高分子物理----高分子的力学性能

高分子物理高分子的力学性能引言高分子是由大量重复单元组成的长链聚合物，具有广泛的应用领域。

高分子材料的力学性能是评估其性能和应用范围的重要指标之一。

本文将重点介绍高分子物理高分子的力学性能，包括拉伸性能、弯曲性能和压缩性能。

拉伸性能拉伸性能是衡量高分子材料抵抗拉伸变形的能力。

引伸模量是评估高分子材料刚度的指标，反映了材料在受力下沿着拉伸方向的抗弯刚度。

拉伸模量越大，材料刚度越高，说明材料越难被拉伸变形。

另一个重要的指标是断裂伸长率，即材料在断裂前所能延伸的长度与原始长度之比。

断裂伸长率越大，材料的延展性越好，能够在受力下更好地承受高应变。

弯曲性能弯曲性能是评估高分子材料在受力下的弯曲变形能力。

弯曲模量是衡量材料刚度和弯曲抗弯能力的指标，它反映了材料在弯曲过程中所需的力和弯曲程度之间的关系。

弯曲模量越大，材料的刚度越好，弯曲变形能力越低。

另一个重要的指标是弯曲强度，即材料在抵抗内部应力下断裂弯曲的能力。

弯曲强度越高，材料越能够承受弯曲应力而不断裂。

压缩性能压缩性能是评估高分子材料在受力下的抗压能力。

压缩模量是衡量材料在受压过程中抗弯刚度的指标，它反映了材料在压缩过程中所需的力和压缩程度之间的关系。

压缩模量越大，材料的刚度越高，抗压变形能力越低。

另一个重要的指标是压缩强度，即材料在抵抗内部应力下断裂压缩的能力。

压缩强度越高，材料越能够承受压缩应力而不断裂。

影响高分子材料力学性能的因素高分子材料的力学性能受多种因素影响。

其中，聚合度是一个重要的因素，即聚合物链的长度。

聚合度越高，链段之间的力学相互作用越多，因此材料的力学性能越好。

另一个重要因素是材料的结晶度。

高结晶度的材料通常具有更好的力学性能，因为结晶区域可以提供更多的强度和刚度。

此外，材料的处理方式和加工工艺也会对力学性能产生影响。

高分子物理高分子的力学性能是评估其应用潜力和性能表现的关键指标。

拉伸性能、弯曲性能和压缩性能是评估高分子材料力学性能的重要指标。

高分子材料力学性能姓名：程小林学号：5701109004 班级：高分子091 学院：材料学院研究背景：在世界范围内, 高分子材料的制品属於最年轻的材料．它不仅遍及各个工业领域, 而且已进入所有的家庭, 其产量已有超过金属材料的趋势，將是2 1世纪最活跃的材料支柱.高分子材料在我们身边随处可见。

在我们的认识中，高分子材料是以高分子化合物为基础的材料。

高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料。

今天，我想就高分子材料为主线，简单研究一下高分子材料所具有的一些方面的力学性能。

从我们以前学过的化学知识中可以知道，高分子材料其实是有机化合物, 有机化合物是碳元素的化合物．除碳原子外, 其他元素主要是氢、氧、氮等．碳原子与碳原子之间, 碳原子与其他元素的原子之间, 能形成稳定的结构．碳原子是四价, 每个一价的价键可以和一个氢原子键连接, 所以可形成为数众多的、具有不同结构的有机化合物．有机化合物的总数已接近千万种, 远远超过其他元素的化合物的总和, 而且新的有机化合物还不断地被合成出來．這样, 由於不同的特殊结构的形成, 使有机化合物具有很独特的功能．高分子中可以把某些有机物结构（又称为功能团）替换, 以改变高分子的特性．高分子具有巨大的分子量，达到至少1 万以上，或几百万至千万以上所以, 人們將其称为高分子、大分子或高聚物．高分子材料包括三大合成材料, 即塑料、合成纤维和合成橡胶研究理论：高分子材料的使用性能包括物理、化学、力学等性能。

对于用于工程中作为构件和零件的结构高分子材料，人们最关心的是它的力学性能。

力学性能也称为机械性能。

任何材料受力后都要产生变形，变形到一定程度即发生断裂。

这种在外载作用下材料所表现的变形与断裂的行为叫力学行为，它是由材料内部的物质结构决定的，是材料固有的属性。

同时, 环境如温度、介质和加载速率对于高分子材料的力学行为有很大的影响。

因此高分子材料的力学行为是外加载荷与环境因素共同作用的结果。

Thedevelopmentof materialsover time.The materialsof pre-history, onthe left,all occurnaturally;the challengefor theengineers ofthat era wasone ofshaping them.Thedevelopmentofthermochemist 11121314 1516 17在小伸长时，拉伸应变通常以单位长度的伸长来定义。

应变：。

：为材料的起始截面积。

当材料发生较大形变时，上式计算的应力与材料的真实应力会发生较大的偏差，这时正确计算应力应该以真实截面积真应力：相应地可提出真应变的定义，如果材料在某一时刻长度从+dl i，则真应变为:真应变：对于理想的弹性团体，应力与应变关系服从虎克定律，25简单拉伸时的杨氏模量：在简单剪切的情况下，材料受到的力F 是与截面相平行的大小相等、方向相反的两个力。

在这剪切力作用下，材料将发生偏斜，偏斜角的正切定义为切应变。

当切应变足够小时，。

相应地，材料的剪切应力为：剪切模量：θγ≈切应变：剪切位移S ，剪切角θ，剪切面间距d体积模量：必须注意的是，试样宽度和厚度在拉伸过程中是随试样的伸长屈服强度断裂强度Polymers with different properties增强途径增强机理：活性粒子吸附大分子，形成链间物理交联，活性粒子起物理交联点的作用。

惰性填料怎么办？例：PVC+CaCO，PP+滑石粉glassy fiber+polyester增强机理：纤维作为骨架帮助基体承担载荷。

Carbon fiber弯曲模量：增强机理：热致液晶中的液晶棒状分子在共混物中形成微纤结构而到增强作用。

由于微纤结构是加工过程中由液晶棒状分子在共混无物基体中就地形成的，故称做“原位”复合增强。

Charpy试验IZOD试验40补充材料：聚合物的韧性与增韧-----冲击强度Impact strength——是衡量材料韧性的一种指标高速拉伸试验测量材料冲击强度的依据。

名词解释：1. 时间依赖性：在一定的温度和外力作用下，高聚物分子从一种平衡态过渡到另一种平衡态需要一定的时间2. 松弛时间τ :橡皮由ΔX(t)恢复到ΔX(0)的 1/e 时所需的时间3. 松弛时间谱：松弛过程与高聚物的相对分子质量有关，而高聚物存在一定的分子量分布，因此其松弛时间不是一个定值，而呈现一定的分布。

4. 时温等效原理：升高温度或者延长观察时间(外力作用时间)对于聚合物的分子运动是等效的，对于观察同一个松弛过程也是等效的。

5. 模量：材料受力时，应力与应变的比值6. 玻璃化温度：为模量下降最大处的温度。

7. 自由体积：任何分子的转变都需要有一个自由活动的空间 ,高分子链活动的空间8. 自由体积分数(f)：自由体积与总体积之比。

9. 自由体积理论：当自由体积分数为 2.5%时，它不能够再容纳链段的运动，链段运动的冻结导致玻璃化转变发生。

10. 物理老化：聚合物的某些性质随时间而变化的现象11. 化学老化：聚合物由于光、热等作用下发生的老化12. 外增塑：添加某些低分子组分使聚合物 T g 下降的现象13. 次级转变或多重转变： Tg 以下，链段运动被冻结，存在需要能量小的小尺寸运动单元的运动14. 结晶速率：物品结晶过程进行到一半所需要时间的倒数15. 结晶成核剂：能促进结晶的杂质在结晶过程中起到晶核的作用16. 熔融：物质从结晶态转变为液态的过程17. 熔限：结晶聚合物的熔融过程，呈现一个较宽的熔融温度范围18. 熔融熵S m ：熔融前后分子混乱程度的变化19. 橡胶: 施加外力时发生大的形变，外力除去后可以恢复的弹性材料20. 应变: 材料受到外力作用而所处的条件使其不能产生惯性移动时 ,它的几何形状和尺寸将发生变化21. 附加应力：可以抵抗外力的力22. 泊松比：拉伸实验中材料横向应变与纵向应变比值的负数23. 热塑性弹性体：兼有橡胶和塑料两者的特性，在常温下显示高弹，高温下又能塑化成型24. 力学松弛：聚合物的各种性能表现出对时间的依赖性25. 蠕变：在一定的温度下和较小恒应力的持续作用下，材料应变随时间的增加而增大的现象26. 应力松驰：在恒定温度和形变保持不变条件下，聚合物内部应力随时间的增加而逐渐衰减的现象27. 滞后：聚合物在交变应力作用下形变落后于应力变化的现象28. 力学损耗或者内耗：单位体积橡胶经过一个拉伸 ~ 回缩循环后所消耗的功29. 储存模量 E’：同相位的应力与应变的比值30. 损耗模量 E”：相差 90 度相位的应力振幅与应变振幅的比值31. Boltzmann 叠加原理：聚合物的力学松弛行为是其整个历史上各松弛过程的线性加和32. 应变软化：随应变增大，应力不再增加反而有所下降33. 银纹屈服：聚合物受到张应力作用后，由于应力集中产生分子链局部取向和塑性变形，在材料表面或内部垂直于应力方向上形成的长 100 、宽 10 、厚为 1 微米左右的微细凹槽或裂纹的现象34. 裂纹：由于分子链断裂而在材料内部形成的空隙，不具有强度，也不能恢复。

三种力学状态：玻璃态Tg以下分子链几乎无运动，链段处于冻结状态，受力变形很小类似玻璃。

高弹态Tg-Tf链段运动激发，但分子链间无滑移，聚合物表现为橡胶行为。

粘流态Tf以上，受外力作用时，大分子链与大分子链间发生相对位移，无法回复，行为与小分子液体类似两种转变：玻璃态转变为高弹态，转变温度称为玻璃化温度Tg，整个大分子链还无法运动，但链段开始发生运动。

高弹态转变为粘流态，转变温度称为粘流温度Tf，聚合物既呈现橡胶粘弹性又呈流动性玻璃化转变：指非晶态高聚物从玻璃态到高弹态的转变，对晶态分子来说玻璃化转变是指非晶部分的转变。

测量方法，膨胀剂法，差热分析法，力学方法，NMR，介电松弛应变，应力：当材料受到外力作用而所处的条件却使其不能产生惯性移动时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种变化称为应变，定义单位面积撒很难过的附加内力为应力模量：表征材料抵抗变形能力的大小（弹性模量）蠕变：是指在一定的温度和较小的恒定应力作用下，材料的应变随时间的增加而增大的现象应力松弛：在恒定的温度和形变保持不变的情况下，聚合物内部的应力随时间增加而逐渐衰减的现象松弛过程：由于高分子运动时，运动单元之间的作用力很大，因此高分子在外场下，会由一种平衡状态通过分子运动过渡到与外场相适应的新的平衡态，这一过程慢慢完成，完成这一过程需要时间-松弛时间滞后现象，内耗：聚合物在交变应力作用下落后于应力的现象。

由于发生滞后现象，在每一循环变化中，作为热损耗掉的能量与最大储存能量之比Ψ=2πtanσ称为力学内耗分子理论：从高分子的结构特点出发，研究聚合物的力学松弛过程，其核心问题是提出合理的分子模型，应用分子的微观物理量（原子半径，键长，键角，内旋转位垒，均方末端距，分子量，内外摩擦因子等）通过统计力学方法，推导出聚合物的松弛时间分布，溶液和本体的复数黏度，复数模量，复数柔量等宏观黏性弹性的表达式。

主要有RBZ理论和蛇形理论滞后现象：高聚物在应变力作用下，往往发生应变落后于应力的现象。

高分子材料的微观结构与物理性能研究引言：高分子材料是由大量重复单元结构组成的大分子化合物，其具有独特的物理和化学性质。

研究高分子材料的微观结构与物理性能之间的关系，对于优化材料性能、设计新材料具有重要意义。

一、高分子材料的微观结构高分子材料的微观结构是由聚合物链的排列方式和交联情况决定的。

主要有线性、支化和交联三种结构类型。

1. 线性结构线性高分子材料的聚合物链呈直线排列，没有交联点。

这种结构常见于聚乙烯、聚丙烯等材料中。

由于没有交联点的存在，线性高分子材料具有良好的可加工性和可拉伸性。

2. 支化结构支化高分子材料的聚合物链在聚合物链的主链上分支出若干侧链。

这种结构常见于聚苯乙烯、聚醚硫醚等材料中。

由于支化结构可以减少聚合物链的晶界区域，提高材料的柔韧性和热稳定性。

3. 交联结构交联高分子材料的聚合物链通过共价键交联形成三维网络结构。

这种结构常见于硅橡胶、聚氨酯等材料中。

由于交联结构的存在，材料具有较高的强度和耐热性。

二、高分子材料的物理性能高分子材料的微观结构直接影响其物理性能。

常见的物理性能包括力学性能、热性能、电性能等。

1. 力学性能高分子材料的力学性能包括强度、韧性、硬度等指标。

微观结构决定了材料的晶化程度、晶粒大小等因素，从而影响了材料的力学性能。

例如，线性高分子材料由于没有交联点，往往具有较高的韧性；而交联高分子材料由于其网络结构的存在，具有较高的强度。

2. 热性能高分子材料的热性能主要包括熔融温度、热变形温度等指标。

微观结构中的晶粒大小、晶化程度等因素影响了材料的热性能。

一般来说，材料中晶粒越大、晶化程度越高，其熔融温度和热变形温度越高。

3. 电性能高分子材料的电性能主要包括导电性、介电性等指标。

微观结构中的电荷分布和电子运动情况影响了材料的电性能。

对于具有共轭结构的高分子材料，可以实现电荷的输运和电子的共享，从而具有较好的导电性能。

三、微观结构与物理性能的关系高分子材料的微观结构对其物理性能具有非常重要的影响。