高聚物的力学性质1高聚物的机械强度和粘弹性

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1、第8章高聚物的力学性质Ⅰ:高聚物的机械强度和粘弹性聚合物的力学性能指的是其受力后的响应，如形变大小、形变的可逆性及抗破损性能等。力学行为：指施加一个外力在材料上，它产生怎样的形变（响应）形变性能：非极限情况下的力学行为断裂性能：极限情况下的力学行为弹性：可逆的形变普弹性：大应力作用下，只产生小的、线性可逆形变，它是由化学键的键长，键角变化引起的。与材料的内能变化有关：形变时内能增加，形变恢复时，放出能量，对外做功（玻璃态，晶态，高聚物，金属，陶瓷均有这种性能），普弹性又称能弹性常用术语：高弹性：小的应力作用下可发生很大的可逆形变，

2、是由内部构象熵变引起的，所以也称熵弹性（橡胶具有高弹性）粘性：不可逆的形变，在外力作用下，分子与分子之间发生位移，理想的粘性流体其流动形变可用牛顿定律来描述：应力与应变速率成正比粘弹性：同时具有液体的粘性和固体的弹性。线性粘弹性：这种粘弹性可简单地看作符合胡克定律的线性弹性行为和符合牛顿定律的线性粘性行为的组合。否则为非线性粘弹性。静态力学性能：在恒应力或恒应变情况下的力学行为动态力学性能：物体在交变应力下的粘弹性行为应力松弛：在恒应变情况下，应力随时间的变化蠕变：在恒应力下，物体的形变随时间的变化强度：材料所能承受的应力韧性：材

3、料断裂时所吸收的能量8.1描述材料力学行为的基本物理量8.1.1.1应力和应变、弹性模量和柔量8.1.1应力、应变及弹性模量当材料受到外力作用，而其所处的条件使其不能产生惯性移动时，其几何形状和尺寸将发生变化，这种变化称为应变材料发生宏观形变时，其内部分子间以及分子内各原子间的相对位置和距离就要发生变化，产生了原子间及分子间的附加内力，抵抗着外力，并力图恢复到变化前的状态，达到平衡时，附加内力与外力大小相等，方向相反。定义单位面积上的附加内力为应力。对于理想的弹性固体，应力与应变关系服从虎克定律，即应力与应变成正比，比例常数称为弹

4、性模量。即弹性模量是材料发生单位应变时的应力（弹性模量=应力/应变），它表征材料抵抗变形能力的大小。模量越大，材料越不容易变形，表示材料刚度越大。高分子是粘弹体，模量不再是常数为方便使用，定义模量的倒数为柔量材料受力方式不同，发生形变的方式亦不同拉伸应力=F/A0（A0为材料的起始截面积），习用应力（1）简单拉伸材料受到一对垂直于材料截面、大小相等、方向相反并在同一直线上的外力作用。材料在拉伸作用下产生的形变称为拉伸应变，也称相对伸长率ε拉伸应变（相对伸长率）e=（l-l0）/l0=Dl/l0当形变大时，面积变化大，用真面积A代

5、替A0，真应力′拉伸中的弹性模量为拉伸模量（杨氏模量）E，其倒数是拉伸柔量D材料受到与截面平行、大小相等、方向相反，但不在一条直线上的两个外力作用，使材料发生偏斜。其偏斜角的正切值定义为剪切应变（）。（2）简单剪切剪切应变剪切应力s剪切模量的倒数是剪切柔量J（3）均匀压缩压缩应变体积模量K材料受到均匀压力压缩时发生体积收缩压缩应变体积模量的倒数是可压缩度B泊松比:在拉伸实验中，材料横向应变与纵向应变之比值的负数对于大多数材料来说，拉伸时有体积变化，一般会发生体积膨胀，泊松比在0.2-0.5之间。橡胶和小分子的泊松比接近于0

6、.5，接近于理想不可压缩体。8.1.1.2泊松比三种基本变形的弹性模量分别称为杨氏模量、剪切模量和体积模量，分别计为E、G、B，外加泊松比，构成描述材料力学性质的四个主要参数。各向同性材料，四个参数只有两个是独立的对于各向异性材料来说，情况要复杂得多，通常至少有5-6个弹性模量，有的多达36项。假若材料是不可压缩的，即无论施加多大的流体静压P，体积应变始终为零。即相当于K＝∞。弯曲：对材料施加一弯曲力矩，使材料发生弯曲。主要有一点弯曲和三点弯曲材料受力方式除以上三种基本类型外，还有弯曲和扭转扭转：对材料施加扭转力矩机械强度是材

7、料所能承受的最大应力，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、疲劳等。拉伸强度是衡量材料抵抗拉伸破坏的能力，也称抗张强度8.1.2高聚物材料机械强度评价指标指标8.1.2.1拉伸强度与压缩强度在规定试验温度、湿度和实验速度下，在标准试样上沿轴向施加拉伸负荷，直至试样被拉断。试样断裂前所受的最大负荷P与试样横截面积之比为抗张强度tt=Fmax/b•d但要注意试样宽度与厚度在拉伸过程中是随试样拉伸而逐渐减小的，由于达到最大载荷时的b、d值的测量很不方便，工程上一般采用起始

8、尺寸来计算拉伸强度。E=（ΔF/bd）/（Δl/l0）式中ΔF为变形较小时的载荷类似，如果向试样施加单向压缩载荷，则侧得压缩强度和压缩模量。理论上二者应相等，实际上压缩模量通常稍大于拉伸模量。由于整个拉伸过程中，高聚物的应力和应变的关系并非线性的，