聚合物的力学性能.ppt

第六章 聚合物的力学性能 教学内容： 聚合物的应力—应变曲线 聚合物的屈服 聚合物的断裂与强度 重点要求： 从聚合物应力——应变曲线获取信息，掌握屈服和断裂现象 及其机理、韧性和强度的影响 因素及增韧、增强方法和机理。 学习目的： 从分子结构、凝聚态结构和屈服、断裂特征上对材料的韧性和强度进行初步判断，学会聚合物的增韧、增强方法，以满足其使用要求。 The stress-strain curves 应力-应变曲线 断裂能 Fracture energy Young’s Modulus 杨氏模量 聚合物拉伸形变过程 从应力—应变曲线可以获得的被拉伸聚合物的信息 6.1.2 各种情况下的应力-应变曲线（Stress-strain curves under various conditions ） (b) Different strain rate Example: PMMA (c) Composition of Polymers 物质结构组成 (d) Crystallization 结晶 (e) The Size of Spherulites 球晶大小 (f) The Degree of Crystallization 结晶度 Different types of stress-strain curve Comparing 6.2聚合物的塑性和屈服The plasticity and yielding of polymer  Strain softening 应变软化 6.2.1 Necking 细颈与剪切带 Necking 颈缩现象 工程应力和真应力Engineering stress and true stress Considère 作图法: （2）剪切屈服现象、机理及判据 斜截面A? Discussion 抵抗外力的方式 Yield Criterion 屈服判据 切应力双生互等定律 Shear band 剪切带 （3） Crazing 银纹 Microstructure of crazing 银纹方向和分子链方向 银纹和剪切带均有分子链取向，吸收能量，呈现屈服现象 细颈、剪切带和银纹比较 6.3 聚合物的断裂与强度 6.3.1 脆性断裂与韧性断裂 材料的断裂方式分析 Comparing of brittle and ductile fractures（分析判断） 脆韧转变温度 Tb 脆性断裂和韧性断裂判断 Example – PC聚碳酸酯 Example – PMMA聚甲基丙烯酸甲酯 The influence on Tb 6.3.2 聚合物的拉伸强度 (Tensile strength) 影响拉伸强度的因素 2、 增强 Reinforcement （1）活性粒子增强 （2）纤维增强 （3）液晶原位增强 6.3.2 聚合物的韧性与增韧 Pendulum machine 摆锤冲击机 2 、影响冲击强度的因素 3、 聚合物的增韧 橡胶增韧塑料的增韧机理 （2）刚性粒子增韧 6.4高弹态聚合物的力学性质 6.4.1橡胶的使用温度 T:Tg~Tf，链段运动、高弹态，材料为橡胶，扩大使用温度范围 1、改善高温耐老化性能，提高耐热性 改变主链结构、改变侧基结构、改变交联结构。 2、降低Tg、避免结晶，改善耐寒性 增加链的柔性、削弱分子间作用力、降低链结构的规整性。 注意：在扩大橡胶使用温度范围时，一定兼顾强度！ 6.4.2橡胶高弹性的特点 1、低模量，大形变 钢： PS: 橡胶： 2、形变具有依时性 蠕变与应力松弛—力学松弛 3、形变具有热效应 橡胶拉伸放热，回缩吸热。热弹效应 6.3.3 影响橡胶弹性的大分子结构因素 1、链的柔性 主链结构中孤立双键、柔性键（—SiO—） 2、分子间作用力 作用力大，变形难，回弹不易。 3、交联 适当交联，保证高弹；过度交联，弹性降低。 4、结晶度 结晶使弹性降低。 5、分子量 分子量增加，Tg—Tf变宽 6.4.4 橡胶弹性理论 1、橡胶弹性的热力学理论 热力学第一定律：dU=dQ-dW 热力学第二定律：dQ=TdS（等温可逆） 橡胶拉伸做功：dW =PdV-fdl 橡胶拉伸内能 ：dU =TdS-PdV+fdl 橡胶在等温拉伸中体积不变， 即dV=0 橡胶等温等压拉伸：dU =TdS+f