第四章高分子材料
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不符合牛顿定律的流动称为非牛顿流 动．这种流体称为非牛顿流体，它们的 流动曲线都不是通过原点的直Βιβλιοθήκη Baidu。
第四章高分子材料
牛顿流体和非牛顿流体的流动曲线
a ,牛顿流体,通过原点的 直线。
b,假塑性流体。粘度随着 剪切速率的增加而减小。
c,胀流性流体.粘度随着剪 切速率的增加而增加。
d,只有当剪应力大于屈服 应力时才出现流动，其后 流动曲线可以是直线，也 可以是曲线，分别称为宾 汉流动和非宾汉流动。
硬度是表示材料抗穿透、耐磨和抗划痕等综 合性能的一个常用术语。邵氏硬度计用来测 量弹性体和热塑性软塑料的穿透硬度。
第四章高分子材料
4.2 高分子材料的机械强度
软而弱的为(a)类聚合物，如 聚异丁烯。弹性模量低、屈服点 低和伸长率的时间依赖性适中。 (a)类聚合物的伯松比即收缩与伸 长的比为0.5。接近液体的泊松比。
硬而脆的为(b)类聚合物，如 聚苯乙烯，其泊松比接近0.3。 (b)类聚合物的特征是弹性模量 高，几乎看不出有屈服点，断 裂前的伸长率小。
第四章高分子材料
表观粘度和极限零剪切粘度
由于在非牛顿流动中，用σ／ γ 定义 的粘度已不是常数，故引入表观粘 度ηa，并定义剪切速率趋于零时的 表观粘度为极限零剪切粘度η 0,以表 征粘度的大小。
第四章高分子材料
粘度和成型加工条件
聚合物流体的粘度对于成型加工条件的 选挥具有重要的意义。成型工艺中常说 的流动性好与不好，实质上就是指聚合 物熔体的粘度大小。粘度低，流动性好， 聚合物熔体易于注满模型空腔，反之亦 然。因此，粘度是表示聚合物熔体流动 性好坏的一项指标。
第四章高分子材料
粘度变化的实质
剪切变稀现象的产生是由于高分子流体在剪应 力的作用除发生真正的粘性流动外，还发生了 高弹形变，大分子线团在外力作用下，沿外力 方向发生取向，导致粘度下降。
剪切增稠现象在高分子流体中较为少见。一般 认为，在剪切力下可能形成新的聚集结构，使 粘度升高。
屈服应力的存在是由于高分子线团间的缠结作 用，要实现大分子与大分子之间的相对移动必 须克服这种缠结。
第四章高分子材料
熔融指数与粘度的关系
工业中还往往使用熔融指数来间接表征熔体粘度 流动性的大小。熔融指数仪是在一定温度下，使 聚合物全部熔融，然后在规的恒定负荷下将它从 一定直径的小孔中压出，规定在10分钟内被压出 的聚合物质量克数作为它的熔融指数。熔融指数 越低，熔体粘度越大，它的流动性越差。显然温 度和负荷不同时其熔融指数不同，比较时应注意 测定条件。现对不同的聚合物已制定了不同的测 定条件，如对于聚乙烯，测定温度一般控制在 190度，负荷为2160克。实用上，对于许多热塑 性树脂，如聚乙烯、聚丙烯和聚甲醛等，熔融指 数已被用来作为工业生产控制的重要指标，在高 分子材料合成和应用领域广泛使用。
第四章高分子材料
粘度的时间依赖性
一些流体的粘度呈现可逆的依时性。在恒定的 剪切速率或剪切力的作用下，一些流体的粘度 随时间的增加而降低，这种流体称为触变性流 体，说明结构不断破坏，当剪切作用停止一段 时间。结构又回复，实验可以重复。聚合物流 体的触变行为在涂料工业中有着重要的意义， 涂料在涂敷时，希望粘度低、平滑，涂敷后希 望粘度高．防止流滴损失。另一些流体的粘度 却随剪切作用时间的增加而增加．这种流体称 为震凝性流体，例如石油工业中的一些钻探性 泥浆。
第四章高分子材料
大分子变形的本质
第四章高分子材料
4．3高分子树料性能的物理试验
4．3．1 力学性能 抗拉强度是衡量高分子材料抗拉应力的
一个尺度。与所有其他试验一样，试验 前试件必须处于标准的状态下，即相对 湿度为50％，温度为23度。极限抗拉强 度等于导致断裂的载荷(L)除以最小截面 积(A)。
第四章高分子材料
4．3．1 力学性能（II）
冲击强度是衡量试件韧性或抗冲击载荷 (如从一定高度落下)能力的一个指标。
第四章高分子材料
其它力学性能
抗弯强度是衡量用作简支粱的棒状试样抗弯 曲强度或韧性的一种尺度。抗弯强度是根据 简支梁的绕度为5％以前使其断裂所需的载荷 来衡量的。
抗压强度是通过测定压裂一个圆柱形试样所 需的载荷来确定的。极限抗压强度等于导致 试样破坏的载荷除以最小的截面积。
一个盛有粘度为η液体的牛顿粘壶表示理 想液体的形变。
两个模型并联。应变相等，应力相加。
第四章高分子材料
四元件模型
可以很好解释线型高聚物的蠕变现象， 即在一定温度和较小的恒定外力作用 下材料的形变随时间的增加而逐渐增 大的现象。
第四章高分子材料
4．1．2 高聚物粘性流动
理想粘性液体的流动符合牛顿定律，称 为牛顿流体，其剪应力和剪切速率成比 例
第四章 高分子材料 性能与表征
第四章高分子材料
4．1 高分子材料的流变特性
流变学：研究材料形变和流动的科学 粘弹性材料：既有固体特征又有流体特
征的材料 虎克定律：研究典型固体特征的形变和
流动行为。 牛顿定律：研究典型液体材料形变和流
动行为。
第四章高分子材料
4．1．1 粘弹性力学模型
在Tg以下，受力聚合物最初的伸长 是由共价键拉长和键角变形引起的 可逆伸长。部分由解缠引起的早期 伸长也可能是可逆的。可是，与缓 慢解缠和高分子链相互滑移有关的 流动是不可逆的，而且随温度的增 加而增加。
(c)类聚合物软而韧，如增塑聚氯乙烯，则具有低的弹性模量、高的 伸长率和明显的屈服点。因为(c)类聚合物在屈服点后能继续伸长，所以 代表韧性的应力—应变曲线下的面积比(b)类大。
硬聚氯乙烯是硬而强的(d)类聚合物的典型代表。这类聚 合物具有高的弹性模量和高的屈服强度。硬而韧的为(e)类 聚合物，如ABS共聚物，其应力—应变曲线表明，屈服点 以前的伸长率适中．而屈服点以后的伸长是不可恢复的。
第四章高分子材料
马克斯韦尔（Maxwell）模型
用一个无质量的，模量为E的虎克弹簧表 示固体的弹性变形。
一个盛有粘度为η液体的牛顿粘壶表示理 想液体的形变。
两个模型串联。应力相等，应变相加。
第四章高分子材料
沃伊特·开尔文（Voigt）模型
用一个无质量的，模量为E的虎克弹簧表 示固体的弹性变形。
第四章高分子材料
牛顿流体和非牛顿流体的流动曲线
a ,牛顿流体,通过原点的 直线。
b,假塑性流体。粘度随着 剪切速率的增加而减小。
c,胀流性流体.粘度随着剪 切速率的增加而增加。
d,只有当剪应力大于屈服 应力时才出现流动，其后 流动曲线可以是直线，也 可以是曲线，分别称为宾 汉流动和非宾汉流动。
硬度是表示材料抗穿透、耐磨和抗划痕等综 合性能的一个常用术语。邵氏硬度计用来测 量弹性体和热塑性软塑料的穿透硬度。
第四章高分子材料
4.2 高分子材料的机械强度
软而弱的为(a)类聚合物，如 聚异丁烯。弹性模量低、屈服点 低和伸长率的时间依赖性适中。 (a)类聚合物的伯松比即收缩与伸 长的比为0.5。接近液体的泊松比。
硬而脆的为(b)类聚合物，如 聚苯乙烯，其泊松比接近0.3。 (b)类聚合物的特征是弹性模量 高，几乎看不出有屈服点，断 裂前的伸长率小。
第四章高分子材料
表观粘度和极限零剪切粘度
由于在非牛顿流动中，用σ／ γ 定义 的粘度已不是常数，故引入表观粘 度ηa，并定义剪切速率趋于零时的 表观粘度为极限零剪切粘度η 0,以表 征粘度的大小。
第四章高分子材料
粘度和成型加工条件
聚合物流体的粘度对于成型加工条件的 选挥具有重要的意义。成型工艺中常说 的流动性好与不好，实质上就是指聚合 物熔体的粘度大小。粘度低，流动性好， 聚合物熔体易于注满模型空腔，反之亦 然。因此，粘度是表示聚合物熔体流动 性好坏的一项指标。
第四章高分子材料
粘度变化的实质
剪切变稀现象的产生是由于高分子流体在剪应 力的作用除发生真正的粘性流动外，还发生了 高弹形变，大分子线团在外力作用下，沿外力 方向发生取向，导致粘度下降。
剪切增稠现象在高分子流体中较为少见。一般 认为，在剪切力下可能形成新的聚集结构，使 粘度升高。
屈服应力的存在是由于高分子线团间的缠结作 用，要实现大分子与大分子之间的相对移动必 须克服这种缠结。
第四章高分子材料
熔融指数与粘度的关系
工业中还往往使用熔融指数来间接表征熔体粘度 流动性的大小。熔融指数仪是在一定温度下，使 聚合物全部熔融，然后在规的恒定负荷下将它从 一定直径的小孔中压出，规定在10分钟内被压出 的聚合物质量克数作为它的熔融指数。熔融指数 越低，熔体粘度越大，它的流动性越差。显然温 度和负荷不同时其熔融指数不同，比较时应注意 测定条件。现对不同的聚合物已制定了不同的测 定条件，如对于聚乙烯，测定温度一般控制在 190度，负荷为2160克。实用上，对于许多热塑 性树脂，如聚乙烯、聚丙烯和聚甲醛等，熔融指 数已被用来作为工业生产控制的重要指标，在高 分子材料合成和应用领域广泛使用。
第四章高分子材料
粘度的时间依赖性
一些流体的粘度呈现可逆的依时性。在恒定的 剪切速率或剪切力的作用下，一些流体的粘度 随时间的增加而降低，这种流体称为触变性流 体，说明结构不断破坏，当剪切作用停止一段 时间。结构又回复，实验可以重复。聚合物流 体的触变行为在涂料工业中有着重要的意义， 涂料在涂敷时，希望粘度低、平滑，涂敷后希 望粘度高．防止流滴损失。另一些流体的粘度 却随剪切作用时间的增加而增加．这种流体称 为震凝性流体，例如石油工业中的一些钻探性 泥浆。
第四章高分子材料
大分子变形的本质
第四章高分子材料
4．3高分子树料性能的物理试验
4．3．1 力学性能 抗拉强度是衡量高分子材料抗拉应力的
一个尺度。与所有其他试验一样，试验 前试件必须处于标准的状态下，即相对 湿度为50％，温度为23度。极限抗拉强 度等于导致断裂的载荷(L)除以最小截面 积(A)。
第四章高分子材料
4．3．1 力学性能（II）
冲击强度是衡量试件韧性或抗冲击载荷 (如从一定高度落下)能力的一个指标。
第四章高分子材料
其它力学性能
抗弯强度是衡量用作简支粱的棒状试样抗弯 曲强度或韧性的一种尺度。抗弯强度是根据 简支梁的绕度为5％以前使其断裂所需的载荷 来衡量的。
抗压强度是通过测定压裂一个圆柱形试样所 需的载荷来确定的。极限抗压强度等于导致 试样破坏的载荷除以最小的截面积。
一个盛有粘度为η液体的牛顿粘壶表示理 想液体的形变。
两个模型并联。应变相等，应力相加。
第四章高分子材料
四元件模型
可以很好解释线型高聚物的蠕变现象， 即在一定温度和较小的恒定外力作用 下材料的形变随时间的增加而逐渐增 大的现象。
第四章高分子材料
4．1．2 高聚物粘性流动
理想粘性液体的流动符合牛顿定律，称 为牛顿流体，其剪应力和剪切速率成比 例
第四章 高分子材料 性能与表征
第四章高分子材料
4．1 高分子材料的流变特性
流变学：研究材料形变和流动的科学 粘弹性材料：既有固体特征又有流体特
征的材料 虎克定律：研究典型固体特征的形变和
流动行为。 牛顿定律：研究典型液体材料形变和流
动行为。
第四章高分子材料
4．1．1 粘弹性力学模型
在Tg以下，受力聚合物最初的伸长 是由共价键拉长和键角变形引起的 可逆伸长。部分由解缠引起的早期 伸长也可能是可逆的。可是，与缓 慢解缠和高分子链相互滑移有关的 流动是不可逆的，而且随温度的增 加而增加。
(c)类聚合物软而韧，如增塑聚氯乙烯，则具有低的弹性模量、高的 伸长率和明显的屈服点。因为(c)类聚合物在屈服点后能继续伸长，所以 代表韧性的应力—应变曲线下的面积比(b)类大。
硬聚氯乙烯是硬而强的(d)类聚合物的典型代表。这类聚 合物具有高的弹性模量和高的屈服强度。硬而韧的为(e)类 聚合物，如ABS共聚物，其应力—应变曲线表明，屈服点 以前的伸长率适中．而屈服点以后的伸长是不可恢复的。
第四章高分子材料
马克斯韦尔（Maxwell）模型
用一个无质量的，模量为E的虎克弹簧表 示固体的弹性变形。
一个盛有粘度为η液体的牛顿粘壶表示理 想液体的形变。
两个模型串联。应力相等，应变相加。
第四章高分子材料
沃伊特·开尔文（Voigt）模型
用一个无质量的，模量为E的虎克弹簧表 示固体的弹性变形。