高聚物的力学性能材料科学基础专用课件.ppt

流动方向 速度梯度 剪切流动按照流动的边界条件可分为； 此外，粘性流体在静压力作用下的体积压缩实际上也是一种流动（压制成型） 许多实际粘性流体的流动行为并不服从牛顿定律。 以剪切流动为例，如果流体的粘度与切应力或切变速率有关，则这种流体叫做非牛顿流体。 非牛顿流体的类型很多，最常见的有： 宾汉塑性流体 假塑性流体（切力变稀流体） 膨胀性流体（切力变稠流体） 大量研究表明： 大多数高聚物熔体都为假塑性流体。即表观粘度随切变速率的增大而降低。 原因：P226 三、高聚物的粘弹性 １、粘弹性的概念： 前面讨论过的实际高弹性就是高聚物粘弹性的一种表现形式，实际高弹变形随时间的变化正是弹性与粘性组合的结果。 以下仅讨论高分子材料几种典型的线性粘弹性行为，即蠕变、应力松弛和动态力学性能 2、蠕变 3、应力松弛 高聚物在流动过程中所发生的形变中： 只有一部分（粘性流动）是不可逆的。 因为高聚物的流动并不是高分子链之间的简单的相对滑移的结果，而是各个链段分段运动的总结果。在外力作用下，高分子链顺外力场有所伸展，这就是说，在高聚物进行粘性流动的同时，必然会伴随一定量的高弹形变，这部分高弹形变显然是可逆的，外力消失后，高分子链又要蜷曲起来，因而整个形变要恢复一部分。 高弹形变的恢复过程也是一个松弛过程。因为恢复的快慢一方面与高分子链本身的柔顺性有关，柔顺性好，恢复得快，柔顺性差，恢复就慢；另一方面与高聚物所处的温度有关，温度高，恢复得快，温度低，恢复就慢。 高聚物流动的这个特点，在成型加工过程中必须予以充分重视，否则就不可能得到合格的产品。 四、高聚物的应力—应变行为 1、高聚物典型的应力—应变行为： 高聚物的品种很多，力学性能变化范围很广，就室温下的应力—应变行为而言有四种典型的曲线。 图9-25 判断材料强、弱的指标是断裂强度； 判断材料刚与软的指标是弹性模量； 判断材料淬与韧的指标是断裂能； 凡是能出现屈服点、断裂强度高、断裂伸长率大的材料，一般具有良好的韧性。 与金属材料相比，高聚物的模量和强度要低得多，而最大断裂伸长率又比金属高得多。 刚而脆：弹性模量高，抗拉强度大，没有屈服点，断裂伸长率一般小于2%。 刚而强：弹性模量高，抗拉强度大，断裂伸长率可达5%。 软而韧：弹性模量低，屈服点低或没有明显的屈服点，伸长率很大 20%~1000% ，断裂强度较高。 刚而韧：弹性模量高，有明显的屈服，屈服强度和抗拉强度都高，断裂伸长率较大。应力—应变曲线包围的面积很大，表明这类材料是良好的韧性材料。 由于高聚物突出的粘弹性，其应力-应变行为受温度和应变速率的影响很大。 图9-26（温度对应力—应变行为的影响） 韧-脆转变温度称为脆化温度Tb 应变速率对高聚物应力—应变行为的影响规律，可概括为“降低应变速率的效果相当于升高温度”。 2、高聚物的屈服与冷拉 玻璃态高聚物在Tb~Tg之间和部分结晶高聚物在Tb~Tm之间典型的拉伸应力-应变曲线和试样形状的变化过程如图9-27 冷拉的概念 冷拉后残留变形的恢复 银纹现象： 银纹不同于裂纹： 银纹仍有一定的强度 银纹的形成是玻璃态高聚物脆性断裂的先兆，裂纹是通过银纹扩展的。（图9-30） 3、高聚物的断裂强度 高聚物断裂机理假设： 切断高分子链的化学键 高分子链彼此滑脱（分子间的范德华 力或氢键全部破坏） 破坏高分子之间的范德华作用或氢键 （分子间的范德华力或氢键部分破坏） 研究表明： 1、 高聚物断裂时，既涉及到化学键的断裂，也涉及到范德华作用的克服。 2、高聚物的实际强度与理论强度相差很大。 （理论强度=（100~1000）实际强度） 原因：材料内部的缺陷会引起应力集中。 缺陷：几何的不连续（孔、空洞、缺口、沟槽、裂纹）；材质的不连续（杂质的质点）；载荷的不连续；不连续的温度分布产生的热应力；不连续的约束产生的应力集中 产生缺陷的方式很多： 1、材料可能含有杂质颗粒、成块的不相容的添加剂、相对分子质量太低可能使溶体在冷却过程中形成 微孔和出现裂纹。 2、由产品设计造成。如断面的急剧变化，开设的空洞及缺口，不成弧形的拐角。 3、加工条件不当造成。如温度太低，时间太短，都会引起不适当的固结作用以及颗粒间的不良结合等 影响高聚物强度的因素： 影响因素一般可分为两大类： 与高聚物本身结构有关的因素 与外界条件有关的因素（温度、湿度、应变速率、流体静压等） 与高聚物本身结构有关的因素 1、化学结构的影响： 高聚物的强度来源于主链化学键和分子间的相互作用力，所以凡能增