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高分子材料性能学课件4

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高分子材料的结构及其性能PPT(36张)

高分子材料的结构及其性能PPT(36张)
态。 此时，只有比链段更小的结构单元如链节、侧基等能够运动。 受外力作用时，只能使主链的键长和键角有微小的改变，外力去除后形变能迅速回复，这 是一种普弹性状态。
B、高弹性 随着温度的升高，当T＞Tg 时，分子的动能增加，使链段的自由旋转成为可能，此时，试
样的形变明显增加，在这一区域中，试样变成柔软的弹性体，称为高弹态。 高弹态时，弹性模量显著降低，外力去除后，变形量可以回复，有明显的时间依赖性。由
如图16-7，在间同立构高聚物中， 原子或原子团会交替分布在主链两侧； 在全同立构高聚物中，原子或原子团 则全部排列在主链同一侧；而在无规立构高聚物中，主链两侧原子分布是随机的。
这种化学成分相同，但由于不对称取代基沿分子主链分布不同的现象，就叫做 高分子的立体异构现象。
2、大分子链的构象及柔性 高聚物结构单元是通过共价键重复连接形成线型大分子，共价键的特点是键能
2、单体 高分子化合物是由低分子化合物通过聚合反应获得。
组成高分子化合物的低分子 化合物称作单体。所以我们经 常说，高分子化合物是由单体 合成的，单体是高分子化合物 的合成原料。如图16-2，聚乙 烯是由乙烯（CH2＝CH2）单 体聚合而成的。 高分子化合物的相对分子质 量很大，主要呈长链形，因此 常称作大分子链或者分子链。 大分子链极长，可达几百纳米以上，而截面一般小于1nm。
物，简称高聚物材料，是以高分子化合物为主要组分的有机 材料，可分为天然高分子材料和人工合成高分子材料两大类。 天然高分子材料包括如蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、天然橡 胶、淀粉和蛋白质等。 人工合成高分子材料包括如塑料、合成橡胶、胶粘剂和涂料 等。工程上使用的主要是人工合成的高分子材料。
一、高聚物的基本概念 1、高聚物和低聚物 高分子化合物是指相对分子质量很大的化合物，其相对分子质量在5000

4.高分子材料性能与表征

4.高分子材料性能与表征
Maxwell模型的应力松弛方程 模型的应力松弛方程
σ(t) σ(0)
模拟线形聚合物的应力松驰行为 模拟线形聚合物的应力松驰行为 线形聚合物
t
线形聚合物产生应力松弛的原因: 线形聚合物产生应力松弛的原因:试样所承受的应力 逐渐消耗于克服链段及分子链运动的内摩擦阻力 内摩擦阻力上 逐渐消耗于克服链段及分子链运动的内摩擦阻力上.
4.1.1粘弹性力学模型 粘弹性力学模型
可以得到聚合物粘弹性总的,定性的概括. 可以得到聚合物粘弹性总的,定性的概括. 基本元件: 基本元件: 弹簧: 弹簧: 理想弹性体) (理想弹性体) σ=Eε ε
粘壶: 粘壶: 理想粘性体) (理想粘性体)
dε σ=η dt
1. Maxwell 模型 一个弹簧与一个粘壶串联 串联组成 一个弹簧与一个粘壶串联组成
σ 对假塑性流体 η0 随 γ , 而 ,下降的程度与聚合物 下降的程度与聚合物 种类,分子量及分布有关. 种类,分子量及分布有关.
1~1.5 MMc 时 有 η0∝ Mw
MMc 时 有
3 η0∝ Mw.4
2 ) 与温度有关
η = A e
E
RT
T
η
式中,A为与剪切速率,剪切力和分子结构有关的常数; 式中, 为与剪切速率,剪切力和分子结构有关的常数; 为与剪切速率 E为粘性流动活化能.如果 为粘性流动活化能. 越敏感. 为粘性流动活化能 如果E ,则 η 对T越敏感. 越敏感
可由服从虎克定律的线性弹性行为和服从牛顿定律 的线性粘性行为的组合来描述的粘弹性. 的线性粘性行为的组合来描述的粘弹性. 粘弹性 蠕变,应力松弛属于静态粘弹性; 蠕变,应力松弛属于静态粘弹性;滞后现象属于动 态粘弹性. 态粘弹性. 通过对粘弹性的研究:首先为聚合物的加工和应用 提供力学方面的理论依据.其次还可从其中获得分 提供力学方面的理论依据. 子结构和分子运动的信息(平均分子量; 子结构和分子运动的信息(平均分子量;交联和支 结晶和结晶状态;共聚结构;增塑;分子取向; 化;结晶和结晶状态;共聚结构;增塑;分子取向; 填充;与上述因素有关的运动学问题. 填充;与上述因素有关的运动学问题.

高分子材料PPT课件

高分子材料PPT课件

高分子材料遍及各行各业，各个领域：包装、农林牧渔、建筑、电子
电气，交通运输、家庭日用、机械、化工、纺织、医疗卫生、玩具、文 教办公、家具等等。
• 农用塑料：①薄膜 ②灌溉用管。
• 建筑工业：①给排水管PVC、HDPE ②塑料门窗 ③涂料油漆 ④ 复合地板、家具人造木材、地板 ⑤PVC天花板。
• 包装工业：①塑料薄膜：PE、PP、PS、PET、PA等 ②中空容器： PET、、PE、PP等 ③泡沫塑料：PE、PU等。
2020年9月28日
6
我国近代高分子科学的发展
• 我国高分子研究起步于50年代初，唐敖庆于1951年，发表 了首篇高分子 科学论文。
• 长春应化所1950年开始合成橡胶工作（王佛松，沈之荃）；
• 冯新德50年代在北京大学开设高分子化学专业。
• 何炳林50年代中期在南开大学开展了离子交换树脂的研究。
• 汽车工业：塑料件、仪表盘、保险机、油箱内饰件、坐垫等。
• 军工工业：飞机和火箭固体燃料（低聚物）、复合纤维等。
2020年9月28日
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• 电气工业 ：①绝缘材料（导热性、电阻率）等、导电高分子；
②电子：通讯光纤、电缆、电线、光盘、手机、电话；
③家用电器：外壳、内胆（电视、电脑、空调）等。
• 医疗卫生中的应用： 人工心脏、人工脏器、人工肾（PU）、人工 肌肉、 输液管、人工肌肉、输液管、血袋、注射器、可溶缝合线 等。
• 1893年，法国人De Chardonnet发明粘胶纤维。
• 1907年，第一个合成高分子—酚醛树脂诞生。
• 1920年，德国人Staudinger发表了“论聚合”的论文，提 出了高分子的概念，并预测了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲 酯等聚合物的结构。1953年获诺贝尔化学奖。

高分子物理——第四章 非晶态高聚物ppt课件

高分子物理——第四章 非晶态高聚物ppt课件

（三）、高弹态（橡胶态）
力学特征：ε大，约100 ～1000%，且可逆，具有高 弹性，称为高弹态，为聚合物特有的力学状态。模量 E进一步降低—聚合物表现出橡胶行为
分子运动：链段运动
热运动 T↑，链段运动能力↑，ε↑
外力
蜷曲
伸长
T↑，大分子链柔性↑，回复力↑
高弹形变是链段运动使分子发生伸展
卷
曲的宏观表现。回复力↑（抵抗形变）与流动性
主价力（键合力、化学键）
共价键：由原子的价电子自旋配对所形成的键。 C—C（键长、键角、键能） 特点：不离解、不导电、具饱和性和方向性 类型：σ键（电子云分布轴对称）、π键（对称面）
离子键：由正负离子间的静电相互作用形成的键。 金属键：由金属原子的价电子和金属离子晶格之间的相互作用
形成的
次价力（此作用力的大小决定了分子结构，特别是聚集态结构）
⑴ 静电力（取向力，偶极力） 极性分子、永久偶极间
其大小同
偶极矩
↑而↑
定向程度 有关 ↑而↑
T
↑而↓
它是极性分子间的主要作用力
12～21KJ/mol
⑵ 诱导力 永久偶极与由它引起的诱导偶极间 极性分子之间或极性分子与非极性分子间 6～12KJ/mol
⑶ 色散力 是分子瞬时偶极之间的相互作用力 存在于一切分子中（极性或非极性），具加和
4、晶区的分子运动：晶区缺陷的运动、 晶型转变、晶区的局部松驰、折叠链的“手 风琴式”运动。
2，3，4都是小尺寸运动，或者微布朗运动
在上述运动单元中，对聚合物的物理和力 学性能起决定性作用的、最基本的运动单元， 只有1、2两种，而整链运动是通过各链段协同 运动来实现的，因此链段运动最为重要，高分 子材料的许多性能都与链段运动有直接关系。

高分子材料的性能与研究方法(ppt 28页)

高分子材料的性能与研究方法(ppt 28页)

料
医用高分子
概念：可应用于医药的人工合成（包括改性）的
高分子材料，不包括天然高分子材料、生物高分子 材料、无机（高分子）材料等在内。
分 类
基本：（1）、组织相容性：材料自身稳定性及于机 要求 体组织亲和性（容忍性），材料对集体的影
响； （2）、酶生物老化性：材料对人体复杂环境 的适应性（抗“体内老化”性） （3）、血液适应性：不凝血、不溶血、不改 变血液中的蛋白、不破坏血小板、不在引发 血栓形成等。
功能高分子材料
分类：（1）化学功能：感光高分子、氧化还原树脂、离子交
高
换树脂、高分子催化剂、光降解塑料、固体电介质等；
分
（2）物理功能：导电高分子、压电高分子、高分子极 驻体、旋光性高分子、磁记录高分子、荧光体等； （3）化学、物理复合功能：高分子吸附剂、絮凝剂、
子 发 光 板
表面活性剂、染料、稳定剂、高吸水材料等；
2、连锁聚合反应（链式聚合、链式反应）： 单体被某种能量激活，是指链接到具有能量 的基团上，从而再激发另一个单体使之在连 接到这个增长的基团上，如此往复连成高分 子。包括自由基聚合与离子聚合。
4、高分子共混：多种高分子共混，形成有 特点的新的高分子材料。包括机械粉末共混、 溶液共混、乳液共混、熔融共混、化学反应 性共混等。
复合材料：以一种材料为基体（基体材料），另一
种材料为增强体（增强材料）组合而成的材料。 聚合物基复合材料通常以塑料或橡胶为基体，以纤维 为增强材料。
优势性能：强度高、力学性能好，抗疲劳性能好，
减震性能好，热变形温度高。
应用领域：
（1）航天航空（机翼、卫星天线、太阳能电池翼、大型运载火箭壳体等）； （2）汽车工业（车身、受力构件、传动轴、发动机架及内部构件等）； （3）化工、纺织、机械制造（化工设备、纺织机、复印机、高速机床等）； （4）医学领域（医用X光机、矫形支架等）。

高分子材料(力学性能) ppt课件

高分子材料(力学性能) ppt课件

三、粘弹性
§5.1 力学性能
三、粘弹性
§5.1 力学性能
2、动态粘弹性 （滞后）
• 滞后：一定温度下，受交变的应力，形变随时
间的变化跟不上力随时间的变化
应力周期性变化：σ＝σ 0 Sin ω t 应变：ε ＝ε 0 Sin（ω t ＋δ ）
落后一相位角
结果：产生滞后圈－－能耗
（机械能（弹性能）－－热能） －－－－力学损耗
如何§解5.决1 ？力学性能
1、特征
➢涂料涂装时流挂问题如何 解决？
1) 粘度大；分子量越大，粘度越大；分布越宽，粘度越大；
2) 流动机理：分子重心相对位移，是由链段的相继跃迁实 现的
3) 伴有高弹形变－－－具有粘弹性
现象：出口膨大、爬杆效应、融体破裂
一、高聚物的流动性 ？？？
§5.1 力学性能
4）是一假塑性流体：
运动单元高度取向（m 不为零）
1、拉伸过程 (非晶、结晶高聚物）
C 断裂:
脆性断裂：没有屈服，断裂面光滑；
§5.1 力学性能
四 屈服、强度与断裂
韧性断裂：出现屈服后的断裂，断裂面粗糙。
T < Tb 时： σB <σY －－－脆性断裂
1、拉伸过程 (非晶、结晶高聚物）
2) 结晶高聚物的应力~应变曲线
1、拉伸过程 (非晶、结晶高聚物） §5.1 力学性能
四 屈服、强度与断裂
注意: • 使用时υ趋于很小－－－长期强度，其远远小于所测值 ，
例：PVC: σB(1000h）＝1/2σB （测） • Tb、Tg测定时，是在一定时间尺度下，
（ υ比较小，时间长） 实际受力时（特别是在冲击力时）往往υ很高， 例：PVC 的Tb= - 50度，T使> - 30 ~ -15度

高分子材料-4.5-热塑性弹性体PPT课件

刚开始时塑料为分(Fen)散相，橡胶为连续相。
但在共混过程中，橡胶同时发生原位交联反 应，黏度大增，在机械剪切力的作用下被破 碎为微米级的颗粒。
同时发生相反转，塑料变为连续相，交联橡 胶微粒变为分散相。
TPV是Thermal Plastic Vulcanizate的缩写。
.
17
第十七页，共二十四页。
玻璃态或结晶态微区
.
5
第五页，共二十四页。
<二> 苯乙烯类热塑性弹性体
1. 结构
苯乙烯类嵌段(Duan)共聚型热塑性弹性体的结构 为S—D—S。S为聚苯乙烯硬段(Duan)，其聚集微 区为无定形玻璃态——物理交联点；D为聚 二烯烃或氢化聚丁二烯软段，在常温下处于 高弹态——提供橡胶的弹性。
.
6
第六页，共二十四页。
第十二页，共二十四页。
<四> 乙(Yi)烯-α辛烯共聚物（POE）
1. 结构
该TPE是通过乙烯与α辛烯在茂金属催化剂的 催化下定向共聚而成的具有特殊序列分布的 聚烯烃共聚物。POE是Poly Olefin Elastomer 的缩写。
辛烯共聚单体在分子链上均匀分布，其质量 含量>20%wt。
引入少量的辛烯破坏了与其相邻接碳的结晶， 形成具有无定形结构的弹性区；剩余的PE微 结晶区起到了物理交联点的作用。
POE主链的特性与PE类似——良好的绝缘性 和耐化学介质性。
但耐热性低——永久变形大。
通过部分交联的方式可以改善。
3. 应用
替代EPDM制(Zhi)造防水卷材，耐候性更好。
微交联的POE——高耐候电缆料。
POE还可以用于PP的增韧改性剂，在提高韧 性的同时，强度和加工性牺牲较小。

《高分子材料性能学》PPT课件

14
八、本课程的学习方法
预备知识：材料力学、高分子材料科学基础、 高分子物理
学习方法：性能的基本概念——物理本质—— 影响因素——性能指标的工程意义—— 指标的测试与评价
理论联系实际、重视实验
15
八、参考书目
1. 《材料性能学》王从曾主编，北京工业大学出版社，2001年 2. 《材料性能学》张帆等主编，上海交通大学出版社，2009年 3. 《高分子物理》何曼君等主编，复旦大学出版社，2001年 4. 《高分子物理》金日光等主编，化学工业出版社，2007年 5. 《高聚物的力学性能》何平笙编著，中国科学技术大学出版社，
外界作用下的综合反映 影响因素：内因（材料结构），外因（温度等） 性能测试：测试原理、设备、方法
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六、高分子材料性能学的主要内容
• 高分子材料的常规力学性能 （6课时） • 高分子材料的高弹性与粘弹性 （5课时） • 高分子材料的断裂 （5课时） • 高分子材料的力学强度 （5课时） • 高分子材料的疲劳性能 （3课时） • 高分子材料的磨损性能 （3课时） • 高分子材料的热、电、磁、光学性能 （15课时） • 高分子材料的老化性能 （4课时）
3
2.橡胶：
天然橡胶
(聚异戊二烯)
合成橡胶
( 顺丁,丁苯,丁腈, 氯丁橡胶)
室温弹性高；形变大（可达1000%），外力去除后，能迅速恢复原状；弹性模量小， 约105~104Pa。
4
3.纤维
聚酯纤维(涤纶，如PET) 聚酰胺纤维（如尼龙，锦纶）
腈纶(PAN) 丙纶(PP) 维纶（PVA）
弹性模量较大，约109~1010Pa。 形变小，机械性能随温度变化不大
9
力学性能：材料在外加载荷作用下或载荷与环境联合作用下所表现的行为— 变形和断裂。即材料抵抗外载引起变形和断裂的能力。

高分子材料课件(专业)经典.ppt


②链节：
氯乙烯 苯乙烯
定义：构成高聚物的重复结构单元称为链节。
例：
氯乙烯链节
尼龙-66链节
③聚合度：高分子链节中的数目n。
演示课件
材料科学与工程学院
2、高聚物的分子量的多分散性和平均分子量：
①高聚物的分子量是M： M m n
m:链节分子量； n:聚合度 分子量不同，高聚物的性能和 物理状态不同。例：聚乙烯
柔顺性：大分子链构象变化而获得不同蜷曲程度的特性。
演示课件
材料科学与工程学院
ⅱ、柔顺性的好坏与链中单链的内旋转的难易程度有 关。运动的单元为链段，链段包含的链节数越少， 则运动越容易，大分子链的柔顺性越好。
ⅲ、大分子链的柔顺性是高聚物与低分子物质在许多 基本性能上差异的原因。例：高弹性。
演示课件
材料科学与工程学院
演示课件
材料科学与工程学院
特点： 官能团之间反应，缩聚物有特征结构官能团； 有低分子副产物； 缩聚物和单体分子量不成整数倍。
演示课件
材料科学与工程学院
四、高分子材料的分类
①按来源： ⅰ、天然聚合物：天然橡胶，纤维素，蛋白质等。 ⅱ、人造聚合物：经人工改性的天然聚合物。
例：硝酸纤维。 ⅲ、合成聚合物：完全由低分子人工合成。
特点：聚合物的结构单元与单体组成相同；
分子量是单体分子量的整数倍； 聚合过程无副产物生成。
演示课件
材料科学与工程学院
共聚物: 由两种或两种以上的单体经过加聚反应生
成的高分子化合物。
例：ABS塑料。A：丙烯脂 B：丁二烯 S：苯乙烯
n[xCH=CH+gCH2 =CH-CH=CH2 +zCH=CH2 ]
的主力军。
演示课件

高分子材料ppt[完整版本]


•
1909年 美国人Leo Baekeland用苯酚与甲醛反应制造出第一种完全人工合成的塑料——酚醛树酯。
•
1920年 德国人Hermann Staudinger发表了“关于聚合反应”的论文提出：高分子物质是由具有相同化学结构
的单体经过化学反应（聚合），通过化学键连接在一起的大分子化合物，高分子或聚合物一词即源于此。
• 按高分子排列情况分类：结晶高聚物，非 晶高聚物。
完整编辑ppt
7
4. 性能介绍
• 高分子材料的结构决定其性能，对结构的控制 和改性，可获得不同特性的高分子材料。高分子 材料独特的结构和易改性、易加工特点，使其具 有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能，从 而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个 领域，并已成为现代社会生活中衣食住行用各个 方面不可缺少的材料。 很多天然材料通常是高 分子材料组成的，如天然橡胶、棉花、人体器官 等。人工合成的化学纤维、塑料和橡胶等也是如 此。一般称在生活中大量采用的，已经形成工业 化生产规模的高分子为通用高分子材料，称具有 特殊用途与功能的为功能高分子
子化学作为一门新兴学科建立的标志。
•
1935年 杜邦公司基础化学研究所有机化学部的Wallace H. Carothers合成出聚酰胺66，即尼龙。尼龙在1938年
实现工业化生产。
•
1930年 德国人用金属钠作为催化剂，用丁二烯合成出丁钠橡胶和丁苯橡胶。
•
1940年 英国人T. R. Whinfield合成出聚酯纤维（PET）。
天然橡胶。
•
1956年Szwarc提出活性聚合概念。高分子进入分子设计时代。
•
1971年S. L Wolek 发明可耐300℃高温的Kevlar。
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7
高分子材料性能学
2. 动力学理论（Zhurkov理论） 主价键从完整态A转变到断裂状态B是一个活化过程， 可用化学动力学方法处理，建立强度的动力学理论。
8
高分子材料性能学
当应力增大到临界值
，使 c
U f U ' a U ' b 0
且链断裂速率超过逆向（键再生）速率，主价键断 裂。据化学反应动力学理论，键断裂频率（ν）为
理论强度：21010N/m2，而实际的抗张强度仅为108N/m2 原因：实际的聚合物达不到那种完全规整的水平，存在应 力集中（杂质，小裂纹，空隙，缺口）
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高分子材料性能学
2.分子间滑脱： 断裂需要破坏分子链尺寸范围内的分子间作用力。 氢键：20KJ/mol，假设0.5nm有一个氢键，分子间的滑 脱尺寸为100nm总能量可以达到4000KJ/mol，即使没有 氢键，05.nm的链段的内聚能假设为5KJ/mol，100nm长 的分子链的内聚能1000KJ/mol，比化学键来的高，所以 发生这种断裂是不可能的。
25
高分子材料性能学
1 化学结构 材料的强度取决于主价键和次价键，因此高分子 材料的化学结构是影响其强度的根本因素。 主链含有芳杂环的高聚物，其强度和模量都比脂 肪族主链高 增加取代基的极性或产生氢键可使强度提高，极 性基团或氢键的密度愈大，强度愈高。
E 13.3
2
26
Байду номын сангаас
高分子材料性能学
22
高分子材料性能学
3 抗压强度
p t f
4 疲劳强度
f 为试样原截面积
试样承受循环应力而产生循环应变，以致使试样 力学性能减弱或破坏时的强度
23
高分子材料性能学
5 冲击强度 高聚物材料的冲击强度是材料在高速冲击状态下的 韧性或抗断裂的度量，是指标准试样在断裂时单位 面积上所需的能量 。
A Wl (cos cos )
b Kv e o
o

为取向因子，表示与伸长轴呈有效角度 以内的取向网链的比例
b(MPa)
5 4 3 2 1 0 0 1 2
3
测定 理论
wo 1 1
(1 b )
2 3
1
2
3
4
5
1/Mc /(10 ) (g/mol)
13
高分子材料性能学
4.2 高聚物的理论强度
高分子抵抗断裂的能力称为高分子的强度。 高分子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。 从分子水平上看，高分子的断裂要破坏分子 内的化学键和分子间的范德华力与氢键。
强度和模量均明显下降
增塑剂的加入对高聚物起了稀释作用，减少了高分子 链之间的作用力，因而强度降低，强度的降低值与增塑 剂的加入量约成正比
36
高分子材料性能学
表4-8 CaCO3对软PVC的影响
填充系数
（以塑料为100）
拉伸强度/MPa 断裂伸长率/% 杨氏模量/Mpa 19.1 19.5 20.0 19.5 17.0 12.2 380 365 335 375 320 260 10.24 10.38 10.48 11.52 11.06 8.69
28
高分子材料性能学
表4-5 聚丙烯拉伸性能与球晶尺寸的关系 球晶尺寸 / 拉伸强度 / m
MPa 30.0 22.5 12.5 10 100 200 断裂伸长率 / ％ 500 25 25
均 匀 小 球 晶

大 球 晶
0
100
200
300
400
500
/%
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高分子材料性能学
4 交联
交联可以提高材料抗蠕变能力，提高断裂强度。 适度交联强度增加； 过度交联将使材料变脆弱
橡胶的拉伸强度与交联剂用量的关系
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高分子材料性能学
5 取向
取向使力学性能产生各向异性，在取向方向得到增强 对于脆性材料，平行于取向方向的强度、模量和伸长 率提高，垂直于取向方向的强度和伸长率降低。 对于塑性、易结晶材料，在平行于取向方向的强度、 模量提高，在垂直于取向方向的强度下降，伸长率增 大。
14
高分子材料性能学
内部结构的破坏可归结为以下三种情况：
化学键破坏
分子间滑脱
范德华力或 氢键破坏
15
高分子材料性能学
理论强度的计算
1.化学键
举例：共价键的键能为335～378KJ/mol（5～610-19J/ 键）键长1.5埃，两个原子的相互吸引力f＝w/d＝3～4109N/键，对聚乙烯分子截面为2010－20m2则可以计算最大
18
高分子材料性能学
在断裂时三种方式兼而有之，通常聚合物理论断裂强 度在几千MPa，而实际只有几十MPa 。
PA, 60 MPa PPO, 70 MPa
1 1 exp eriment ( ~ ) theory 100 1000
理论值与实验结果相差 原因
样条存在缺陷
？
应力集中
19
高分子材料性能学
W为冲击锤之重量； l为冲击锤之摆长； α为冲击锤冲击前之 扬角；β为冲击锤冲断试样后的升角
24
高分子材料性能学
4.4 影响高聚物的强度因素
凡是有利于提高材料的弹性模量、有利于增加断 裂过程的表面功和增加分子稳定性的因素，都使材 料的强度提高； 凡是使材料形成弱点而增加应力分布的不均匀性 的因素，都使材料的强度下降。
温度升高，材料屈服强度明显降低，对断裂强度 影响较小. 拉伸速率提高屈服强度上升.
b

y
T b1 T b2
T
33
高分子材料性能学
7 应力集中物
缺陷的存在将使材料受力时内部压力分布不平均，缺 陷附近范围内的应力急剧地增加，远远超过压力平均 值，这种现象称为应力集中，缺陷就是应力集中物 纤维直径减小有利于减小纤维表里的差别，降低缺陷 出现的概率。 锐口的小裂缝甚至比钝口的较大缺陷造成更大的应力 集中
2 分子量
分子量是对高分子材料力学性能（包括强度、弹性、韧 性）起决定性作用的结构参数。 不同聚合物，要求的最小聚合度不同 超过最小聚合度，随分子量 增大，材料强度逐步增大。但 当分子量相当大，材料强度主 要取决于化学键能的大小，不 再依赖分子量而变化。
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3 结晶
主要影响因素有结晶度、晶粒尺寸和晶体结构 结晶度上升，材料的屈服强度、断裂强度、硬度、弹 性模量均提高，但断裂伸长率和韧性下降 均匀小球晶能使材料的强度、伸长率、模量和韧 性得到提高，而大球晶将使断裂伸长和韧性下降 伸直链晶体的拉伸强度最大，串晶次之，球晶 最小
0 expU ab c / RT
试样实现破裂的时间 (t f )
t f 1/ v
t f t 0 expU ab c / RT
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ln t f 常数 U ab c / RT
从 ln t f 对1/T和
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表4-7 几种高聚物室温下产生裂纹的临界应力 临界应力 （kg/cm2） 113 246 ≤429 ≤430 临界应变 (%) 0.35 1.3 1.5 1.50 tmax （h） 24 0.1 24 24 屈服应力 （kg/cm2） 703 914 703 633
高聚物 聚苯乙烯 有机玻璃 聚苯醚 聚碳酸酯
链末端
链缠结 次价键
交联点
片晶内缺陷
分离的异物
微空洞
层间区 微区 结晶区域 填料粒子 （无定型区） 边界 （相容性差）
可能导致聚合物强度下降的微观结构细节示意图
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4.3 高聚物的主要力学强度
张应力 拉伸强度 抗弯强度 抗压强度 疲劳强度 冲击强度 拉伸模量 弯曲模量
高聚物的 力学强度
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4.1 高分子材料强度的微观理论
1. 理论强度的原子分子论述 材料的强度大小取决于主价键和次价键的强度。 主价键（化学键），键能较高，约100 KCa·mol-1。 次价键（范德华力），约10 KCa·mol-1以上。 高聚物的断裂最终是主价键的断裂
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th
tmax是指在临界应力和临界应变下产生裂纹所需的最大时间
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8 填料和增塑剂 惰性填料增强作用： E E 0 1 A B
（1+AΦ+BΦ2）倍，这种现象称为体积效应，

2

在较低的填充范围内，填充后的高聚物其弹性模量可提高
也称为增强体积分数。当超出一定的用量范围，拉伸
2 x 2 x sin th
材料的本征破裂能 G0
G0

2 0
th 2x th sin dx
d 2U 0 dx 2
只有次价键的断裂，则
G0 2
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x l l0 假设试样形变时宏观应变 l0 等于微观应变 h p
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0 5 10 25 50 100
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4.5 高分子材料的增强改性
1 高分子材料的强化原理
（1）在大分子链中引入极性基团或能形成氢键的基团 （2）对高聚物链段进行适度的交联，可以提高强度 （3）提高高聚物的结晶度；加入成核剂形成微晶；取向 （4）定向聚合制备结构规整均一的高聚物，提高结构的 均一性
RT 2M c 2 1 b b b Mc Mn
Mn 值愈大,单位体积内的自由链端数 (




增大；