高聚物的力学性能课件.ppt

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1、第7章　高聚物的力学性能17.1高聚物的强度强度是指物质抵抗破坏的能力张应力拉伸强度弯曲力矩抗弯强度压应力压缩强度拉伸模量弯曲模量硬度如何区分断裂形式？——关键看屈服屈服前断脆性断裂屈服后断韧性断裂2常用的几种力学强度拉伸强度σt=P/bd（最大负荷/截面积)MPa1MPa=9.8kg/cm2≈10kg/cm2弯曲强度σf=1.5(Plo/bd)MPa冲击强度σi=W/bdkg·cm/cm23三种应变模量的关系对于各向同性的材料有E=2G(1+ν)ν(泊松比):横向形变与纵向形变之比一般材料ν约为0.2~0.5注意!上述四个

2、参数中只有两个是独立的4不同材料的泊松比材料名称泊松比材料名称泊松比锌0.21玻璃0.25钢0.25~0.35石料0.16~0.34铜0.31~0.34聚苯乙系0.33铝0.32~0.36聚乙烯0.38铅0.45赛璐珞0.39汞0.50橡胶类0.49~0.505常见塑料的拉伸和弯曲强度塑料名称拉伸强度（MPa）伸长率%拉伸模量（GPa）弯曲强度（MPa）弯曲模量（GPa）低压聚乙烯22～3960～1500.84～0.9525～401.1～1.4聚苯乙烯35.2～63.312～252.8～3.561.2～98.4ABS塑料16

3、.9～63.310～1400.7～2.925.3～94.93.0有机玻璃49.2～77.32～103.291.4～119聚丙烯33.7～42.2200～7001.2～1.442.2～56.21.2～1.6聚氯乙烯35.2～63.320～402.5～4.270.3～112尼龙6683603.2～3.3100～1102.9～3.0尼龙674～781502.61002.4～2.6尼龙101052～55100～2501.6891.3聚甲醛62～6860～752.891～922.6聚碳酸酯6760～1002.2～2.498～1062.

4、0～3.0聚砜72～8520～1002.5～2.9108～1272.8聚酰亚胺94.568＞1003.2聚苯醚86.5～89.530～802.6～2.898～1372.0～2.1氯化聚醚42.360～1601.170～770.9线性聚酯802002.9117聚四氟乙烯14～25250～3500.411～146几种金属材料和塑料(增强)的比强度材料名称比重拉伸强度（MPa）比强度高级合金钢8.01280160A3钢7.8540050铝合金2.8420160铸铁7.424032聚乙烯0.953031.6尼龙661.128374.

5、1玻璃增强尼龙661.3～1.598～218143聚酯玻璃钢1.8290160环氧玻璃钢1.73500280酚醛玻璃钢1.75200115玻璃增强聚碳酸酯1.4120～13092.9玻璃增强聚乙烯1.16357.3玻璃增强聚丙烯1.05～1.2442～6350.8玻璃增强聚苯乙烯1.2～1.363～8464.6玻璃增强ABS1.23～1.3659～13397.87材料的断裂方式分析聚合物材料的破坏可能是高分子主链的化学键断裂或是高分子分子间滑脱或分子链间相互作用力的破坏。化学键拉断15000MPa分子间滑脱5000MPa分子

6、间扯离氢键500MPa范德华力100MPa理论值8高聚物的理论强度化学键破坏——分析思路共价键的键能每根键的键能拉断一根键的力拉断单位面积的力(拉断强度)*C-C键的键能U:350千焦/克分子*每根键的键能:E=U/N≈6*10-12尔格/键*共价键的原子位移:*拉断一根键的力:F=E/d≈4*10-4达因/键9PE的理论强度由PE晶胞计算得每cm2有~5*1014根分子链∴σ≈(4*10-4达因/键)*(5*1014键/cm2)≈2*105kg/cm2PE的实际强度:200~400kg/cm210分子间滑脱◘分子链之间的次

7、价力(氢+范)全部破坏◘一般5Å长度之间的次价力约为20千焦/克分子◘1000Å长的分子链之间的次价力可达:~4000千焦/克分子≈11U对于不存在氢键的情况其作用为3U11次价力破坏——局部破坏◘氢键解离能~20kJ/mol作用距离~3Å破坏一个氢键约需作用力:1×10-10牛顿/个◘范德化力解离能~8kJ/mol作用距离~4Å破坏一个范德化力约需:3×10-11牛顿/个◘假定在25Å2上有一个氢键和一个范德化力◘理论强度:氢键作用σ≈3×103kg/cm2范德化力作用σ≈1×103kg/cm2◘与高度取向纤维的强度达到同

8、一数量级液晶聚芳酯纤维σ≈1176kg/cm212高聚物破坏的过程首先——在未取向部分的次价力(局部)被破坏然后——由于应力集中使分子主链(局部)断裂最后——继续由于应力集中使出现宏观上的断裂13高聚物分子结构的影响*增加分子链间的作用力可提高拉伸强度*引入极性基团和形成氢键的基团σ聚酰胺