材料科学与工程基础__第四章2013.ppt

注意： 某些材料具有各向异性的膨胀特性，如单晶、取向、纤维增强复合材料。 有同素异构转变的材料在发生相变时，其尺寸可能发生突然变化，出现开裂、裂纹。 线膨胀系数并非在所有温度下都是常数。 高弹材料在有应力作用时，其膨胀系数为负值。 4.2.3 耐热性 耐热性是指在受负荷下，材料失去其物理机械强度而发生形变的温度。 聚合物耐热性表征方法：Tg、Ts、Tm。 提高聚合物耐热性的因素： 交联、结晶、刚性链结构 维卡软化点、热变形温度测定 维卡软化点测试方法：将塑料试样置于液体传热介质中，在一定的负荷、一定的升温速度下，被压针压入1mm深度时的温度。 热变形温度测试方法：对塑料试样施加1.8MPa弯曲正应力，以一定的速度升温，当达到规定形变时所对应的温度。 4.2.4 热稳定性 热稳定性指材料化学结合开始发生变化的温度。 表征方法：Td、热失重TG。 k为分解速率常数； △E 为分解活化能。 聚合物的热稳定性由其分子结构决定。 高分子主链引入环状结构可提高热稳定性。 梯形聚合物具有高的热稳定性。 4.2.5 高分子材料的燃烧特性 燃烧过程及机理 燃烧指在较高温度下物质与空气中的氧剧烈反应并发出热和光的现象。 物质燃烧的必要条件：可燃、周围存在空气、热源。 燃烧速率是聚合物燃烧性的一个重要指标 烃类聚合物燃烧机理 自由基连锁反应过程 聚合物的燃烧速率与· OH自由基密切相关，抑制· OH 的产生就能达到阻燃的效果。。 氧指数 在规定条件下，试样在氧气和氮气的混合气流中维持稳定燃烧所需的最低氧气浓度。 氧指数在22以下的属于易燃材料； 氧指数在22~27的为难燃材料； 氧指数在27以上的为高难燃材料 聚合物的阻燃 阻燃剂：能保护材料不着火或使火焰难以蔓延的助剂。 有机阻燃剂 卤系如十溴二苯醚，捕捉自由基。 磷系如磷酸三辛酯，覆盖效应。 含氮阻燃剂如三聚氰胺盐，膨胀型。 无机阻燃剂：氢氧化铝、氢氧化镁等， 吸热、稀释、抑烟。 协同效应：单独使用阻燃效果不大，但与其他物质配合有显著地阻燃效果。如Sb2O3与卤素化合物。 * * * * * * * * * * * 金属晶体、离子晶体、共价晶体等的变形通常表现为普弹性，主要的特点是： A 应变在应力作用下瞬时产生， B 应力去除后瞬时消失， C 服从虎克定律。 高分子材料通常表现为高弹性和粘弹性 ⑴高弹性，即橡胶弹性 (rubberlike elasticity) ① 弹性模量小、形变大。 A 一般材料，如铜、钢等，形变量最大 为 1 ? 左右， B 而橡胶的高弹性形变很大， 可拉伸至 5 ~ 10 倍。 2. 有机聚合物的弹性、粘弹性 Elasticity and Visco-elasticity of Polymers C 橡胶的弹性模量则只有一般固体物质的 万分之一左右，即10—100 ?10 4 Pa。 ② 弹性模量随温度升高而上升， 一般固体的模量则随温度的提高而下降。 熵弹性 （2）粘弹性 viscoelasticity ①静态粘弹性 固定应力 A 蠕变(creep) 开尔文模型 并联 在蠕变过程中形变 ? 是时间的函数。即柔量D是时间的函数D (t) =? (t) / ? 形变随时间而增加 B. 应力松弛(stress relaxation) 麦克斯韦模型 (Maxwell model) 串联 在应力松弛过程中，模量随时间而减小，称为松弛模量， E (t) = ? (t) / ? 应力（模量）随时间而减小 ②动态粘弹性 Dynamic viscoelasticity 周期性、交变应力 在周期性应力作用下，模量 E可采用复数表示式。 E* = E ˊ + i E 〞 内耗值?E/E的量度：tan ? = E 〞 / E ˊ tan ? ，E 〞， E ˊ与频率的关系 取决于温度和荷载的频率 滞弹性——无机固体和金属的与时间有关的弹性 弹性变形时应力与应变严格成正比关系的上限应力 ? p = F p / S 0 条件比例极限 tan?ˊ /tan?=150% ? p50 切线 弹性极限与弹性比功（金属） 比例极限 (proportional limit) 代表材料对极微量塑性变形的抗力 . P′ （条件）弹性极限 最大弹性变形时的应力值。 弹性比功 弹性应变能密度。材料吸收变形