高分子物理高分子的力学性能说课材料.ppt

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1、高分子物理高分子的力学性能引言随着高分子材料的大量应用，人们迫切需要了解和掌握聚合物的力学性质的一般规律和特点及其与结构之间的关系，以恰当选择所需要的高分子材料，正确地控制加工的条件以获得所需的力学性能，并合理使用。引言高分子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、软橡胶态到刚性固体。然而，与金属材料相比，高分子材料对温度和时间的依赖型要强烈得多，表现为高分子材料的粘弹性。高分子材料的这种力学行为显得复杂而有趣，为不同的应用提供了广阔的选择余地。内容提要1.玻璃态和结晶态聚合物的力学性质2.高弹态聚合物的力学性质3.聚合物的力学松弛－粘弹性7.1玻璃态与结晶态聚合物的

2、力学性质一、描述力学性质的基本物理量1.应力与应变（1）应力：单位面积上的附加内力，其值与单位面积上所受的外力相等。（2）应变：当材料受到外力时，其几何形状和尺寸将发生变化，这种变化称为应变。7.1玻璃态与结晶态聚合物的力学性质根据材料受力的方式，将各向同性材料分为三类：a.拉伸应力和拉伸应变b.剪切应力和剪切应变c.围压力和压缩应变7.1玻璃态与结晶态聚合物的力学性质2.弹性模量对于理想的弹性固体，应力与应变关系服从虎克定律：弹性模量=应力/应变上述三种类型的弹性模量相应地为：（1）杨氏模量：E=σ/ε（2）剪切模量：G=σs/γ（3）体积模量：B=P×V0/ΔV7.1玻璃态与结晶态聚

3、合物的力学性质3.机械强度机械强度是材料力学性能的重要指标，它是指材料抵抗外力破坏的能力。机械强度的测试是参照国际标准和本国标准进行。7.1玻璃态与结晶态聚合物的力学性质二、几种常用力学性能的指标1.拉伸强度拉伸强度是在规定的试验温度、湿度和试验速度下，在标准试样上沿轴向施加拉伸载荷，直到试样被拉断为止。7.1玻璃态与结晶态聚合物的力学性质7.1玻璃态与结晶态聚合物的力学性质弯曲强度是在规定试验条件下，对标准试样施力。静弯曲力矩直到试样折断为止。2.弯曲强度（挠曲强度）7.1玻璃态与结晶态聚合物的力学性质冲击强度是衡量材料韧性的一种强度指标，表征材料抵抗冲击载荷破坏的能力。通常定义为试样

4、受冲击载荷而折断时单位载面积所吸收的能量。3.冲击强度7.1玻璃态与结晶态聚合物的力学性质7.1玻璃态与结晶态聚合物的力学性质硬度是衡量材料表面抵抗机械压力的能力的一种指标。常见的硬度有布氏、洛氏、和邵氏等名称，通常布氏硬度最为常见。4.硬度三、屈服现象1.应力与应变曲线图7－9玻璃态和结晶态高聚物的应力-应变曲线7.1玻璃态与结晶态聚合物的力学性质7.1玻璃态与结晶态聚合物的力学性质（1）B点以前是弹性部分，应力与应变成正比，去除应力，材料可恢复原样，不产生永久形变，由直线的斜率可求出材料的弹性模量。7.1玻璃态与结晶态聚合物的力学性质（2）B点以后，材料呈现塑性行为，去除应力，材料无

5、法复原，留有永久形变。B点为屈服点，对应的应力称为屈服应力或屈服强度。7.1玻璃态与结晶态聚合物的力学性质屈服点之后，应力有所下降，在较小的负荷下即可产生形变，称为应变软化。之后应力几乎不变的情况下应变有很大程度的增加，最后应力又随应变迅速增加，直到材料断裂。7.1玻璃态与结晶态聚合物的力学性质四、几类高聚物的拉伸行为1.玻璃态高聚物的拉伸7.1玻璃态与结晶态聚合物的力学性质（1）当T<

6、下降，试样应变增大，继续拉伸，试样将发生断裂，总的应变不超过20%，称为韧性断裂。7.1玻璃态与结晶态聚合物的力学性质（3）当温度升高到Tg以下几十度范围内，如曲线③，过了屈服点后，应力先降后升，应变增大很多，直到C点断裂，C点的应力称为断裂应力，对应的应变称为断裂伸长率ε。7.1玻璃态与结晶态聚合物的力学性质（4）当温度升至Tg以上，试样进入高弹态，在应力不大时，就可发生高弹形变，如曲线④，无屈服点，而呈现一段较长的平台，直到试样断裂前，曲线又出现急剧的上升。7.1玻璃态与结晶态聚合物的力学性质2.结晶态高聚物的拉伸7.1玻璃态与结晶态聚合物的力学性质（1）应力随应变线性增加，试样被均

7、匀的拉长，伸长率可达百分之几到十几。7.1玻璃态与结晶态聚合物的力学性质（2）到B点后，被拉伸的试样出现一个或几个“细颈”，细颈部长不断扩展，直到整个试样完全细变为止，在这个阶段，应力变化不大，而应变增加幅度很大。7.1玻璃态与结晶态聚合物的力学性质（3）变为细颈的试样重新被均匀拉伸，直到出现断裂。7.1玻璃态与结晶态聚合物的力学性质比较玻璃态高聚物的拉伸与结晶态高聚物的拉伸相同点与区别（1）相同点：两种拉伸过程都经历弹性变形，屈服