 人工合成聚合物：工程塑料、合成纤维、合成橡胶 等。
本章主要讨论人工合成聚合物(工程塑料、合成 纤维、合成橡胶等)的变形和断裂行为。
聚合物与低分子材料的特点(区别)
材料\特点 高分子材料 低分子材料 ＜500 不可分割 整个分子或原子 大部分或完全结晶较小 固定 气，液，固三态
相对分子质量 104～106 分子可否分割 可分割成短链 热运动单元 结晶程度 分子间力 熔点 物理状态 链节，链段，整链等多重热运动单元 非结晶态或部分结晶态 加合后可大于主键力 软化温度区间 只有液态和固态（包括高弹态）
聚合物不能得到完全的晶体结构，实际上是晶区与非晶区 同时存在。 聚合物的结晶程度用晶体所占总体的质量分数表示，称为结 晶度。聚合物的结晶度通常小于98。电镜观察表明，高分子单 晶为折叠链结构(图9-6)。分子链折叠排列整齐有序，致密度较 高，分子间作用力较大。
图9—6
聚合物结晶态结构示意图
非晶态结构的高分子链多呈无规则线团 形态，为分子链近程有序，其中局部可以存 在高分子链折叠区。
聚合物具备高弹性的条件是在室温下为非晶体， 且其玻璃化转变温度远低于室温。 具备高弹性时，聚合物链结构上应具有下列特征： ①链非常长，并有很多弯； ②室温下链段在不停地运动； ③每二、三百个原子就有一处交联连接。 聚合物的高弹性在工程上常用于要求减振和密 封性的场合。
三、聚合物在粘流态下的变形
t＞tf时，聚合物处于粘流状态。 聚合物分子链在外力作用下可进行整体相对滑 动，呈粘性流动，导致不可逆永久变形。 粘流态拉伸应力-应变曲线如曲线d，在应力很 小时，就发生较大的变形。
三、高分子链的远程结构——构象
一根巨分子长链在空间的 排布形象，称为巨分子链的构 象。 由于单键内旋转动，巨分 子长链的构象是在不断变化的。 如图9－4，分子链中的碳 －碳键的键角α保持109°28‘不 变。C2－C3单键围绕C1－ C2键 自由旋转，键角为α；同样， C4－C3绕轴旋转，键角也为α， 依次类推。
图9—4
单键内旋转示意图
由于存在分子主链单 键的内旋转，使得巨分子 链的构象在不断变化中， 而且高分子链是卷曲的、 具有柔性的，有极好的弹 性。 若主链不能内旋转， 或结构单体之间有强烈相 互作用、氢键作用、极性 基团的相互作用，则会影 响分子链的柔性，形成刚 性链。
图9—5
单个高分子的几种构象示意图
聚合物材料的力学性能
第一节 聚合物材料的结构 第二节 线型非晶态聚合物的变形 第三节 结晶聚合物的变形 第四节 聚合物的粘弹性 第五节 聚合物的强度与断裂 第六节 聚合物的疲劳强度
第一节 聚合物材料的结构
概述
高分子链的近程结构－构型
高分子链的远程结构－构象
聚合物聚集态结构－晶态、非晶态及取向
3、聚合度： 聚合物的小分子化合物称为单体，组成聚合物 长链的基本结构单元则称为链节。 例如：聚乙烯的单体为乙烯(CH2＝CH2)， 其链节为—CH2—CH2—。 聚合物长链的重复链节数目，称为聚合度。 4、聚合物反应类型有两大类： 加成聚合反应 缩合聚合反应
聚合物的结构与性能: 聚合物的结构是多层次的，包括高分子 链的近程结构、远程结构、聚集态结构和织 态结构、液晶结构。织态结构和液晶结构也 是聚集态结构。 聚合物的性能主要取决于其巨型分子的 组成与结构。
注意：实际聚合物受载时常显示粘性和 弹性的复合变形特性，除了产生普弹性变形 外，还有粘性变形同时出现，显示粘弹性特 征。
四、影响线型非晶态聚合物力学性能的因素
线型非晶态聚合物力学 三状态（玻璃态、高弹态、 粘流态）除了与温度、时间 和应力等外部因素有关外， 还与其微观结构及分子量等 因素有关。 由图可见，随相对分子 质量增大，tg升高，tg～tf 温度区间也增大。
2、聚合物的应力松弛指在恒温下，快速（短时 间内）施加外力，聚合物产生一定变形（应变），维 持应变不变所需应力随时间延长而逐渐降低的现象。 聚合物的蠕变与应力松弛，都是大分子在外力长 时间作用下，逐渐发生了构象改变或位移变化的结果。 应力松驰实例：PVC或尼龙绳缚物，开始扎得很 紧，后来就变松了；松紧带开始用感觉比较紧，但用 过一段时间后，就会越来越松；密封橡胶圈初期密封 性很好，但随时间延长密封效果逐渐减弱，甚至泄露。
线 t b.
tb<t<tg时，聚合物处于软玻璃态。图中曲
a′点以下为普弹性变形; a′s段为受迫高弹性变形, 变形是由于外
力作用迫使链段运动引起。 在s点屈服后，即缩颈。
二、聚合物在高弹态下的变形
tg＜t＜tf时，聚合物处于高弹性,如图曲线tc所示。 所有在室温下处于高弹态的聚合物都称为橡胶。 曲线起始部分为高弹性变形，其弹性变形量可 达1000％，而其弹性模量E值却只有0.1～1GPa，约 为钢的1／10； 曲线中部为无明显屈服的均匀塑性变形； 曲线最后是因应变硬化使应力升高直至断裂。
一、静态粘弹性－蠕变与应力松弛 当应力或应变不随时间变化时，聚合物所表现 的粘弹性称为静态粘弹性。一般有两种表现形式： 蠕变与应力松弛。
大多数聚合物的tg比室温稍高，而粘弹性在tg 温度以上30℃左右最容易产生，所以在室温下聚合 物就已有明显的蠕变与应力松弛行为。
1、聚合物的蠕变变形是指在室温下，承受力的长 期作用时产生的不可回复的塑性变形。
2、聚合物的结合键： －聚合物的原子之间由共价键结合，称为主价 键；而分子之间由范德瓦尔键连接，称为次价键。
分子间次价键力之和远远超过单个分子中原子 间主价键的结合力，因此，聚合物在拉伸时常常先 发生原子键的断裂，而不是分子链之间的滑脱。这 是聚合物具有较高强度，并可以作为结构材料使用 的根本原因。
图9—2 聚合物的三种典型结构 a)线状非交联的纤维分子 b)三维交联的分子链 c)部分晶化非交联分子链的配臵
3）大部分共聚物 中链节是无规则排列的。 有多种结构单体的 共聚物比只有一种结构 单体的均聚物难以结晶。 同理，聚合物链的结构 单体配臵越不规律，越 有利于形成非晶态，而 有规立构的聚合物则大 部分能结晶。
四、聚合物聚集态结构——晶态、非晶态及取向 上述分子链的近程结构和远程结构都只是 对一个高分子而言，而聚合物是由数量极多的 大分子聚集而成，因此聚合物材料的性能除了 取决于其化学结构外，还和它的聚集状态有关。
聚合物的聚集态是靠分子间的作用力（即 分子键）实现的。聚合物的聚集态结构包括晶 态结构、非晶态结构及取向。
第二节 线型非晶态聚合物的变形
• • • • 概述 聚合物在玻璃态下的变形 聚合物在高弹态下的变形 聚合物在粘流态下的变形
线型非晶态聚合物是指结构上无交联、聚集态无结 晶的高分子材料。 这类聚合物的力学行为随温度不同而变化，可处 于玻璃态、高弹态 和粘流态三种力学 状态(图9－7)。
图9—7 聚合物在恒载荷作用下的变形—温度曲线 (恒作用速率） A-玻璃态 B-过渡态 C-高弹态 D-过渡态 E-粘流态 tb-脆化温度 tg-玻璃化温度 tf -粘流温度
蠕变模量和应力松弛模量是表征聚合物粘弹性的 力学性能指标。 蠕变模量是在给定温度与时间τ下施加的应力与 蠕变应变量之比，表示为 Εc（τ） ； 应力松弛模量是在一定时间τ后，瞬时应力与应 变之比，表示为Er (τ)。
3、影响蠕变与应力松弛的因素： 1）对温度很敏感，在某些情况下对湿度也敏感。 温度每变化一度(K)或相对湿度每变化1％，某 些聚合物的蠕变模量能改变4％。 温度升高，应力松弛速度加快；反之，温度降 低，松弛速度减慢。
二、高分子链的近程结构——构型
定义：由化学键所固定的几何形状—— 指高分子链的化学组成、键接方式和立体构 型等。
由一种结构单体合成的，故该类聚合物 又称为均聚物。如聚乙烯。 由两种以上结构单体聚合而成的聚合物 称为共聚物。如丁苯橡胶是丁二烯和苯乙烯 的共聚物。
丁苯橡胶主要应用于制作轮胎，还用于机械制 品、制鞋、地板材料、粘结剂等。
图9—11 非晶态聚合物的力 学状态与相对分子质量和温
第三节、结晶聚合物的变形
结晶态聚合物（半结 晶、部分结晶）由于晶区 内的链段无法运动，因此 结晶度高的聚合物不存在 高弹性，但具有较高的强 度和硬度。 结晶态聚合物的力学 状态与相对分子质量和温 度有关。
图9—12 结晶态聚合物的力学状 态与相对分子质量和温度的关系
聚合物的蠕变变形除不可回复的粘性变形外，还 包含普弹性变形和高弹性变形。在外力去除后，普弹 性变形迅速回复，而高弹性变形则缓慢地部分回复， 这是聚合物蠕变与金属蠕变的明显区别。
蠕变实例：聚氯乙烯（PVC）架空电缆套管随时 间延长变弯；悬挂的PVC雨衣，会越来越长；晒衣服 的塑料绳会越来越弯曲。
聚氯乙烯可用于制作软管、电缆、电线皮等； 利用注射成型机配合各种模具，可制成塑料凉鞋、鞋 底、拖鞋、玩具、汽车配件等。
聚合物的主要物理、力学性能特点 (1)密度小：1.0～2.0g/cm2,是钢的～1/4、陶 瓷的～1/2。 (2)高弹性：弹性变性为100～1000％，金属只 有0.1～1.0％。 (3)弹性模量小：E=0.4～4.0GPa，而金属则为 30～300GPa，因此聚合物的刚度差。 (4)粘弹性明显：对时间有强烈依赖性。应变 落后于应力：室温下会产生蠕变和应力松弛。
1）均聚物中的分子链之间若 不发生联接，则为线型均聚 物或支链型均聚物。如低密 度聚乙烯分子链及支化(指高 分子长链上有一些长短不一 的支链)见图9—1。
图 9—l 低 密 度 聚 乙 烯分子链及支化
2）若分子链由化学键联接，则为交联均聚物或网 络型均聚物(三维交联分子链)(图9—2)。热固性塑 料如环氧树脂为交联均聚物。
聚氯乙烯塑料电缆管或水管，由于材料抗蠕变性能 差，在架空时会因蠕变而逐渐弯曲，须加保护支架，以 防变形加大。
第四节、聚合物的粘弹性
• 概述 • 静态粘弹性－蠕变与应力松弛 • 动态粘弹性－内耗
聚合物在外力作用下，弹性和粘性两种变形机 理同时存在的力学行为称为粘弹性。 聚合物受载时，其力学行为显示弹性和粘性两 种变形。 聚合物的普弹性变形是依靠主键键长的微量伸 缩和键角的微小变化来实现的，粘性变形是通过巨 分子链构象的变化实现的。 聚合物的粘弹性分静态粘弹性和动态粘弹性两 类。
高分子材料结构特征归纳： ①聚合物长链的重复链节数目(聚合度)可以不 一样，因而聚合物中各个巨分子的相对分子质量不 一定相同。聚合物实际上是一个复合物。
②聚合物长链可以有构型、构象的变化，加之 可以是几种单体的聚合，从而形成共聚、嵌段、接 枝、交联等结构上的变化。
③分子之间可以有各种相互排列，如取向、结 晶等。这些结构上的多重性，以及聚合物分子链运 动单元的多样性，使聚合物显示出各种特殊的性能。
百度文库
图9—8为非晶态 聚合物在不同温度下 的应力—应变曲线， 可见在不同力学状态 下的应力—应变关系 差别很大。
图9—8 非晶态聚合物在 不 同 温 度 下 的 拉 伸 α—ε 曲 线 ， ta<tb<tc<td
一、聚合物在玻璃态下的变形
温度在 tg 以下时，聚合物的分子链或链段不能运 动，分子被“冻结”，聚合物处于无定型的玻璃态。 t＜tb时，聚合物处于硬玻璃态。 其拉伸应力－应变曲线(图中曲线a)，只有弹性变 形阶段，且伸长率很小。弹性模量比其它状态下的大。 靠主键键长的微量伸缩和微小的键角变化来实现弹性 变形。也为普弹性变形。
2）凡是能增加分子间作用力和链段运动阻力的 结构因素，均能提高聚合物抗蠕变和应力松弛能力。 如：主链刚性大；相对分子质量高；分子极性强， 分子间作用力大；聚合物交联等。
聚合物在工程上作为结构材料使用时，要考虑其抗蠕 变性。
聚四氟乙烯分子链虽然刚性大，但分子间作用力小， 所以抗蠕变松弛能力弱。 聚氨脂橡胶由于分子极性强，分子间作用力大，所 以抗蠕变性能好。如聚砜、聚苯醚、聚碳酸酯等也是抗 蠕变性能很好的工程塑料。
一、概述 1、聚合物定义 －相对分子质量大于10000以上的有机化合物 称为高分子材料，它是由许多小分子聚合而得到的， 故又称为聚合物或高聚物。 天然聚合物：有木材、橡胶、黄麻、棉花、丝、毛、 发和角等。 人工合成聚合物：工程塑料、合成纤维、合成橡胶 等。
本章主要讨论人工合成聚合物(工程塑料、合成 纤维、合成橡胶等)的变形和断裂行为。
聚合物与低分子材料的特点(区别)
材料\特点 高分子材料 低分子材料 ＜500 不可分割 整个分子或原子 大部分或完全结晶较小 固定 气，液，固三态
相对分子质量 104～106 分子可否分割 可分割成短链 热运动单元 结晶程度 分子间力 熔点 物理状态 链节，链段，整链等多重热运动单元 非结晶态或部分结晶态 加合后可大于主键力 软化温度区间 只有液态和固态（包括高弹态）
聚合物不能得到完全的晶体结构，实际上是晶区与非晶区 同时存在。 聚合物的结晶程度用晶体所占总体的质量分数表示，称为结 晶度。聚合物的结晶度通常小于98。电镜观察表明，高分子单 晶为折叠链结构(图9-6)。分子链折叠排列整齐有序，致密度较 高，分子间作用力较大。
图9—6
聚合物结晶态结构示意图
非晶态结构的高分子链多呈无规则线团 形态，为分子链近程有序，其中局部可以存 在高分子链折叠区。
聚合物具备高弹性的条件是在室温下为非晶体， 且其玻璃化转变温度远低于室温。 具备高弹性时，聚合物链结构上应具有下列特征： ①链非常长，并有很多弯； ②室温下链段在不停地运动； ③每二、三百个原子就有一处交联连接。 聚合物的高弹性在工程上常用于要求减振和密 封性的场合。
三、聚合物在粘流态下的变形
t＞tf时，聚合物处于粘流状态。 聚合物分子链在外力作用下可进行整体相对滑 动，呈粘性流动，导致不可逆永久变形。 粘流态拉伸应力-应变曲线如曲线d，在应力很 小时，就发生较大的变形。
三、高分子链的远程结构——构象
一根巨分子长链在空间的 排布形象，称为巨分子链的构 象。 由于单键内旋转动，巨分 子长链的构象是在不断变化的。 如图9－4，分子链中的碳 －碳键的键角α保持109°28‘不 变。C2－C3单键围绕C1－ C2键 自由旋转，键角为α；同样， C4－C3绕轴旋转，键角也为α， 依次类推。
图9—4
单键内旋转示意图
由于存在分子主链单 键的内旋转，使得巨分子 链的构象在不断变化中， 而且高分子链是卷曲的、 具有柔性的，有极好的弹 性。 若主链不能内旋转， 或结构单体之间有强烈相 互作用、氢键作用、极性 基团的相互作用，则会影 响分子链的柔性，形成刚 性链。
图9—5
单个高分子的几种构象示意图