高分子材料的力学状态.ppt

2、高分子材料的
性能特点
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高分子材料的力学状态
 物质的物理状态
相 态
凝胶态
热力学概念
动力学概念
凝胶态
 根据物质对外场（外部作用）特别是外力场
的响应特性何形状和尺寸所发生的变化。
材料 发生形变 产生附加内力

内力使形变回复并自行逐步消除
高分子材料的力学性能
 应力：单位面积上的内力。
外力作用
材料欲保持原状
外力卸载
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简单拉伸示意图
产生的形变-拉伸形变/相对伸长率
A0
l0
l
D l
A
F
F
A0
F
F

简单剪切示意图
剪切应力、剪切应变
 材料受力方式的基本类型
高分子材料的力学性能
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A0
F
F
三点弯曲
一点弯曲
F
F
扭转
均匀压缩
体积形变 压缩应变
高分子材料的力学性能
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电子万能材料试验机
实验条件：一定拉伸速率和温度
高分子材料的力学性能
 应力-应变曲线 Stress-strain curve
标准哑铃型试样
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高分子材料三种典型的应力-应变曲线
高分子材料的力学性能
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A
Y
B
Yielding point 屈服点
Point of elastic limit 弹性极限点
Breaking point 断裂点
Strain softening 应变软化
plastic deformation塑性形变
Strain hardening 应变硬化
y
O
N
D
非晶态聚合物的应力-应变曲线（玻璃态）
高分子材料的力学性能
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高分子材料的力学性能
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序号
1
2
3
4
5
类型
硬而脆
硬而强
强而韧
软而韧
软而弱
曲线
模量
高
高
高
低
低
拉伸强度
中
高
高
中
低
断裂伸长率
小
中
大
很大
中
断裂能
小
中
大
大
小
实例
PS PMMA酚醛树脂
硬PVC
增韧EP
PC ABS HDPE
硫化橡胶
软PVC
未硫化橡胶
齐聚物
软~硬：模量
强~弱：拉伸强度
韧~脆：断裂能
高分子材料的力学性能
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 高弹性
 高弹性的特点：
高分子材料的力学性能
聚合物（在Tg以上）处于高弹态时所表现出的独特的力学性质，又称橡胶弹性。
高弹态聚合物最重要的力学性能
 弹性模量小；
橡胶: -8 MPa
钢：20000 MPa；HDPE: 200 MPa；PS:2500 MPa
形变量一般～500%，可达1000%。普通金属材料的形变量＜1％
 形变量很大；
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高分子材料的力学性能
 高弹形变有时间依赖性，具有力学松弛特性
高弹形变时分子运动需要时间
 形变过程有明显的热效应
弹性体：拉伸——放热
回缩——吸热
温度，链段运动加剧，回缩力，维持相同形变所需的作用力  抵抗变形的能力升高。
 温度升高，弹性模量增大 ；
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 高弹性的本质
高分子材料的力学性能
高弹性由熵变引起
拉伸弹性体时外力所做的功
主要转为高分子链构象熵的减小
体系为热力学不稳定状态
去除外力体系回复到初始状态
热力学第一定律
热力学第二定律
熵弹性
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 粘弹性
外力作用时，同时发生高弹变形和粘性流动。
高分子材料的力学性能
聚合物最重要的力学性能之一
Figure Various types of strain response to an imposed stress.
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静态粘弹性

动态粘弹性
蠕变
应力松弛
聚合物粘弹性
：温度、应力一定，随时
间的延长形变增加。
：温度、形变一定，应力
随时间延长而减小。
高分子材料的力学