第11章 聚合物的力学性能_1

聚合物材料的力学性能第十章聚合物材料的力W性能§10-1聚合物材料的Yc性能特c分子品|大於1f以上的有C化合物Q楦叻肿硬牧希是由S多小分子聚合而成，故又Q榫酆衔锘蚋呔畚铩原子之g由共rIY合，Q橹rI；分子之g由范德瓦IB接，Q榇rI。

分子g次rI力之和h超^分子中原子g主rI的Y合力。

拉伸r常常先l生原子I的嗔选聚合物的小分子化合物Q误w，M成聚合物L的基本Y卧tQ殒。

聚合物L的重}的浚Q榫酆隙取天然的聚合物有木材、橡z、棉花、z、毛和角等。

人工合成聚合物有工程塑料、合成wS、合成橡z等一、聚合物的基本Y1、高分子的型（近程Y）由化WI所固定的缀涡睢―指高分子的化WM成、I接方式和立w型等。

D9―1。

(D9―2)。

L支、短支；型交分子、三S交分子。

由煞N以上Y误w聚合而成的聚合物Q楣簿畚铩聚合物的Y晶很y完全。

（共聚物的追N形式如D9―3。

）2、高分子的象（h端Y）一根巨分子L在空g的排布形象，Q榫薹肿渔的象。

otF、伸展、折B、螺旋等象(D9―5)。

3、聚合物聚集BY聚集BY包括晶BY、非晶BY及取向。

晶^c非晶^共存。

Y晶度＜98％，微晶尺寸在100A左右。

非晶BY的高分子多呈otF形B。

在外力作用下，聚合物的L沿外力方向排列的形BQ聚合物的取向。

4、高分子材料Y特徵w{：聚合物檠}合物（∵各巨分子的分子量不一定相同）⑴；聚合物有型、象的化；⑵分子之g可以有各N相互排列。

⑶二、性能特c(1)密度小；(2)高性；(3)性模量小（度差）；(4)粘性明@。

§10-2型非晶B聚合物的形型非晶B聚合物是指Y上o交、聚集BoY晶的高分子材料。

S囟炔煌而化，可於玻璃B、高B和粘流B三N力WB(D9―7) tb一脆化囟tg一玻璃化囟tf一粘流囟D9―8榉蔷B聚合物在不同囟认碌力一曲。

一、玻璃B下的形＜tb 聚合物於硬玻璃B，只有性形A段，且伸L率很小。

靠主IIL的微量伸s和微小的I角化F性形。

聚合物材料的力学性能研究一、引言聚合物材料因其优异的物理性质和低成本的生产工艺在工业中被广泛使用，然而聚合物材料的力学性能成为了影响其应用范围的一个关键因素。

在工程应用中，聚合物材料必须具备一定的力学性能，例如强度、韧性、刚度等。

因此，研究聚合物材料的力学性能具有极其重要的意义。

本文将分别从强度、韧性和刚度三个方面探讨聚合物材料的力学性能研究。

二、聚合物材料的强度研究强度是指受力材料最大承受力的能力。

在聚合物材料中，强度受到化学结构、晶化程度和制备工艺等因素的影响。

其中，聚合物的化学结构对其强度性能的影响最大，因为它决定了聚合物的分子量、分子量分布和化学键的类型和数量。

此外，影响聚合物材料的强度还包括晶化程度和制备工艺等因素。

研究表明，化学结构和分子量是影响聚合物材料强度的最主要因素。

其中，分子量的大小和分子量分布的宽窄对聚合物材料的强度影响极大。

较高的分子量和较窄的分子量分布可以提高聚合物材料的强度。

而分子量过高或分子量分布过窄会导致聚合物材料的加工难度增加，从而影响其生产工艺。

此外，化学结构的差异也会对聚合物材料的强度产生不同的影响。

例如在聚乙烯和聚丙烯等同属于烯烃类聚合物材料中，不饱和度的增加会降低其强度，而在芳香族聚合物材料中，饱和度的增加反而会降低其强度。

三、聚合物材料的韧性研究韧性是指材料在受冲击载荷时形变和吸收能量的能力。

聚合物材料的韧性受到其结晶度、分子量和分子量分布等因素的影响。

研究表明，增加聚合物材料的结晶度可以提高其韧性。

这是由于高结晶度会使聚合物分子之间的相互作用变强，从而增加聚合物材料的强度和韧性。

分子量和分子量分布的影响也与强度类似，即分子量和分子量分布的增加可以提高聚合物材料的韧性，但过高的分子量和过窄的分子量分布会影响材料的加工和生产。

此外，制备工艺也对聚合物材料的韧性产生影响。

例如，在高速注塑成型中，熔融聚合物材料受到剪切力的作用，从而影响其晶化程度和结晶形态，进而影响聚合物材料的韧性。

第十章聚合物材料的力学性能§10-1聚合物材料的结构与性能特点分子质量大于1万以上的有机化合物称为高分子材料，是由许多小分子聚合而成，故又称为聚合物或高聚物。

原子之间由共价键结合，称为主价键；分子之间由范德瓦尔键连接，称为次价键。

分子间次价键力之和远超过分子中原子间主价键的结合力。

拉伸时常常先发生原子键的断裂。

聚合物的小分子化合物称为单体，组成聚合物长链的基本结构单元则称为链节。

聚合物长链的重复链节数目，称为聚合度。

天然的聚合物有木材、橡胶、棉花、丝、毛发和角等。

人工合成聚合物有工程塑料、合成纤维、合成橡胶等一、聚合物的基本结构1、高分子链的构型（近程结构）由化学键所固定的几何形状--指高分子链的化学组成、键接方式和立体构型等。

见图9-1。

(图9-2)。

长支链、短支链；线型交联分子链、三维交联分子链。

由两种以上结构单体聚合而成的聚合物称为共聚物。

聚合物的结晶很难完全。

（共聚物的几种形式如图9-3。

）2、高分子链的构象（远程结构）一根巨分子长链在空间的排布形象，称为巨分子链的构象。

无规则线团链、伸展链、折叠链、螺旋链等构象(图9-5)。

3、聚合物聚集态结构聚集态结构包括晶态结构、非晶态结构及取向。

晶区与非晶区共存。

结晶度＜98％，微晶尺寸在100A左右。

非晶态结构的高分子链多呈无规则线团形态。

在外力作用下，聚合物的长链沿外力方向排列的形态称为聚合物的取向。

4、高分子材料结构特征归纳：⑴聚合物为复合物（∵各个巨分子的分子量不一定相同）；⑵聚合物有构型、构象的变化；⑶分子之间可以有各种相互排列。

二、性能特点(1)密度小； (2)高弹性； (3)弹性模量小（刚度差）；(4)粘弹性明显。

§10-2线型非晶态聚合物的变形线型非晶态聚合物是指结构上无交联、聚集态无结晶的高分子材料。

随温度不同而变化，可处于玻璃态、高弹态和粘流态三种力学状态(图9-7)tb一脆化温度 tg一玻璃化温度 tf一粘流温度图9-8为非晶态聚合物在不同温度下的应力一应变曲线。

实验7 聚合物动态力学性能的测定聚合物材料，如塑料、橡胶、纤维及其复合材料等都具有粘弹性，用动态力学的方法研究聚合物材料的粘弹性，已证明是一种非常有效的方法。

材料的动态力学行为是指材料在振动条件下，即在交变应力（或交变应变）作用下作出的力学响应。

测定材料在一定温度范围内的动态力学性能的变化即为动态力学分析（dynamic mechanical thermal analysis, DMTA ）一、二、实验目的了解动态力学分析的测量原理及仪器结构。

了解影响动态力学分析实验结果的因素，正确选择实验条件。

掌握动态力学分析的试样制备及测试步骤。

掌握动态力学分析在聚合物分析中的应用。

实验原理聚合物的粘弹性是指聚合物既有粘性又有弹性的性质，实质是聚合物的力学松弛行为。

研究聚合物的粘弹性常采用正弦的交变应力，使试样产生的应变也以正弦方式随时间变化。

这种周期性的外力引起试样周期性的形变，其中一部分所做功以位能形式贮存在试样中，没有损耗，而另一部分所做功，在形变时以热的形式消耗掉。

应变始终落后应力一个相位，以拉伸为例，当试样受到交变的拉伸应力作用时，其交变应力和应变随时间的变化关系如下： 应力 )sin(0δϖσσ+=t (7-1))900(0<<δ应变t ϖεεsin 0= (7-2) 式中0σ和0ε为应力和形变的振幅；ω是角频率；δ是应变相位角。

式（7-1）和式（7-2）说明应力变化要比应变领先一个相位差δ，见图7.1。

图7.1 应力应变和时间的关系将式（7-1）展开为：δϖσδωσσsin cos cos sin 00t t += (7-3)即认为应力由两部分组成，一部分)cos sin (δϖσt 与应变同相位，另一部分)sin cos (0δϖσt 与应变相差2/π。

根据模量的定义可以得到两种不同意义的模量，定义'E 为同相位的应力和应变的比值，而''E 为相位差2/π的应力和应变的振幅的比值，即t E t E ϖεωεσcos ''sin '00+= （7-4）此时模量是一个复数，叫复数模量*E 。

聚合物的力学性能名词解释聚合物是一种由单体通过化学反应连接而成的大分子化合物。

由于其独特的结构和性质，聚合物在各个领域中都有广泛的应用，包括塑料、纺织品、电子器件等。

聚合物的力学性能是衡量聚合物材料质量和可用性的关键指标之一。

本文将对聚合物力学性能中常见的名词进行解释。

1. 弹性模量弹性模量是衡量聚合物材料抵抗形变和恢复能力的指标。

当受到外力作用时，聚合物会发生形变，但在去除外力后能够恢复到原来的形态。

弹性模量越大，聚合物的恢复性能越好。

弹性模量可以用来评估材料的硬度和刚性。

2. 屈服强度屈服强度是指聚合物材料在拉伸过程中发生塑性变形的临界点。

在超过屈服强度之前，聚合物材料呈现出线性弹性变形。

当外力达到一定水平时，材料会突然发生非线性塑性变形，即超过了屈服强度。

屈服强度的高低反映了聚合物材料的抗拉性能。

3. 强度强度是衡量聚合物材料抵抗破坏和承受外部力的能力的指标。

通常以材料的最大承载能力来衡量。

强度高的材料具有更好的耐久性和抗破坏能力。

4. 断裂韧性断裂韧性是指聚合物材料在断裂前能吸收的能量。

它反映了材料的抗冲击和抗破坏能力。

聚合物材料如果具有高的断裂韧性，意味着它具有更好的抗冲击和破坏能力。

5. 耐磨性耐磨性是指聚合物材料抵抗磨损和磨损程度的能力。

耐磨性好的材料表面不容易磨损和磨损，能够更好地抵御摩擦和刮擦。

6. 硬度硬度是衡量材料抵抗外力侵蚀的能力。

在聚合物材料中，硬度与材料的结构、分子链长度以及交联程度有关。

硬度高的材料通常具有较好的抗刮擦和抗磨损能力。

7. 压缩性能压缩性能指材料在受到压缩作用时的变形性能。

聚合物材料的压缩性能包括压缩模量、压缩强度等指标。

良好的压缩性能意味着材料在承受压力时能保持稳定的形态和性能。

8. 拉伸性能拉伸性能是指聚合物材料在拉伸作用下的变形性能。

它包括拉伸模量、拉伸强度、延展性等指标。

拉伸性能的好坏直接影响材料的可塑性和可延展性。

9. 表观粘度表观粘度是指聚合物材料在流动过程中阻力的大小。

聚合物复合材料的力学性能测试与分析聚合物复合材料是由聚合物基质和填充物组成的一种新型材料，具有轻质、高强度和耐腐蚀等优点，广泛应用于航空、汽车、建筑等领域。

然而，为了确保复合材料的可靠性和安全性，需要进行力学性能测试与分析。

一、引言聚合物复合材料由于其优越的力学性能在许多领域得到广泛应用。

然而，在实际使用过程中，复合材料会受到外界环境的影响，如温度、湿度和荷载等。

因此，对复合材料的力学性能进行测试和分析是十分重要的。

二、拉伸性能测试与分析拉伸性能是评价聚合物复合材料力学性能的重要指标之一。

拉伸试验通过施加拉伸力来测量复合材料在拉伸过程中的变形和破坏行为。

通过拉伸试验可以获得材料的弹性模量、屈服强度、抗拉强度和断裂伸长率等参数。

在拉伸性能测试后，需要对测试数据进行分析。

通过绘制应力-应变曲线，可以了解到材料在不同应变下的力学响应情况。

此外，还可以利用杨氏模量计算复合材料的刚度。

三、压缩性能测试与分析压缩性能是指材料在受到压力时的抵抗能力。

压缩试验是通过施加压缩力来测量材料的强度和变形行为。

通过压缩试验可以得到材料的弹性模量、屈服强度、抗压强度和压缩应变等参数。

压缩性能的测试和分析与拉伸性能类似，都需要绘制应力-应变曲线，并计算杨氏模量。

不同的是，在压缩过程中，材料的破坏方式通常是屈曲，对于复合材料而言，还可能出现层间剥离的现象。

四、弯曲性能测试与分析弯曲性能是指材料在施加弯曲力时的抵抗能力。

弯曲试验是通过施加弯曲力来测量材料的刚度和弯曲行为。

通过弯曲试验可以得到材料的弯曲模量、弯曲强度和断裂伸长率等参数。

弯曲性能的测试和分析也类似于拉伸性能和压缩性能。

通过绘制应力-应变曲线，可以了解材料在不同应变下的力学响应情况。

此外，还可以利用弯曲模量计算复合材料的刚度。

五、疲劳性能测试与分析疲劳性能是指材料在反复加载下的耐久能力。

疲劳试验是通过施加交变载荷来模拟材料在实际使用中的循环加载，并测量材料的寿命和损伤程度。

聚合物材料力学性能测试方法比较聚合物材料是一类具有高分子量的大分子化合物，具有良好的力学性能和化学稳定性，广泛应用于汽车、航空航天、电子、建筑等领域。

为了评估和比较不同聚合物材料的力学性能，科学家们开发了各种测试方法。

本文将比较几种常用的聚合物材料力学性能测试方法。

1. 拉伸测试方法拉伸测试是评估材料抗拉强度、断裂伸长率、弹性模量等力学性能的常见方法。

在拉伸测试中，材料在不断施加力的作用下，沿着其长度方向逐渐拉伸，记录下载荷和伸长量的变化。

通过伸长量与载荷之间的关系，可确定材料的力学性能。

2. 压缩测试方法压缩测试用于评估材料在受到压缩作用下的性能。

材料在压缩测试中受到垂直于其面积方向的力，并测量材料的应力应变关系。

通过压缩测试，可以确定材料的压缩强度、弹性模量等力学性能。

3. 弯曲测试方法弯曲测试是评估材料在受到弯曲力作用下的性能的方法。

材料在弯曲测试中受到两个力的作用，使其发生弯曲变形。

通过测量材料在不同载荷下的应变量和挠度，可以确定材料的弯曲强度、弯曲模量等力学性能。

4. 硬度测试方法硬度测试用于评估材料表面抗压、抗刮、抗穿刺等力学性能。

常用的硬度测试方法包括洛氏硬度测试、布氏硬度测试、维氏硬度测试等。

这些方法通过在材料表面施加一定的载荷，测量形成的痕迹的大小来评估材料的硬度。

5. 冲击测试方法冲击测试用于评估材料在受到突然冲击或冲击载荷下的性能。

常见的冲击测试方法包括冲击韧性试验、冲击强度试验等。

通过施加冲击载荷，测量材料的断裂韧性和抗冲击能力，可以评估材料的力学性能。

不同的聚合物材料力学性能测试方法有各自的优缺点，选择适合的方法取决于具体的测试需求。

拉伸、压缩和弯曲测试方法较为常用，适用于评估聚合物材料的静态力学性能。

硬度测试方法简单快捷，适用于快速比较不同材料的硬度。

而冲击测试方法则更适用于评估材料在受到突然冲击或冲击载荷下的性能。

除了选择合适的测试方法，还需要注意测试条件的标准化。