高分子物理-6-第6章-高分子化学与物理资料PPT精品课件

14
材料受力方式不同，发生变形的剪切 ➢ 简单压缩
2021/3/1
15
1、简单拉伸
张应变 张应力
工程应变 ll0 l
(习用应变)
l0 l0
工程应力 F
A0
真应力
F
A
真应变 l dillnl
l l0 i
l0
l 1[ l (l0)2] l 3 l0 l
18
2、泊松比
T
mm0 ll0
Td dm m l1 2(1d dV lm 12)
l
一些材料的泊松比
材料名称
锌 钢 铜 铝 铅 汞
ν
0.21 0.25~0.33 0.31~0.34 0.32~0.36
0.45 0.50
材料名称
玻璃 石料 聚苯乙烯 低密度聚乙烯 赛璐珞 橡胶类
ν
0.25 0.16~0.34
第6章 橡胶弹性
重点：
橡胶弹性的特点、本质 橡胶应力、应变、温度、分子结构的关系
2021/3/1
1
形变
2021/3/1
M1M2
Tm(Tf ) ①非晶态
②轻度结晶 ③高度结晶
Tg
Tm
Tf
三态 两区
温度
2
高分子三大材料
Rubber First one Nature Rubber
Polymer Materials
高分子材料力学性能的 最大特点
高弹性 粘弹性
2021/3/1
5
国防和航空航天尖端技术
➢ 耐热性 ➢ 耐寒性 ➢ 耐老化
2021/3/1
6
硫化橡胶
2021/3/1
7
交联网络的分子运动
2021/3/1
8
具有橡胶弹性的条件：
长链 足够柔性 交联
橡胶的性能特点：
在小形变时力学行为符合虎克定律 —— 固体
热膨胀系数 10-4 K-1
—— 液体
导致形变的应力随温度升高而增加 —— 气体
PVnRT
2021/3/1
9
一、橡胶的使用温度范围
1、改善高温耐老化性能，提高耐热性
➢ 改变橡胶的主链结构
双键容易被臭氧破坏导致裂解， 双键旁的次甲基上的氢容易被氧化， 因此天然橡胶和顺丁橡胶等都容易高温老化。
CH3
EPR
2021/3/1
16
2、简单剪切
剪切应变 Stan
d
剪切应力 F
A0
3、均匀压缩
压缩应变 压缩应力
V
V0 PP
2021/3/1
17
二、弹性模量与泊松比
1、弹性模量
Fkx 弹性模量 应 应变 力
杨氏模量 剪切模量 压缩模量
E
G
B P
D
J
K P
拉伸柔量 切变柔量 可压缩度
2021/3/1
体系吸收 的热量
假定过程可逆 由热力学第二定律：
dQTdS
体系对外 作的功
膨胀功 PdV 拉伸功 fdl
d W PdV fd l
d U Td P Sd fV dl
金属材料 金属材料 结构材料 纤维 纤维 脆性塑料
赛璐珞 硬橡皮 聚乙烯 皮革 橡胶 气体（标准状态）
130—250 26—50
20 12—40 0.02—0.8
0.01
塑料 塑料 柔韧塑料 皮革 橡胶
2021/3/1
12
3、弹性模量随温度升高而增加
金属的弹性模量随温度升高而减小。
4、形变时有热效应 快速拉伸时放热而使温度升高; 回缩时吸热而使温度降低。 这也与金属相反。
施加外力时发生大的形变， 外力除去后可以恢复的弹性材料
ASTM 美国材料协会标准
American Standard of Testing Materials. 美国材料试验标准
“20~27℃下、1min可拉伸2倍的试样，当外力除去后1min 内至少回缩到原长的1.5倍以下者或者在使用条件下，具有 106~107Pa的杨氏模量者为橡胶”
5.13
3.3
0.45
3.0
0.33
4.1
0.33
3.3
0.33
对于各向同性的材料：
E 2 G ( 1 ) 3 B ( 1 2)
只要知道2个参数，就足以描述它的弹性力学行为。
2021/3/1
20
3、各向异性材料的情况 单轴取向的材料有5个独立的弹性模量，2个泊松比
双轴取向的材料情况更为复杂 用张量描述材料的应变应力关系时，有36个模量
Plastic
First one Celluloid
纤维素硝酸酯—赛璐珞 1869年海厄特(J.W.Hyatt1837～1920）
Fiber First one Nitrocellulose
2021/3/1
3
Rubber products
2021/3/1
4
The definition of rubber
Si O
n
CH3
2021/3/1
10
➢ 改变取代基结构 ➢ 改变交联链的结构
2、降低Tg，避免结晶，改善耐寒性
Tg是橡胶的最低使用温度，耐寒性不足的原因是 由于在低温下橡胶会：
发生玻璃化转变 或发生结晶 导致橡胶变硬变脆和丧失弹性。
2021/3/1
11
二、高弹性的特点
1、弹性形变大 可高达1000%，金属小于1%，典型值是0.2%。
2021/3/1
13
6.1 形变类型及描述力学行为的基本物理量
一、应变与应力
应变
当材料受到外力作用，而所处条件使它不 能产生惯性移动时，它的几何形状和尺寸 将发生变化，这种变化就称为应变。 无量纲。
应力 单位面积上的附加内力为应力，其值与单
位面积上所受的外力相等。
单位：国际单位制 Pa
2021/3/1
0.33 0.38 0.39 0.49~0.50
2021/3/1
19
高聚物
几种高聚物的 E、G、B、ν 值
E×10-9
G×10-9
B×10-9
帕斯卡
帕斯卡
帕斯卡
ν
聚乙烯（高结晶）
5.05
聚乙烯（低结晶）
1.0
聚苯乙烯
3.2
聚甲基丙烯酸甲酯
4.15
尼龙 66
1.0
2.0 0.35 1.2 1.55 0.855
2021/3/1
21
6.2 橡胶弹性的热力学方程
Gibbs function ——吉布斯函数
Temperatur e
GHTS
Enthalpy
Entrop y
HUPV
Josiah Willard Gibbs (1839~1903)
2021/3/1
22
根据热力学第一定律，橡胶拉伸过程的内能变化为：
dU dQ dW
2、弹性模量小 约为105~106Pa，金属为1010~1011Pa
各种材料的弹性模量（1公斤/毫米2＝9.807兆帕斯卡）
材料
弹性模量（公斤/毫米2）
用途
材料
弹性模量（公斤/毫米2） 用途
钢 铜 石英晶体 天然丝线 牵伸尼龙66 聚苯乙烯
20, 000—22, 000 10, 400
8, 000—10, 000 650 500 250