第4章-高分子材料的强度.pptVIP

第4章 高分子材料的强度 本章主要内容 4.1 高分子材料强度的微观理论 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 。 4.3 高聚物的主要力学强度 4.4 影响高聚物强度的因素 4.5 高分子材料的增强改性 （3）液晶原位增强 4.6 高分子材料抗冲击强度 5 取向 取向使力学性能产生各向异性，在取向方向得到增强 对于脆性材料，平行于取向方向的强度、模量和伸长率提高，垂直于取向方向的强度和伸长率降低。 对于塑性、易结晶材料，在平行于取向方向的强度、模量提高，在垂直于取向方向的强度下降，伸长率增大。 表4-6 双轴取向和未取向塑料薄膜的比较 55～76 25～50 52～69 5～15 48～82 8～18 34～62 1～3.6 拉伸强度，MPa 断裂伸长率，％ 双轴取向 未取向 双轴取向 未取向 PMMA PS 高聚物及状态 性 能 6 温度与形变速率的影响 温度升高，材料屈服强度明显降低，对断裂强度 影响较小. 拉伸速率提高屈服强度上升. 7 应力集中物 缺陷的存在将使材料受力时内部压力分布不平均，缺陷附近范围内的应力急剧地增加，远远超过压力平均值，这种现象称为应力集中，缺陷就是应力集中物 纤维直径减小有利于减小纤维表里的差别，降低缺陷出现的概率。 锐口的小裂缝甚至比钝口的较大缺陷造成更大的应力集中 表4-7 几种高聚物室温下产生裂纹的临界应力 633 24 1.50 ≤430 聚碳酸酯 703 24 1.5 ≤429 聚苯醚 914 0.1 1.3 246 有机玻璃 703 24 0.35 113 聚苯乙烯 屈服应力（kg/cm2） tmax （h） 临界应变 (%) 临界应力（kg/cm2） 高聚物 tmax是指在临界应力和临界应变下产生裂纹所需的最大时间 8 填料和增塑剂 惰性填料增强作用： 在较低的填充范围内，填充后的高聚物其弹性模量可提高（1+AΦ+BΦ2）倍，这种现象称为体积效应， 也称为增强体积分数。当超出一定的用量范围，拉伸强度和模量均明显下降 增塑剂的加入对高聚物起了稀释作用，减少了高分子链之间的作用力，因而强度降低，强度的降低值与增塑剂的加入量约成正比 表4-8 CaCO3对软PVC的影响 10.24 10.38 10.48 11.52 11.06 8.69 380 365 335 375 320 260 19.1 19.5 20.0 19.5 17.0 12.2 0 5 10 25 50 100 杨氏模量/Mpa 断裂伸长率/% 拉伸强度/MPa 填充系数 （以塑料为100） 1 高分子材料的强化原理 （1）在大分子链中引入极性基团或能形成氢键的基团 （2）对高聚物链段进行适度的交联，可以提高强度 （3）提高高聚物的结晶度；加入成核剂形成微晶；取向 （4）定向聚合制备结构规整均一的高聚物，提高结构的均一性 （1）. 引入极性基 a.增加高分子极性或产生氢键 尼龙610，60MPa 尼龙66，80MPa b.引入芳杂环 聚间苯二酰间苯二胺 80~120MPa （2）. 链段交联 适度交联强度增加； 过度交联将使材料变脆弱 橡胶的拉伸强度与交联剂用量的关系 3）. 结晶度和取向 提高结晶度，材料强度提高 加入成核剂，生成微晶能使材料的强度和韧性得到提高 取向使力学性能产生各向异性， 在取向方向得到增强 4）. 定向聚合 提高高分子材料的结构均一性 （5）.填料增强 粒子（ Powder） 纤维 Fiber 液晶 Liquid Crystal 改性的基本思想是用填充、混合、复合等方法，将增强材料加入到聚合物基体中，提高材料的力学强度或其它性能。 （1）、粒子增强 按性能可分为活性粒子和惰性粒子两类 a.活性粒子增强 橡胶+碳黑 增强机理 表4-9 几种橡胶采用炭黑增强的效果对比 1.1 18.6 17.6 丁基橡胶 1.7 25.0 14.7 氯丁橡胶 1.6 31.4 19.0 天然橡胶 结晶型 10 19.6 1.96 丁腈橡胶 10 19.0 1.96 丁苯橡胶 40 13.7 0.34 硅橡胶① 非结晶型 含炭黑橡胶 纯胶 增强倍数 拉伸强度 / MPa 橡胶 白炭黑补强 b.惰性粒子增强 粉状填料经硬脂酸处理填充HDPE的SEM图 上图：硬脂酸用量0.9% 下图：1.5% 惰性粒子，需要经过 化学改性赋予粒子表 面一定的活性，才具 有增强作用。 （2）、纤维增强 常用的纤维材料 玻璃纤维 碳纤维 硼纤维 天然纤维 基体材料 热固性树脂 热塑性树脂 橡胶类材料 玻璃钢船 玻璃纤维+聚酯 增强机理：纤维作为骨架帮助基体承担载荷 碳纤维 表4-10 玻璃纤维增强的某些热塑性塑