第4章 高聚物的力学性能课件.ppt

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第4章 高聚物的力学性能课件

第4章 高聚物的力学性能;高聚物的一般力学性能与特点 高聚物的高弹性 高聚物的粘弹性 聚合物的拉伸行为-屈服与断裂 聚合物的力学松弛(粘弹性、蠕变、应力松弛) ;4.1 聚合物的一般力学性能与特点; 研究聚合物的极限性质,即在较大外力持续作用或强大外力短时间作用后,聚合物发生大形变至宏观破坏或断裂。 强度:材料抵抗破坏或断裂的能力称为强度。材料所能承受的最大载荷,表征了材料的受力极限,在实际应用中具有重要的意义。包括抗张强度、冲击强度、弯曲强度、压缩强度、硬度。 屈服:高分子材料在外力作用下产生塑性形变。; 高聚物材料具有所有已知材料中可变性范围最宽的力学性质,包括从液体、软橡皮到很硬的刚性固体。各种高聚物对于机械应力的反应相差很大:例如聚苯乙烯制品很脆,一敲就碎;而尼龙制品却很坚韧,不易变形也不易破碎;轻度交联的橡胶拉伸时,可伸长好几倍,外力解除后还能基本上回复原状;而胶泥变形后,却完全保持着新的形状。高聚物力学性质的这种多样性,为不同的应用提供了广阔的选择余地。;聚合物的主要力学性能特点;  为了合理地选择和使用高分子材料,为了现有材料的改性和开发新型材料,必须全面掌握高聚物力学性能的一般规律,深入了解力学性能与分子结构之间的内在联系。本章讨论的对象仅局限于固体高聚物,包括玻璃态、结晶态和高弹态的高聚物,内容上则着重讨论有很大实际意义的玻璃态和结晶态高聚物的极限力学行为—屈服、破坏和强度,高聚物材料所特有的高弹性,以及高聚物的力学松弛—粘弹性。 ;4.2 表征力学性能的基本指标;1. 高弹性的特点;橡胶就是具有高弹性的材料,高弹性的特征表现在:;高弹性的本质;形变; 聚合物的形变与时间有关,但不成线性关系,两者的关系介乎理想弹性体和理想粘性体之间,聚合物的这种性能称为粘弹性。 这种行为反映了固体的弹性和液体的粘性两者的组合. 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。;       ;4.4 .1 蠕变; 聚合物受力时,高分子链通过链段运动产生的形变,形变量比普弹形变大得多,但不是瞬间完成,形变与时间有关。当外力除去后,高弹形变逐渐回复。如下图:; 受力时发生分子链的相对位移,外力除去后粘性流动不能回复,是不可逆形变。分子间无交联的线形高聚物,则会产生分子间的相对滑移。如下图:;当聚合物受力时,以上三种形变是同时发生的,其综合结果如下图:;   防止蠕变的关键—减少链的质心位移    聚合物分子链含有苯环等刚性链 增加分子链间的作用力    适当交联    降低链柔顺性,聚合物玻璃化温度高于室温;改性聚苯醚主要是聚苯醚和聚苯乙烯共混而得。成型较易。; 应力松弛是指在恒定温度和形变保持不变的情况下,聚合物内部的应力随时间增加而逐渐衰减的现象。 如:用塑料绳绑捆东西,时间久了会变松。这是由于当聚合物被拉长时,高分子构象处于不平衡状态,它会通过链段沿外力方向的运动来减少或消除内部应力,以逐渐过渡到平衡态构象。 如:拉伸一块未交联的橡胶到一定长度,并保持长度不变,随着时间的增加,这块橡胶的回弹力会逐渐减小,这是因为内应力在慢慢减小,最后变为0。因此用未交联的橡胶来做传动带是不行的。 ; 应力松弛和蠕变都反映了高聚物内部分子的三种运动情况:当高聚物一开始被拉长时,其中分子处于不平衡的构象,要逐渐过渡到平衡的构象,也就是链段要顺着外力的方向来运动以减少或消除内部应力。 ; (3)如果温度接近 Tg (附近几十度),应力松弛可以较明显地被观察到,如软PVC丝,用它来缚物,开始扎得很紧,后来就会慢慢变松,就是应力松弛比较明显的例子 (4)只有交联高聚物应力松弛不会减到零(因为不会产生分子间滑移),而线形高聚物的应力松弛可减到零。;4.4.3 滞后现象(Delay );4.4.4 力学损耗;这种由于力学滞后而使机械功转换成热的现象,称为力学损耗或内耗。;顺丁胶:内耗小,结构简单,没有侧基,链段运动的内摩擦较小 丁苯胶:内耗大,结构含有较大刚性的苯基,链段运动的内摩擦较大 丁腈胶:内耗大,结构含有极性较强的氰基,链段运动的内摩擦较大 丁基胶:内耗比上面几种都大,侧基数目多,链段运动的内摩擦更大;;(2)越过A点,应力-应变曲线偏离直线,说明材料开始发生塑性形变,极大值Y点称材料的屈服点,其对应的应力、应变分别称屈服应力(或屈服强度)σy 和屈服应变e y 。发生屈服时

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