七聚合物的结构与性能.ppt

原因在于在外力的作用下，玻璃态聚合物中本来被冻结的链段被强迫运动，使高分子链发生伸展，产生大的形变。但由于聚合物仍处于玻璃态，当外力移去后，链段不能再运动，形变也就得不到恢复原，只有当温度升至Tg附近，使链段运动解冻，形变才能复原。这种大形变与高弹态的高弹形变在本质上是相同的，都是由链段运动所引起。 第 七 章 聚 合 物 的 结 构 与 性 能 强迫高弹形变产生的原因 根据材料的力学性能及其应力-应变曲线特征，可将非晶态聚合物的应力-应变曲线大致分为六类： （1）材料硬而脆：在较大应力作用下，材料仅发生较小的应变，并在屈服点之前发生断裂，具有高的模量和抗张强度，但受力呈脆性断裂，冲击强度较差。 e s （1） （2） e s 第 七 章 聚 合 物 的 结 构 与 性 能 （2）材料硬而强：在较大应力作用下，材料发生较小的应变，在屈服点附近断裂，具高模量和抗张强度 e s （4） （4）材料软而韧：模量低，屈服强度低，断裂伸长率大，断裂强度较高，可用于要求形变较大的材料。 e s （3） 第 七 章 聚 合 物 的 结 构 与 性 能 （3）材料强而韧：具高模量和抗张强度，断裂伸长率较大，材料受力时，属韧性断裂。 以上三种聚合物由于强度较大，适于用做工程塑料。 e s （5） e s （6） （5）材料软而弱：模量低，屈服强度低，中等断裂伸长率。如未硫化的天然橡胶。 （6）材料弱而脆：一般为低聚物，不能直接用做材料。 附：强与弱从断裂强度sb比较；硬与软从模量E（s/e）比较；脆与韧则可从断裂伸长率比较。 第 七 章 聚 合 物 的 结 构 与 性 能 3. 晶态聚合物的拉伸 晶态聚合物在单向拉伸时典型的应力-应变曲线如下图： Y e s 第 七 章 聚 合 物 的 结 构 与 性 能 未经拉伸的晶态聚合物中，其微晶排列是杂乱的，拉伸使得晶轴与外力方向不同的微晶熔化，分子链沿外力方向取向再重排结晶，使得取向在熔点以下不能复原，因之产生的形变也不能复原，但加热到熔点附近形变能复原，因此晶态聚合物的大形变本质上也属高弹性。 玻璃态和晶态聚合物的拉伸过程本质上都属高弹形变，但其产生高弹形变的温度范围不同，而且在玻璃态聚合物中拉伸只使分子链发生取向，而在晶态聚合物中拉伸伴随着聚集态的变化，包含结晶熔化、取向、再结晶。 第 七 章 聚 合 物 的 结 构 与 性 能 4. 聚合物强度的影响因素 （1）有利因素 （i）聚合物自身的结构：主链中引入芳杂环，可增加链的刚性，分子链易于取向，强度增加；适度交联，有利于强度的提高。 （ii）结晶和取向：结晶和取向可使分子链规整排列，增加强度，但结晶度过高，可导致抗冲强度和断裂伸长率降低，使材料变脆。 （iii）共聚和共混：共聚和共混都可使聚合物综合两种以上均聚物的性能，可有目的地提高聚合物的性能。 （iv）材料复合：聚合物的强度可通过在聚合物中添加增强材料得以提高。如纤维增强复合材料之一--玻璃钢。 （2）不利因素 （i）应力集中：若材料中存在某些缺陷，受力时，缺陷附近局部范围内的应力会急剧增加，称为应力集中。 第 七 章 聚 合 物 的 结 构 与 性 能 应力集中首先使其附近的高分子链断裂和相对位移，然后应力再向其它部位传递。 缺陷的产生原因多种，如聚合物中的小气泡、生产过程中混入的杂质、聚合物收缩不均匀而产生的内应力等。 （ii）惰性填料：有时为了降低成本，在聚合物中加入一些只起稀释作用的惰性填料，如在聚合物中加入粉状碳酸钙。惰性填料往往使聚合物材料的强度降低。 （iii）增塑：增塑剂的加入可使材料强度降低，只适于对弹性、韧性的要求远甚于强度的软塑料制品。 （iv）老化 第 七 章 聚 合 物 的 结 构 与 性 能 5. 高弹态聚合物的力学性能 高弹态聚合物最重要的力学性能是其高弹性。 （1）高弹性的特点： （i）弹性模量小，形变量很大；（ii）形变需要时间：形变随时间而发展直至最大形变；（iii）橡胶受拉伸会发热。 （2）高弹性的本质 高弹性是由熵变引起的，在外力作用下，橡胶分子链由卷曲状态变为伸展状态，熵减小，当外力移去后，由于热运动，分子链自发地趋向熵增大的状态，分子链由伸展再回复卷曲状态，因而形变可逆。 第 七 章 聚 合 物 的 结 构 与 性 能 6. 聚合物的力学松弛--粘弹性 理想弹性体（如弹簧）在外力作用下平衡形变瞬间达到，与时间无关；理想粘性流体（如水）在外力作用下形变随时间线性发展。 聚合物的形变与时间有关，但不成线性关