高分子材料——力学性能-(课堂PPT)

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注意细颈
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现象
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典型的σ～ε曲线
• 屈服点Y : d σ /d ε = 0 Y前部——弹性区域 E大形变小可逆 Y后部——塑性区域 E小形变大不可逆
• 拉伸(断裂)强度σX 屈服点Y前断裂——脆性断裂 屈服点Y后断裂——韧性断裂
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聚合物典型应力-应变曲线 Winding 1961
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§5.1概述
1-1 描述力学性质的基本物理量
应力;应变(形变);模强度;硬度等 拉伸强度(断裂强度)σ;断裂伸长率ε
三种基本的应变类型 简单拉伸 简单剪切 均匀压缩
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三种基本应变的模量
• 拉伸:
杨氏模量 E (MPa) σ-应力 ε-应变 F-拉伸力 AO-试样原始截面积 lO-试样原始长度 Δl-伸长长度
材料名称
高级合金钢
A3钢
铝合金 铸铁 聚乙烯 尼龙66 玻璃增强尼龙66 聚酯玻璃钢 环氧玻璃钢 酚醛玻璃钢 玻璃增强聚碳酸酯 玻璃增强聚乙烯 玻璃增强聚丙烯 玻璃增强聚苯乙烯 玻璃增强聚砜 玻璃增强ABS
比重
8.0 7.85 2.8 7.4 0.95 1.12 1.3～1.5 1.8 1.73 1.75 1.4 1.1 1.05～1.24 1.2～1.3 1.45 1.23～1.36
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塑料名称
低压聚乙烯 聚苯乙烯 ABS塑料 有机玻璃 聚丙烯 聚氯乙烯 尼龙66 尼龙6 尼龙1010 聚甲醛 聚碳酸酯 聚砜 聚酰亚胺
聚苯醚
氯化聚醚 线性聚酯 聚四氟乙烯
常见塑料的拉伸和弯曲强度
拉伸强度 （MPa） 22～39 35.2～63.3 16.9～63.3 49.2～77.3 33.7～42.2 35.2～63.3
泊松比 0.25 0.16~0.34 0.33 0.38 0.39 0.49~0.50
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常用的几种力学强度
• 拉伸强度σt= P/bd （最大负荷/截面积)Mpa 1 Mpa = 9.8 kg/cm2 ≈ 10 kg/cm2
• 弯曲强度 σf = 1.5(Plo/bd) MPa
• 冲击强度 σi = W/bd Kg cm/cm2 注意!不同方法测量结果会有不同
117 11～14
弯曲模量 （GPa） 1.1～1.4
3.0
1.2～1.6
2.9～3.0 2.4～2.6 1.3 2.6 2.0～3.0 2.8 3.2
2.0～2.1
0.9
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1-2 高聚物力学性能的特点
• 高弹性——高聚物特有
显示高弹性的温度范围(Tg~Tf) 分子量 温度范围(Tg~Tf)增宽 (Tg~Tf)的范围决定了橡胶的使用温度范围
ν(泊松比):横向形变与纵向形变之比
mm0 横向形变
0
纵
向
形
变
t
一般材料ν约为0.2~0.5
t 0
注意!上述四个参数中只有两个是独立的
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不同材料的泊松比
材料名称 锌 钢 铜 铝 铅 汞
泊松比 0.21 0.25~0.35 0.31~0.34 0.32~0.36 0.45 0.50
材料名称 玻璃 石料 聚苯乙系 聚乙烯 赛璐珞 橡胶类
第五章 高聚物的力学性能
§5.1 概述 1-1 描述力学性能的基本物理量 1-2 高聚物力学性能的特点
§5.2 高聚物的拉伸行为 2-1 应力应变曲线 2-2 玻璃态非晶高聚物的拉伸 2-3 结晶高聚物的拉伸 2-4 真应力-应变曲线及其屈服判据
§5.3 高聚物的强度 3-1 拉伸强度 3-2 冲击强度
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1-2 高聚物力学性能的特点
• 粘弹性——力学行为对温度和时间 有强烈的依赖关系
为高聚物独特的力学行为 σ（应力） ε（应变） 在研究高聚物力学行为 T（温度） 时必须同时考虑 t（时间）
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1-2 高聚物力学性能的特点
• 比强度特高
比强度——单位重量材料能承受的 最大负荷
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几种金属材料和塑料(增强)的比强度
83 74～78 52～55 62～68
67 72～85
94.5
86.5～89.5
伸长率 %
60～150 12～25 10～140 2～10 200～700 20～40 60
150 100～250 60～75 60～100 20～100 68
30～80
拉伸模量 （GPa） 0.84～0.95 2.8～3.5 0.7～2.9 3.2 1.2～1.4 2.5～4.2 3.2～3.3 2.6 1.6 2.8 2.2～2.4 2.5～2.9
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§5.2 高聚物的拉伸行为
2—1 应力σ ～应变ε曲线
最常用于描述高聚物的力学性能
应力～应变曲线的形状取决于:
化学组成 ,结构
化学结构
分子量及其分布
支化交联
结局及取向
物理结构
晶区大小与形状
加工形态
试验测试条件——温度、速率等
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典型的σ～ε曲线
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, 1000 psi
12
10
1psi
8
= 6890Pa
Stress
Elongation at yield
Elongation at break
Yield stress
Strain
Ultimate strength
五个重要性质： (1)杨氏模量 (2)屈服强度 (3)抗张强度 (4)断裂伸长率 (5)断裂韧性
拉伸强度（MPa）
1280 400 420 240 30 83 98～218 290 500 200 120～130 63 42～63 63～84 126 59～133
比强度
160 50 160 32 31.6 74.1 143 160 280 115 92.9 57.3 50.8 64.6 86.9 97.8
F E A0
0
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三种基本应变的模量
• 剪切:
剪切模量:G (MPa) σs ―剪切应力 γ ―剪切应变 = tg θ
G S F A0tg
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三种基本应变的模量
• 压缩:
体积模量 B (Kg) P ―流体静压力 ΔV ―体积变化 VO ―原始体积
P B
V V0
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三种应变模量的关系
对于各向同性的材料有 E = 2G (1+ν) = 3B (1-2 ν)
2.6～2.8
弯曲强度 （MPa） 25～40 61.2～98.4 25.3～94.9 91.4～119 42.2～56.2 70.3～112 100～110
100
89 91～92 98～106 108～127 ＞100
98～137
42.3
60～160 1.1
70～77
80 14～25
200
2.9
250～350 0.4