材料的弹性变形

(c) 粘流态：

分子具有很高的能量，链段和整个大分子链都能运动。


在外力作用下分子间发生相对滑动， 呈现粘性流动。 熔体的强度很低， 形变不可逆。
无屈服应力的流动变形。
2) 晶态聚合物的变形
晶区：链段无法运动
——>无高弹性。 普弹性（键长及键角）
有高强度和硬度。 非晶区： 有高弹性, 链段运动。
1.2 弹性变形力学性能指标

1、弹性模量（或弹性系数、弹性模数） (1) 广义胡克定律 (2) 弹性模量的意义 (3) 影响弹性模量的因素 1) 金属材料弹性模量的特点 2) 陶瓷材料弹性模量的特点 3) 高分子材料弹性模量的特点 2、比例极限、弹性极限 3、弹性比功（弹性比能、应变比能）



采用分子链间的适当交联 防止滑动，保证高弹性。

高弹态：高分子材料与低分子材料区别的重要标志。
高聚物的高弹性本质上 是一种熵弹性。
金属、陶瓷普弹性本 质上是能量的弹性。 原子以结合键处在晶 格位置，变形功改变原 子间距，内能变化。
熵弹性：高聚物形变 时克服分子链构象变化 的势垒。
利用熵弹性：弹 性记忆材料（热收 缩膜、管)。

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1、金属与陶瓷的弹性变形本质
金属
陶瓷
σ-ε:ε较小（小于1%）： 原子（离子）、分子在平衡 位置附近产生可逆位移。 ——>双原子模型：
双原子模型
引力：正离子与自由电子库仑力 斥力：离子间电子作用 F合=F引+F斥
引力
引力
F合是r的函数 平衡位置处r，F合=0 F-r ：非线性关系， 在平衡位置附近， 近似线性关系。 胡克定律（<1%）。
sb段→→塑性变形。 分子链沿外力取向。
(b) 高弹态
室温：橡胶（Tg<室温)
高弹性变形实质：
卷曲的线团
沿外力取向
拉伸和回复过程：熵变起作用，内能几乎不变。 高分子的熵弹性（entropy elasticity)
具有高弹性的必要条件： 分子链应有柔性。C-C键内旋转，引起链段运动。
但柔性链易引于链间滑动 —>非弹性的粘性流动。
1、弹性模量（弹性模数，弹性系数）
oa′以下→→普弹性变形；键角和键长的变化。 a′s段→→受迫高弹性变形。链段沿外力取向。 受迫高弹性变形：可达 300-1000% 。 在外力除去后保留下来，为“永久变形”，但加热到Tg以 上，变形可恢复→→在本质上是可逆的。
oa′
a′s
受迫高弹性变形机理： 外力强迫链段运动，沿受力方向取向。
晶态聚合物典型应力-应变曲线

影响晶态聚合物σ-ε曲线的因素： 温度（与玻璃态聚合物相似） 应变速率（与玻璃态聚合物相似） 结晶度和球晶尺寸等 。
小结：
1、金属与陶瓷
1.1 弹性变形的机理
双原子模型：原子（离子）在平衡位置附近 产生可逆位移。能量的弹性 2、高分子材料的弹性变形机理 (1) 非晶态聚合物： 普弹性：键长及键角改变； 受迫高弹性：链段沿受力方向取向。 高弹性：链段运动，熵弹性 粘流态：链段和整个大分子链运动。 (2) 晶态聚合物： 普弹性（键长及键角），无高弹性
第1篇 材料的力学性能
第1章
材料的弹性变形 第2章 材料的塑性变形 第3章 材料的断裂与断裂韧性 第4章 材料的扭转、弯曲、压缩性能 第5章 材料的硬度 第6章 材料的冲击韧性及低温脆性 第7章 材料的疲劳性能 第8章 材料的磨损性能 第9章 材料的高温力学性能 第10章 材料在环境介质作用下的腐蚀 第11章 材料的强韧化
合力
双原子模型的解释
离子在平衡位置，(N1,
N2)合力为0。 外力作用下，r改变， 离子位移总和，宏观表 现材料的变形。 去除外力后，回到原 来的平衡位置，宏观变 形消失—>可逆性。
势能谷
最大合力Fmax处，当 F大于Fmax，离子间 永久分离，产生塑变 或裂纹，Fmax是最大 理论弹性变形抗力， 此时弹性变形量为 rm-r0=25%。 实际材料的弹性变形量一般小于1%，相当于合力曲 线的起始阶段，这是由于实际材料中存在的各种缺 陷杂质造成材料的塑变或断裂引起的。
(a) 玻璃态 (室温：塑料)
T<Tb ：硬玻璃态。 拉抻→ →脆性断裂，弹性模量较大，弹性变形量
很小→ →普弹性变形，符合胡克定律。
分子热运动能力低，只有链段和链
节热振动，大分子链段运动和整个分 子链的运动处于 “冻结”状态。 普弹性来源于键长及键角的改变。
Ta<Tb<Tg
Tb<T<Tg时→→软玻璃状态。


弹性变形阶段： 塑性变形阶段： 屈服变形 均匀塑变 不均匀塑变 断裂
§1.1 材料的弹性变形机理
弹性变形的概念和特点
概念：材料在外力的作用下发生变形，外力去除后， 变形消失而恢复原状的变形，成为弹性变形。 特点：弹性变形具 2、高分子材料的弹性变形机理 1)、非晶态聚合物的力学状态及其变形机理 2)、晶态聚合物的变形机理
远程无序、近程有序。
晶态高聚物 的σ-ε曲线 线性非晶态 高聚物的σ-ε曲线 (Ta<Tb<Tc<Td)
1) 非晶态聚合物的力学状态及其变形机理
非晶态高聚物：
结构上无交联、聚集态无结晶的高分子材料。 在不同的温度下，呈现 三种不同的力学状态： 玻璃态、 高弹态 粘流态。 两个转变温度： Tg:玻璃化温度 Tf:黏流温度
静载荷下的力学性能（1、2、3、4、5） 动载荷下的力学性能（6、7、8） 高温条件下的力学性能（9）及应力腐蚀（10） 总结（11）
复习: 材料单向静拉伸的力学性能
单向静拉伸: 最简单、应用最广泛的力学 性能试验方法。
复习：材料单向静拉伸的力学性能
单向静拉伸:应用最广泛的力学性能试验方法
应力应变曲线（低碳钢）

2、高分子材料的弹性变形机理
复习： 高 分 子 结 构
链结构：
内旋转
线性 支化
大分子链的构成： 大分子链的构型： 大分子链的构象：
网状
全同 间同 无规立构。
（柔顺性）
聚集态结构：
晶态: 非晶态:
折叠链薄片结晶 伸直链片晶。 完全结晶困难。