高分子物理第八章.ppt

拉伸温度影响: T↑ σ↓ 拉伸速度影响: 速度↑,屈服强度↑σ↑ （2）刚性粒子增韧 * Comparing of brittle and ductile fractures（分析判断） 脆性断裂 韧性断裂 屈服 ?-?线 ?b 断裂能 断裂表面 断裂原因 无 有 无 有 线性 非线性 线性 非线性 小 大 小 大 小 大 小 大 平滑 粗糙 平滑 粗糙 法向应力 剪切应力 法向应力 剪切应力 * 相比于脆性断裂，韧性断裂的断裂面较为 断裂伸长率较 光滑 大 小 粗糙 例题： * 脆韧转变温度 Tb Tb is also called brittle temperature. ——脆化温度，脆化点 在一定速率下（不同温度）测定的断裂应力和屈服应力，作断裂应力和屈服应力随温度的变化曲线 * 断裂应力和屈服应力谁对应变速率更敏感？ 在一定温度下（不同速率）测定的断裂应力和屈服应力，作断裂应力和屈服应力随应变速率的变化曲线 * 脆性断裂和韧性断裂判断 TTb, 先达到?b，脆性断裂 T Tb, 先达到?y，韧性断裂 * Application 对材料一般使用温度为哪一段？ ——T Tb Tb越低材料韧性越 好 差 * Tb~Tg Tf~Td Three states Tg~Tf * Example – PC聚碳酸酯 Tg=150°C Tb=-20°C 室温下易不易碎？ * Example – PMMA聚甲基丙烯酸甲酯 Tg=100°C Tb=90°C 室温下脆还是韧？ * 强度是指物质抵抗破坏的能力 张应力 拉伸强度 弯曲力矩 抗弯强度 压应力 压缩强度 拉伸模量 弯曲模量 压缩模量 8.2.2 聚合物的强度 * 拉伸强度 屈服强度 断裂强度 b-试样厚度，d-试样宽度 P-最大载荷 统一使用拉伸强度?t N/m2 * 硬度 衡量材料表面抵抗机械压力的能力的一种指标 硬度的大小与材料的拉伸强度和弹性模量有关 测量和计算方法不同,硬度可分为布氏、洛氏、邵氏硬度 * 聚合物材料的破坏可能是高分子主链的化学键断裂或是高分子分子间滑脱或分子链间相互作用力的破坏。 化学键拉断 15000MPa 分子间滑脱 5000MPa 分子间扯离 氢键 500MPa 范德华力 100MPa 理论值 材料的破坏方式 * 在断裂时三种方式兼而有之，通常聚合物理论断裂强度在几千MPa，而实际只有几十MPa 。WHY？ e.g. PA, 60 MPa PPO, 70 MPa 原因 聚合物实际强度与理论强度 实际的聚合物达不到那种完全规整的水平，存在应力集中（杂质，小裂纹，空隙，缺口） * 为什么材料的实际强度远远低于理论强度？ 存在缺陷 为什么在缺陷处断裂？ 缺陷处应力集中 缺陷处应力多大？ Griffith theory Griffith crack theory 断裂理论 * 化学键拉断 分子间滑脱 分子间扯离 主要方式 化学键断裂所需力最大 分子间扯离所需力最小 通过断裂形式分析：分子之间相互作用大小对强度影响最大 影响拉伸强度的因素 1、结构因素 2、外在条件 * 极性基团或氢键 主链上含芳杂环结构 适度的交联 结晶度大 取向 高 低 拉伸强度?t 高 低 加入增塑剂 高 低 高 低 高 低 高 低 缺陷存在 高 低 分子结构 1，分子结构 内因 聚合物 PP PVC N-610 N-66 强度MPa 25～28 50 61 83 （1）一次结构： ① 链节含有强极性基团或氢键的基团使得分子间作用力增大，强度提高 随着极性基团或氢键?，强度?，但密度大，阻碍链段的运动，不能产生强迫高弹形变——脆性断裂 ②交联：适当交联，总是提高聚合物的强度，但如果交联度太大，会使其脆性太大而失去应用价值。 交联剂当量浓度 0.1 0.3 1.0 2.5 3.5 8.0 ?b 1000 920 680 440 280 90 断裂强度MPa 6.47 16 21.7 16.4 6.78 4.6 ③空间立构：结构规整和等规度高的聚合物因结晶而强度提高。 无规立构含量对PP性能影响 无规立构含量％ 抗张强度MPa 2.0 34.5 3.5 32.5 6.4 29 ④支化：支化破坏了链的规整性结晶度降低，还增加了分子间的距离分子间力减小，都使强度降低。但是韧性有所提高。 聚合物 抗张强度 ?b(%) 支化程度 LDPE 7~15 300 支化多 HDPE 21~27 60 支化少 支化度对聚合物力学性能的影响 (2) 二次结构： ① 链的刚性 高分子链刚性增加，聚合物强度增加，韧性下降，像主链含有芳杂环结构的聚合物其强度和模量比脂肪族主链高。主链上含有大的侧基，刚性大。 eg. PE 24.5N/m2，PS 35.2～60N/