高分子材料的力学性能

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1、高分子材料的力学性能东南大学材料学院土木工程材料教研室高建明jmgao@seu.edu.cn,材料大楼510室025-52090639,13505185020高分子材料---古老而年轻的材料古老---远古时期开始，人类已经学会使用天然高分子材料，如自然界的树脂、皮毛、蚕丝、棉花、纤维素、木材等；年轻---从科学和工程意义上研究高分子材料，在合成高分子材料出现之后，不过半个世纪。高分子材料工业的初创时期1826年，发现天然橡胶的组成C5H81839年实现了笨乙烯的聚合；1907年合成了第一个高分子材料—酚醛树脂。19

2、20年Staudinger提出了高分子的概念，并于1953年获得诺贝尔奖。高分子材料工业的发展期20世纪30年代到70年代。对聚合理论、结构与性能的关系进行了大量的研究。发现了催化剂并在烯烃聚合中的应用。通用塑料及工程塑料相继问世。K.ziegler1963获得诺贝尔奖.P.J.Flory1974年获得诺贝尔奖.高分子材料全面发展时期20世纪70年代至今。塑料产量达1亿吨。研究可设计性能的聚合物。高分子合金化及其技术。高分子化合物与无机物复合技术。环境友好型高分子材料的研制。中国高分子材料工业起步晚----1958

3、年建成了年产3000吨聚氯乙烯树脂工厂。发展快----目前塑料产量位居世界第二,仅次于美国。差距大----人均塑料不到20公斤,发达国家60—120公斤。品种、加工技术、模具等方面有很大差距。前景好。高分子材料的分类---按来源分天然高分子材料天然高分子衍生物合成高分子材料高分子材料的分类---按用途分类结构高分子材料功能高分子材料高分子材料的分类---按工业生产分类通用高分子材料特种高分子材料高分子化合物(高聚物)的特征高分子化合物的分子量都在几千以上,有的高达数万、数十万或更大。高分子是由许多结构相同的小单元（

4、链接）重复组成的长链化合物。如乙烯（H2C=CH2）的分子量为28，由乙烯单体聚合而成的高分子化合物聚乙烯（-H2C=CH2-）n分子量则在1000-35000之间或更大，n称为聚合度，表示一个高分子中的链接数目。高分子化合物(高聚物)的特征一种高分子化合物是许多结构和性质相类似而聚合度不完全相等的高分子的混合物------同系聚合物。高分子化合物是不同分子量的同系聚合物。高分子化合物的分子量只能用平均分子量来表示。具有长链。根据分子链的形状不同，高分子化合物又分为线型的、支链型的和体型的等几种结构高分子化合物(高

5、聚物)的特征线型高分子化合物的主链原子常排列成长链状、如聚乙烯、聚氯乙烯等属于这种结构。支链高分子化合物的主链也是长链形状，但带有大量的支链。其结晶化倾向降低，形成无定型的聚合物。----低温时呈脆性，加温时，渐渐软化进入粘流态。高分子化合物(高聚物)的特征排列规则的线型高分子会产生结晶化。体型高分子化合物的长链被许多横跨链交联成网状，或在单体聚合过程中在二维或三维空间交联形成空间网络，分子彼此固定。----热稳定性高。酚醛、环氧、聚脂等树脂的最终产物属此结构。高分子化合物基本性能（一）质轻。密度一般在0.9-2.

6、2g/cm3之间，平均约为铝的1/2，钢的1/5，混凝土的1/3，与木材相近。比强度高。其强度与表观密度之比接近甚至超过钢材。---长链型的高分子化合物分子与分子之间的接触点很多，相互之间的作用力很大；同时，分子链是蜷曲的，互相纠缠在一起。高分子化合物基本性能（二）弹性好。----受力时，蜷曲的分子可以被拉直而伸长，当外力除去后，又能恢复到原来蜷曲的状态。导热性低。约为金属的1/500—1/600。如泡沫塑料可用于保温材料。耐磨性好。如尼龙、聚四氟乙烯（塑料）等高分子化合物不仅耐磨，还具有优良的自润滑性，比金属和天

7、然材料强。高分子化合物基本性能（三）绝缘性好。----分子中的化合键是共价键，不能电离，不能传递电子；同时，由于分子细长而蜷曲，在受热或受声波作用时，分子不容易振动。-----对电、声、热的绝缘性能佳。耐腐蚀性能佳。分子链上的基团包在里面，不易被腐蚀。如聚四氟乙烯（塑料），比黄金更耐酸、碱和强氧化剂。高分子化合物的主要缺点耐热性低、耐火性差、易老化、价格高。高分子材料的力学性能特点力学性能的数值范围宽，如橡胶的弹性模量从106---109N/M2。强度低、弹性模量低。但比强度高。力学性能与分子结构有关。粘弹性。--

8、--蠕变现象，应力松弛现象。力学性能与温度有关。应用应力、应变、时间、温度来描述高分子材料的力学性能。常用高分子材料及代号酚醛树脂PF，聚乙烯PE，环氧树脂EP，聚丙烯PP，聚氯乙烯PVC，聚丙烯腈PAN，聚乙烯醇PVA，聚胺脂PU，聚苯乙烯类聚合物（PS、ABS、AS、HIPS）高分子材料的变形剪切变形θFF高分子材料的变形剪切应变特点：物体形状发生变化，