玻璃状态的力学性能课件.pptx

1、玻璃状态的力学性能 力学性能是指物体受外力作用后产生的形变及抵抗破坏的能力静态力学性能：以一定速度缓慢作用时的力学特性（拉伸、压缩、弯曲、直接剪切）动态力学性能：静态力学之外的力学特性（冲击、摩擦、磨耗）应力与应变：材料形变时会产生附加内力来抵抗外力，力图使材料恢复形变前的状态。这种附加力称为应力。1. 拉伸变形抗张应力：FA抗张应变：LL 其比例常数为抗张弹性模量，也称杨氏模量，它表征了物体变形的难易程度，E越大变形越难。 对于理想弹性体来说，在弹性极限内，应变正比于应力，服从虎克定律：=E。 剪切变形s为剪切应力； s为剪切应变VPBVssG2. 压缩变形 P为单位面积上的静压力；V为初始

2、体积；V为体积变化。模量：理想弹性体的应力与应变遵从虎克定律 E = / E 称为杨氏模量 G = /S/D G 称为切变模量柔量：模量的倒数简单剪切示意图1.1 应力-应变曲线 聚合物材料的破坏过程常伴有不可逆形变（即流动），不能用上述仅反应小形变特性的模量来表达，通常以应力-应变曲线来反应这一过程。AAEA 弹性极限应变 A弹性极限应力B 断裂伸长率 B断裂强度 Y 屈服应力Y ：屈服点弹性极限点断裂点弹性形变屈服应变软化冷拉应变硬化断裂形变过程形变过程脆性断裂和韧性断裂脆性断裂和韧性断裂 材料破坏有二种方式，可从拉伸应力应变曲线的形状和破坏的断面形状来区分：v脆性破坏:试样在出现屈服点之

3、前断裂 断裂表面光滑v韧性破坏:试样在拉伸过程中有明显屈服点和颈缩现象 断裂表面粗糙拉伸应力曲线反映的材料的力学性质拉伸应力曲线反映的材料的力学性质 力力 学学 参参 量量 力力 学学 性性 质质 弹性模量弹性模量 刚性刚性 屈服点屈服点 弹性弹性 断裂伸长断裂伸长 延性延性 屈服应力屈服应力 强度强度（或断裂强度、抗拉强度）（或断裂强度、抗拉强度） 应力应变曲线下部的面积应力应变曲线下部的面积 韧性韧性 弹性线下部的面积弹性线下部的面积 回弹性回弹性聚合物力学类型聚合物力学类型软而弱软而弱软而韧软而韧硬而脆硬而脆硬而强硬而强硬而韧硬而韧聚合物应力聚合物应力应变曲线应变曲线应应力力应应变变曲曲

4、线线特特点点模模 量量（刚性）（刚性）低低低低高高高高高高屈服应力屈服应力（强度）（强度）低低低低高高高高高高极限强度极限强度（强度）（强度）低低中中高高高高断裂伸长断裂伸长（延性）（延性）中等中等按屈服应力按屈服应力低低中中高高应力应变曲线应力应变曲线下面积（韧）下面积（韧）小小中中小小中中大大实实例例聚合物凝胶聚合物凝胶橡胶橡胶.增塑增塑.PVC.PE.PTFEPS.PMMA.固固化酚醛树脂断化酚醛树脂断裂前无塑性形裂前无塑性形变断裂前有银变断裂前有银纹纹硬硬PVCABS.PC.PE.PA有明显的有明显的屈服和塑性屈服和塑性形变形变.韧性好韧性好强度是指物质抵抗破坏的能力理论值e.g.PA

5、, 60 MPaPPO, 70 MPatheoryeriment)100011001(exp1.3 影响聚合强度的因素 内因内因：高分子链结构（组成、分子量及分子量分布、支化和交联）、结晶与取向、增塑剂、共混、填料、应力集中 外因外因：温度、湿度、作用力的速度等重点 分子链支化程度分子链支化程度增加，使分子间作用力减弱，聚增加，使分子间作用力减弱，聚合物拉伸强度下降，但冲击强度增高。合物拉伸强度下降，但冲击强度增高。LDPE拉伸强度比拉伸强度比HDPE低低 适度的交联适度的交联大的形变，强度增高。能提高分子链大的形变，强度增高。能提高分子链间的联系，使分子链不易滑动。交联度增加，不间的联系，使

6、分子链不易滑动。交联度增加，不易发生易发生 PE交联后，拉伸强度提高交联后，拉伸强度提高1倍，冲击强度提高倍，冲击强度提高3-4倍倍 分子量分子量低，拉伸强度和冲击强度低；分子量增加，低，拉伸强度和冲击强度低；分子量增加，拉伸强度和冲击强度增高；分子量超过一定程度，拉伸强度和冲击强度增高；分子量超过一定程度，拉伸强度变化不大，但冲击强度继续增加拉伸强度变化不大，但冲击强度继续增加（2）结晶和取向 结晶度结晶度增加，拉伸强度、弯曲强度和模量增加，增加，拉伸强度、弯曲强度和模量增加，但冲击强度和断裂伸长率降低。但冲击强度和断裂伸长率降低。 取向取向使高聚物沿取向方向的强度提高几倍甚至几使高聚物沿取

7、向方向的强度提高几倍甚至几十倍。十倍。（3）应力集中）应力集中 材料存在缺陷材料存在缺陷，受力时材料内部的应力平均分布，受力时材料内部的应力平均分布状态将发生变化，使缺陷附近局部范围内的应力状态将发生变化，使缺陷附近局部范围内的应力急剧增加，远远超过平均值，称为急剧增加，远远超过平均值，称为应力集中应力集中。 缺陷就是应力集中物，包括裂缝、孔隙、缺口、缺陷就是应力集中物，包括裂缝、孔隙、缺口、银纹、杂质等，它们成为材料破坏的薄弱环节，银纹、杂质等，它们成为材料破坏的薄弱环节，严重严重降低材料的强度降低材料的强度。 银纹如果不发展为裂纹，对材料的冲击强度提高银纹如果不发展为裂纹，对材料的冲击强度

8、提高有贡献有贡献增塑剂：具有低挥发性的低分子量有机物或柔性高分子 酯类、醇类、聚酯、丙烯氰，丁二烯共聚物、氯化石蜡等，能降低聚合物体系的黏度及聚合物的玻璃化温度，弹性模量、屈服应力、抗张强度，但断裂伸长与冲击强度则上升。 种类：1）极性增塑剂改变极性基团间的作用，使次价交联点数目下降，柔性提高。效率与其摩尔分数成正比。水对淀粉塑料的增塑（稳定性较差-挥发）、甘油对大豆蛋白等生物质塑料的增塑料等-断裂升长率增加，杨氏模量、拉伸强度、玻璃化温度等下降。2）非极性增塑剂隔离非极性高聚物分子链间的作用，使次价下降，柔性提高，效率与其体积分数成正比。如邻苯二甲酸二丁（辛）酯等对聚苯乙烯、聚氯乙烯等包装塑

9、料的增塑。选择条件：1.互溶性；2.有效性；耐久性； 4.环保性白色垃圾降解性塑料 A.光降解塑料（60-600天降解）： 1.共聚型（与CO、乙烯基酮共聚，引入羰基等“发色基”或“弱键”）。 2.添加型（加入少量廉价引发剂或光敏剂如长链烷基二茂铁衍生物、胺烷基二茂铁衍生物等）。 B. 生物降解（50-70天降解）： 1.完全生物降解生物发酵、化学合成、动植物天然高分子、添加天然高分子或矿物质。2001年食油与淀粉制玩具(Mattle公司-全球最大的塑料玩具制造商） 2.生物崩坏型。 活性粒子增强高聚物活性粒子增强高聚物橡胶+碳黑增强机理：活性粒子吸附大分子，形成链间物理交联，活性粒子起物理交联点的作用。Glass steel boatglassy fiber+polyester增强机理：纤维作为骨架帮助基体承担载荷例：尼龙+玻纤/碳纤维/晶须/硼纤维增强效果与纤维的长度、纤维与聚合物之间的界面粘接力有关