第07章 聚合物的力.ppt

一、聚合物的力学性能的内涵 固体高分子材料的力学性能，也就是研究受力后，它的尺寸稳定性和强度问题，或者说是形变的特征和破坏的规律问题。 研究力学性能有两个相关的目的。 1、获得描述聚合物力学行为的数据和一般规律。 2、深入了解力学性能与分子结构的内在联系。 二、聚合物力学性能的特点 1、在所有的材料中，高分子材料的力学性能可变性范围宽，性能多样，用途广。 2、具有独特的高弹性 3、具有显著的粘弹性 4、强烈地温度和时间依赖性 5、强度低、模量低、但比强度（强度/密度）高 7.1.3 聚合物的拉伸行为 一、玻璃态聚合物拉伸 拉伸是分子取向的重要手段。 拉伸试验常在拉力机上进行。规定的温度、湿度、形状的试样，以均匀的速率拉伸，同时测定试样上应力的变化，试验持续至试样断裂为止。可获得σ—ε曲线。 （一）、应力—应变过程及分析 第一阶段：0—A，曲线起始部分，即B点前的部分，试样各部均匀拉伸，应变小而应力增大很快。0A为一直线，A点称为弹性极限点，σP—弹性强度极限，εP—弹性伸长极限。σP?εP，服从虎克定律， σP= EεP，， σP是保持正比关系的最大应力，又称为比例极限。 第二阶段：B—D。B点，σ—ε曲线的转折点，称为屈服点。应力在B点达到一个极限值，称为屈服应力（强度）σY，相应有屈服应变εY。B→C，应力有所下降，表现出较小的负荷即可产生形变—应变软化，又称屈服降。从B点开始，试样截面突然不均匀，出现一个或几个细颈，即屈服成颈，试样不均匀变化。细颈发展有两种情况：如果细颈不断变细，最后试样在该处断裂；如果细颈细到一定程度出现“应变硬化”—细颈截面维持不变，即细颈稳定下来，细颈部分不断扩展，未成颈部分减少，伸长不断增加，应力几乎不变，直到整个试样全部变成细颈。C—D，在应力几乎不变的情况下，应变有很大程度的增加，这种现象称为“冷拉”，到达D点全部成为细颈。 第三阶段：D—E。成颈变细的试样又重新被均匀拉伸，应力和应变很快增大，最后达到E点，试样断裂，σb为断裂应力（强度），εb为断裂伸长率。 由于σ—ε曲线反映了材料的力学性质—获得了一系列评价材料力学性能的指标。 （二）拉伸过程中的分子运动 1、普弹形变：在0A段，高模量，小形变行为是高分子链的键长和键角变化引起的。 2、强（受）迫高弹形变：BD段，聚合物处于冷拉中，σ几乎不变而ε有很程度↑。如果这时停止拉伸，则产生的形变能够保持住。如果除去外力，将试样加热到Tg以上，所产生的大形变可自动回复。这说明玻璃态聚合物的冷拉形变本质上与高弹态的大形变的结构变化是一样的，属于链段运动引起的高弹形变。拉伸过程中，蜷曲的高分子链通过链段运动在拉伸方向上伸展，由于ＴTg，链段的自发运动处于冻结状态，所以冷拉造成的高弹形变不能回复，为了同橡胶的高弹形变相区别，把冷拉产生的高弹形变称为受迫高弹形变。 　　　　玻璃态的链段运动本来处于冻结状态，在外力作用下链段运动得以实现，这可以理解为应力的作用使链段运动的位垒↓，て↓或者说增加了分子运动的速度。研究表明，て与σ的关系为： 式中，?ΔE是链段运动的活化能，A为同材料有关的参数。σ↑ ，て↓，当σ↑到σy时，链段运动的て↓到可与拉伸速度同一数量级时，玻璃态被冻结的链段开始运动，聚合物就可产生大形变。所以说增加外力对松驰过程的影响与T↑相似。 强迫高弹形变可以固定下来成为“永久形变”， 　T↑到Tg又可回复，故这种形变又称为表观塑性形变。 3、粘流（塑性）形变：在DE段，在应力作用下，从大量的链段取向过渡到整个分子链的取向排列，链间重新形成了更多的物理结点，材料强度进一步提高，此时需σ↑才能产生一定的ε。这个阶段的形变是不可逆的，是永久形变。 这里说的粘流形变是在强力作用及室温下发生的分子链位移，有时称为冷流，但也可以把屈服以后的形变统称为冷流。 （三）、σ—ε曲线的类型和特点 聚合物种类繁多，它们