高聚物的力学性能汇总
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第八章 高聚物的力学性能
晶态聚合物的应力-应变曲线
C N D
2 N-D段 细颈发展阶 段。伸长不断增加， 应力几乎不变。拉伸 应变值可达100%1000%，直到整个试 样变细。
第八章 高聚物的力学性能
ห้องสมุดไป่ตู้
第三节 聚合物的拉伸破坏行为
晶态聚合物的应力-应变曲线
C N D
3 D-C段 已被细颈化 的试样重新被均匀拉伸， 应力随应变增加，直到 断裂。
物质结构组成
a: 脆性材料 b: 半脆性材料 c: 韧性材料 d: 橡胶
酚醛或环氧树脂 PS, PMMA PP, PE, PC Nature rubber, PI
第八章 高聚物的力学性能
第三节 聚合物的拉伸破坏行为
各种情况下的应力-应变曲线
(d) Crystallization 结晶
应变软化更明显 冷拉时晶片的倾斜、 冷拉时晶片的倾斜、 滑移、转动， 滑移、转动，形成微 晶或微纤束
第八章 高聚物的力学性能
第二节 聚合物的应力应变特性
“软”和“硬”用于区分 软 “ 模量的低或高，“弱”和 “ “强”是指强度的大小， “脆”是指无屈服现象而 且断裂伸长很小，“韧” “ 是指其断裂伸长和断裂应 力都较高的情况，有时可
应力-应变曲线的类型和脆韧性 将断裂功作为“韧性”的
标志。
第八章 高聚物的力学性能
3 强而韧
弹性模量、屈服应力及断裂伸长率都很高，伸长率也 大，曲线下覆盖的面积也大。尼龙、PC、POM、醋酸 纤维属此类。
第八章 高聚物的力学性能
第二节 聚合物的应力应变特性
应力-应变曲线的类型和脆韧性
4 软而韧 弹性模量高，屈服应力低，断裂伸长大， 约20%—1000%，断裂强度高。软PVC及 硫化橡胶属此类。 5 软而弱 弹性模量低，断裂强度也低，断裂伸长中 等。高聚物的软凝胶、低相对分子质量聚 合物属此类。
第六章 高聚物的力学性能
▲高聚物的增塑作用（plasticization） 定义：能使高分子链的柔性或高聚物材料的可塑性增加的作用。 类型：内增塑、外增塑和自动增塑作用 ▲内增塑作用（internal piastization） 定义：通过改变高分子链的化学结构（即共聚）达到增塑目的的作用。 ▓实例 利用丁二烯链节的柔性，制备高抗冲聚苯乙烯。 ▲外增塑作用（external plasticization） 定义：在刚性高分子链中加入低分子液体或柔性聚合物达到增塑目的的作用。具有该 作用的物质称为增塑剂（plasticizer）。 原理：低分子物质黏度比高聚物黏度低1015倍，因此每加入20%，体系黏度降低1000 倍，并且玻璃化温度与黏流温度都降低。 增塑剂的使用对象 增塑剂加入量对柔性高聚物形变-温度曲线的 2 1 4 3 形 影响，1-未加增塑剂，2、3、4-为加入增塑剂，其 变 % 加入量是4＞3＞2。结果加后黏流温度比玻璃化温 度下降快，高弹区变窄，因此，一般不加。
Ae RT
▴τ-松弛时间； ▴A-常数； ▴μ-重排位能； ▴R-气体常数； ▴T-绝对温度。
化学工业出版社
§6-5 复合材料的力学性质
复合材料的制备方法
化学共聚制备方法
复合材料的制备方法 物理混合制备方法
增塑法 增强法 填充法 高聚物共混法
化学工业出版社
§6-5 复合材料的力学性质
一、高聚物的增塑作用
化学工业出版社
§6-2 等速拉伸及应力-应变曲线
▲可以作为形变较大的材料
△材料软而韧 低模量低屈服，断裂伸长率及强度大 典型实例：硫化橡胶、LDPE制品
△材料软而弱 低模量低强度，断裂伸长率中等
典型实例：未硫化天然橡胶
Ae RT
▴τ-松弛时间； ▴A-常数； ▴μ-重排位能； ▴R-气体常数； ▴T-绝对温度。
化学工业出版社
§6-5 复合材料的力学性质
复合材料的制备方法
化学共聚制备方法
复合材料的制备方法 物理混合制备方法
增塑法 增强法 填充法 高聚物共混法
化学工业出版社
§6-5 复合材料的力学性质
一、高聚物的增塑作用
化学工业出版社
§6-2 等速拉伸及应力-应变曲线
▲可以作为形变较大的材料
△材料软而韧 低模量低屈服，断裂伸长率及强度大 典型实例：硫化橡胶、LDPE制品
△材料软而弱 低模量低强度，断裂伸长率中等
典型实例：未硫化天然橡胶
《高聚物的力学性能》课件
行业中的应用
轻量化、耐磨性和隔音 性等特性使高分子材料 在汽车中得到广泛使用。
高分子材料用于建筑材 料、涂料、胶粘剂和绝 缘材料等方面。
3 高分子材料在医疗
行业中的应用
高分子材料在医疗器械、 药物传递和组织工程等 领域具有广泛的应用。
六、发展趋势
高聚物力学性能的发展趋势包括：
1
纳米技术的应用
纳米技术使材料具有更好的力学性能
对高聚物力学性能的测试可以通过以下实验进行。
1
弯曲实验
2
测量材料在弯曲过程中的应力-应变关
系。
3
疲劳实验
4
测量材料在循Hale Waihona Puke 加载下的持久性能。拉伸实验
测量材料在拉伸过程中的应力-应变关 系。
压缩实验
测量材料在压缩过程中的应力-应变关 系。
四、分析高聚物力学性能的因素
高聚物力学性能受多种因素影响，包括：
先进制造技术的进展
2
和其他特殊性质。
先进制造技术的不断发展促进了高聚 物材料的创新和应用。
结语
高聚物的力学性能对材料和行业的发展至关重要。我们对高聚物力学性能的研究和应用有着广阔的未来 展望。
二、高聚物力学性能的指标
高聚物的力学性能指标描述了材料在受力时的表现。
1 强度
2 刚度
材料的抗力（强度）衡量了材料能够承受 的最大应力。
材料的刚度反映了材料抵抗形变的能力。
3 韧性
4 可塑性
材料的韧性描述了材料延展性和能够吸收 能量的能力。
材料的可塑性描述了材料的形变能力。
三、高聚物的力学性能测试方法
分子量
分子量越大，材料的强度和刚度通常会增加。
分子结构
轻量化、耐磨性和隔音 性等特性使高分子材料 在汽车中得到广泛使用。
高分子材料用于建筑材 料、涂料、胶粘剂和绝 缘材料等方面。
3 高分子材料在医疗
行业中的应用
高分子材料在医疗器械、 药物传递和组织工程等 领域具有广泛的应用。
六、发展趋势
高聚物力学性能的发展趋势包括：
1
纳米技术的应用
纳米技术使材料具有更好的力学性能
对高聚物力学性能的测试可以通过以下实验进行。
1
弯曲实验
2
测量材料在弯曲过程中的应力-应变关
系。
3
疲劳实验
4
测量材料在循Hale Waihona Puke 加载下的持久性能。拉伸实验
测量材料在拉伸过程中的应力-应变关 系。
压缩实验
测量材料在压缩过程中的应力-应变关 系。
四、分析高聚物力学性能的因素
高聚物力学性能受多种因素影响，包括：
先进制造技术的进展
2
和其他特殊性质。
先进制造技术的不断发展促进了高聚 物材料的创新和应用。
结语
高聚物的力学性能对材料和行业的发展至关重要。我们对高聚物力学性能的研究和应用有着广阔的未来 展望。
二、高聚物力学性能的指标
高聚物的力学性能指标描述了材料在受力时的表现。
1 强度
2 刚度
材料的抗力（强度）衡量了材料能够承受 的最大应力。
材料的刚度反映了材料抵抗形变的能力。
3 韧性
4 可塑性
材料的韧性描述了材料延展性和能够吸收 能量的能力。
材料的可塑性描述了材料的形变能力。
三、高聚物的力学性能测试方法
分子量
分子量越大，材料的强度和刚度通常会增加。
分子结构
高聚物的力学性能
△材料软而韧 低模量低屈服，断裂伸长率及强度大 典型实例：硫化橡胶、LDPE制品
△材料软而弱 低模量低强度，断裂伸长率中等 典型实例：未硫化天然橡胶
从以上看出，由的大小可判断材料的强弱；E 的大小反映材料的软硬，至于韧与脆则视应力 -应变曲线下面所包围面积的大小而定。
1.2.2 结晶态高聚物的应力-应变曲线
在试样上施加交变循环外力，试样承受循环应 力而产生循环应变，以致试样力学性能减弱或 破坏。
（5）冲击强度
高聚物材料的冲击强度是一个工艺上很重要的 指标，是材料在高速冲击状态下的韧性或抗断 裂的度量
1.3.3 影响高聚物强度的因素：
影响高聚物材料的因素很多。除材料本身的结 构因素外，还有与外界条件有关的因素，如温 度、湿度、光照、氧化老化、作用力时间长短 等。
B
B
Y
A
Y A
应力
A Y
应变
B
A-弹性极限；Y-屈服点；B-断裂点
拉伸过程中，高分子链的运动经过以下阶段： ①弹性形变（开始～A点） 应变随应力的增加而增大，服从虎克定律，
具有普弹性能；运动单元为键长、键角。对应 为弹性伸长极限。 ②强迫高弹形变（A点～B点） 中间经过屈服点Y，对应的 表示高聚物材 料对抗永久形变的能力；形变能力300%～ 1000%，并且可逆；运动单元为链段。 ③黏流形变（B点后） 形变为不可逆（永久形变）；运动单元为链段、 大分子链。
1.4.2 增强塑料
在树脂中加入增强剂使其强度得到不同程度的 提高，这种作用称为增强作用。
1.4.3 共混高聚物材料
将结构不同的均聚物、共聚物，甚至分子量不 同的同种高聚物，通过一定方法相互掺混，可 得到某些特定性能的共混高聚物材料。
第七八章 高聚物的力学性能
松弛时间与应力有如下关系：
DE a 0 exp RT
DE是活化能，是与材料有关的常数
根据材料的力学性能及其应力-应变曲线特征，可将非晶态 聚合物的应力-应变曲线大致分为六类：
e （1）
e （2）
（1）材料硬而脆：在较大应力作用下，材料仅发生较小的应 变，并在屈服点之前发生断裂，具有高的模量和抗张强度，但 受力呈脆性断裂，冲击强度较差。 （2）材料硬而强：在较大应力作用下，材料发生较小的应 变，在屈服点附近断裂，具高模量和抗张强度
材料受力方式不同，发生形变的方式亦不同，材料受力方式主要有以 下三种基本类型：
（i）简单拉伸（tensile)：
材料受到一对 垂 直于材料 截面、大小相等、方向相反并在同一直线 上的外力作用。 材料在拉伸作用下产生的形变称为拉伸应变，也称相对伸长率（ ）。 F
A0
A
l0 Dl F
l
简单拉伸示意图
拉伸应力 = F / A0 （A0为材料的起始截面积） 拉伸应变（相对伸长率）e = （l - l0）/l0 = Dl / l0
（6）材料弱而脆：一般为低聚物，不能直接用做材料。 附：强与弱从强度比较；硬与软从模量比较；脆与韧则主要从 断裂伸长率比较。
结晶聚合物的拉伸
结晶聚合物在单向拉伸时典型的应力-应变曲线如下图：
未经拉伸的晶态聚合物中，其微 晶排列是杂乱的，拉伸使得晶轴与外 力方向不同的微晶熔化，分子链沿外 力方向取向再重排结晶，使得取向在 熔点以下不能复原，因之产生的形变 也不能复原，但加热到熔点附近形变 能复原，因此晶态聚合物的大形变本 质上也属高弹性。
7.1.3
高聚物的屈服
a-拉伸脆性断裂试样， b-韧性材料拉伸屈服时的试样 高聚物单轴拉伸的应力分析
高分子材料讲义之高聚物的力学性能
= V0 −V V0
=
∆V V0
图 5–1 表示形变的基本类型。
图 5–1 形变的基本类型
（a）简单剪切（b）均匀压缩（c）简单拉伸
5.1.2 模量 图 5–1(a)表示横截面为矩形的物体的简单切变。切应变以切变时直角的减少
量 γ 来衡量。其弹性模量，即切变模量(或称刚度)G 定义为切应力对切应变之比：
体所受拉伸应力为σ，伸长率ε为应变，应力和应变之比为杨氏模量 E(或称抗张弹性 模量)。
E=σ/ε
上式即虎克定律，E 的大小则表征物体变形的难易程度。 高聚物材料的杨氏模量变化范围很宽，可由 106 达因／厘米 2(橡胶)变到 5×l016
达因／厘米 2(硬塑料)。这就是高聚物材料应用多样性的原因之一。
3
图 5–2 单轴取向材料的弹性模量 双轴取向或平面无规取向材料有 5 个独立的弹性模量，图 5—3 中绘出其中 4 种， Ep 为面向杨氏模量；Et 为侧向杨氏模量；Gp 为面向切变模量；Gt 为侧向切变模量。 此外，也有 2 个泊松比，即对面向力为 Vpt，对侧向力为 Vtp 。
Ep
Et
Gp
Gt
图 5–3 双轴取向材料的四个弹性模量
表 5–2 列出几种高聚物的弹性模量和泊松比值。
4
高聚物
聚乙烯（高结晶） 聚乙烯（低结晶）
聚苯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯
尼龙-66
表 5–2 几种高聚物的弹性模量和泊松比
E×10-10 达因/厘米 2
G×10-10 达因/厘米 2
B×10-10 达因/厘米 2
5.05
这里所谓“简单”，是指只有一种形变，不涉及同时发生其它类型的形变，同时
内应力与外力存在简单的对应关系。在简单拉伸的情况下，材料受到的外力 F 是垂直 于截面积的大小相等、方向相反并作用于同一直线上的两个力，这时材料的形变称为
高分子物理----高分子的力学性能汇总
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（1）当T<<Tg是，应力与应变成正比，最后应变
不到10%就发生断裂的（曲线①），称为脆性断裂。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（2）当温度稍升高些，但仍在Tg以下，曲线②上出现了一
个屈服点B，过了B点，应力反而下降，试样应变增大，继续拉
伸，试样将发生断裂，总的应变不超过20%，称为韧性断裂。
高分子的力学性能
Polymer Mechanical Properties
引 言
高聚物作为材料使用时，总是要求高聚物具有必 要的力学性能，可以说，对于其大部分应用而言，力 学性能比高聚物的其他物理性能显得更为重要。
引 言
随着高分子材料的大量应用，人们迫切需要了解 和掌握聚合物的力学性质的一般规律和特点及其与结 构之间的关系，以恰当选择所需要的高分子材料，正 确地控制加工的条件以获得所需的力学性能，并合理
应力称为屈服应力或屈服强度。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
屈服点之后，应力有所下降，在较小的负荷下即可产生形 变，称为应变软化。之后应力几乎不变的情况下应变有很大 程度的增加，最后应力又随应变迅速增加，直到材料断裂。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
四、几类高聚物的拉伸行为 1. 玻璃态高聚物的拉伸
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（3）当温度升高到Tg以下几十度范围内，如曲线③，过
了屈服点后，应力先降后升，应变增大很多，直到C点断裂，
C点的应力称为断裂应力，对应的应变称为断裂伸长率ε 。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（4）当温度升至Tg以上，试样进入高弹态，在应力不大
时，就可发生高弹形变，如曲线④，无屈服点，而呈现一段
聚合物材料的力学性能
第九章聚合物材料的力学性能第一节聚合物材料的结构相对分子质量大于10000以上的有机化合物称为高分子材料。
它是由许多小分子聚合而得到的，故又称为聚合物或高聚物。
聚合物的原子之间由共价键结合，称为主价键；而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远超过单个分子中原子间主价键的结合力，因此，聚合物在拉伸时常常先发生原子键的断裂，而不是分子链之间的滑脱。
这是聚合物具有较高强度，并可以作为结构材料使用的根本原因。
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。
聚乙烯的单体为乙烯(CH 2=CH2)，其链节为-CH2-CH2-。
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、黄麻、棉花、丝、毛、发和角等。
本章主要讨论人工合成聚合物(工程塑料、合成纤维、合成橡胶等)的变形和断裂行为。
由于聚合物具有许多优点．在工业和日常生活小已获得广泛应用。
现在，人工合成聚合物产品的生产规模．在体积上早已超过金属产量的总和。
它在材料科学领域中占有重要地位。
聚合物的性能主要取决于其巨型分子的组成与结构。
聚合物的结构是多层次的，包括高分子链的近程结构、远程结构、聚集态结构和织态结构、液晶结构。
织态结构和液晶结构也是聚集态结构。
前者是高分子材料的高层次结构，是指不同高分子之间或高分子与添加剂分子之间的排列和堆砌结构；后者是高分于长链的主链或侧链有液晶原并与柔性链联接的结构。
限于篇福，本书不介绍这两种结构。
一、高分子链的近程结构-构型高分子链的近程结构是指由化学键所固定的几何形状-高分子构型，即指高分子链的化学组成、键接方式和立体构型等。
上述的聚乙烯是由一种结构单体合成的，故该类聚合物又称为均聚物。
均聚物中的分子链之间若不发久联接．则为线型均聚物或支链型均聚物．前者如高密度聚乙烯，后者如低密度聚乙烯(具有支链结构，分子两侧具有相当数量的长支链和短支链，图9-1)。
若低密度聚乙烯中短支链规则排列，则也是线性规聚物。
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间的变化 • 强度：材料所能承受的应力 • 韧性：材料断裂时所吸收的能量
1-2 表征材料力学性能的基本物理量
受 简单拉伸 力 F 方 l0 式
F
简单剪切
F
θ F
均匀压缩
参数
, , , , ,
受 力 特 点
外力F是与截面 外力F是与界面 材料受到的 是围压力。 垂直，大小相等， 平行，大小相 方向相反，作用 等，方向相反 在同一直线上的 的两个力。 两个力。
• 高弹性：小的应力作用下可发生很大
的可逆形变，是由内部构象熵变引起 的，所以也称熵弹性（橡胶具有高弹 性） • 静态力学性能：在恒应力或恒应变情 况下的力学行为 • 动态力学性能：物体在交变应力下的 粘弹性行为 • 应力松弛：在恒应变情况下，应力随 时间的变化
• 蠕变：在恒应力下，物体的形变随时
学性能不好，很脆。不能用它作减摩材料 • 如：作电线绝缘材料的高聚物，也要求它 们有一定的力学性能：强度和韧性。如果 折叠几次就破裂，那么这种材料的电绝缘 性虽好，也不能用作电线。
普弹性 弹 性 Elasticity
高弹性 High elasticity 应力松弛 静 态 Static
形变性能 Deformation
粘 性 Viscosity
线性粘弹性
Linear viscoelasticity 粘弹性 viscoelasticity 非线性粘弹性
蠕 变
滞 后 力学损耗
动 态 Dynamic
Non-Linear viscoelasticity
强 度 断裂性能
张应变： 应变
l l0 l0
切应变：
r tg
压缩应变：
V V0
真应变：
dli l0 l i
l
是偏斜角
F 张应力：
切应力：
s
F A0
压力P
A0
F A
应力
真应力：
弹 性 模 量
杨氏模量：
E
切变模量：
G＝
体积模量：
B P PV 0 V
必须同时考虑应力、应变、时间和 温度四个参数。高聚物材料的力学 性能对时间和温度的强烈依赖性是 研究其力学性能中要着重弄清的问 题，也是进行高聚物材料的测试及 使用时必须十分注意的问题。
第二节 高弹性
• 2-1 高弹性的特点 • 2-2 平衡态高弹性热力学分析 • 2-3 橡胶的使用温度
2-1 高弹性的特点
第七章 高聚物的力学性能
第一节 第二节 第三节 第四节 概述 高弹性 粘弹性 极限力学行为（屈服、破坏与 强度）
第一节 概述
• 1-1 力学性能分类 • 1-2 表征力学性能的基本物理量 • 1-3 高聚物力学性能的特点
1-1 力学性能分类
• 力学性能是高聚物优异物理性能的基础 • 如：某高聚物磨擦，磨耗性能优良，但力
常用术语： • 力学行为：指施加一个外力在材料上， 它产生怎样的形变（响应） • 形变性能：非极限情况下的力学行为 • 断裂性能：极限情况下的力学行为 • 弹性：对于理想弹性体来讲，其弹性 形变可用虎克定律来表示，即：应力 与应变成正比关系，应变与时间无关
• 粘性：在外力作用下，分子与分子之
间发生位移，理想的粘性流体其流动 形变可用牛顿定律来描述：应力与应 变速率成正比 • 普弹性：大应力作用下，只产生小的、 线性可逆形变，它是由化学键的键长， 键角变化引起的。与材料的内能变化 有关：形变时内能增加，形变恢复时， 放出能量，对外做功（玻璃态，晶态， 高聚物，金属，陶瓷均有这种性能）， 普弹性又称能弹性
6~ 7 2
11~12 2
• ③在快速拉伸时（绝热过程），高聚
物温度上升；而金属材料温度下降。 如果把橡胶薄片拉长，把它贴在嘴唇 或面颊上，就会感到橡皮在伸长时发 热，回缩时吸热。 • ④形变与时间有关，橡胶受到外力 （应力恒定）压缩或拉伸时，形变总 是随时间而发展，最后达到最大形变， 这种现象叫蠕变。
• PS制品很脆，一敲就碎（脆性） • 尼龙制品很坚韧，不易变形，也不易
破碎（韧性） • 轻度交联的橡胶拉伸时，可伸长好几 倍，力解除后基本恢复原状（弹性） • 胶泥变形后，却完全保持新的形状 （粘性） • 高聚物力学性质的这种多样性，为不 同的应用提供了广阔的选择余地
• 2.高聚物力学性能的最大特点是
（2）高聚物的粘弹性：指高聚物材料 不但具有弹性材料的一般特性，同时 还具有粘性流体的一些特性。弹性和 粘性在高聚物材料身上同时呈现得特 别明显。 • 高聚物的粘弹性表现在它有突出的力 学松弛现象，在研究它的力学性能时 必须考虑应力、应变与时间的关系。 温度对力学性能也是非常重要的因素
• 描述粘弹性高聚物材料的力学行为
• 高弹态是高聚物所特有的，是基于链段
运动的一种力学状态，可以通过高聚物 在一定条件下，通过玻璃化转变而达到 • 处于高弹态的高聚物表现出独特的力学 性能——高弹性 • 这是高聚物中一项十分难能可贵的性能
• 橡胶就是具有高弹性的材料，高弹性
的特征表现在： • ①弹性形变大，可高达1000%，而金 属材料的普弹形变不超过1% 10 达因 cm • ②弹性模量小， ，而且随绝对 温度升高而升高；而金属材料的弹性 达因 10 模量达 cm ，而且随绝对温度升 高而降低
F A0 l l0
s
r
F A0 tg
泊淞比：
m m l l 横向单向单位宽度的 纵向单位宽度的增加
柔 量 机械 强度
拉伸柔量：
1 D E
切变柔量：
J 1 G
可压缩度：
1 B
1-3 高聚物力学性能的特点
• 1．高聚物材料具有所有已知材料
可变性范围最宽的力学性质，包括 从液体、软橡皮到很硬的固体，各 种高聚物对于机械应力的反应相差 很大，例如：
高弹性和粘弹性
（1）高聚物的高弹性：是由于高聚物极 大的分子量使得高分子链有许多不同的 构象，而构象的改变导致高分子链有其 特有的柔顺性。链柔性在性能上的表现 就是高聚物的高弹性。它与一般材料的 普弹性的差别就是因为构象的改变；形 变时构象熵减小，恢复时增加。内能在 高弹性形变中不起主要作用（它却是普 弹形变的主要起因）
• 原因：由于橡胶是长链分子，整个分
1-2 表征材料力学性能的基本物理量
受 简单拉伸 力 F 方 l0 式
F
简单剪切
F
θ F
均匀压缩
参数
, , , , ,
受 力 特 点
外力F是与截面 外力F是与界面 材料受到的 是围压力。 垂直，大小相等， 平行，大小相 方向相反，作用 等，方向相反 在同一直线上的 的两个力。 两个力。
• 高弹性：小的应力作用下可发生很大
的可逆形变，是由内部构象熵变引起 的，所以也称熵弹性（橡胶具有高弹 性） • 静态力学性能：在恒应力或恒应变情 况下的力学行为 • 动态力学性能：物体在交变应力下的 粘弹性行为 • 应力松弛：在恒应变情况下，应力随 时间的变化
• 蠕变：在恒应力下，物体的形变随时
学性能不好，很脆。不能用它作减摩材料 • 如：作电线绝缘材料的高聚物，也要求它 们有一定的力学性能：强度和韧性。如果 折叠几次就破裂，那么这种材料的电绝缘 性虽好，也不能用作电线。
普弹性 弹 性 Elasticity
高弹性 High elasticity 应力松弛 静 态 Static
形变性能 Deformation
粘 性 Viscosity
线性粘弹性
Linear viscoelasticity 粘弹性 viscoelasticity 非线性粘弹性
蠕 变
滞 后 力学损耗
动 态 Dynamic
Non-Linear viscoelasticity
强 度 断裂性能
张应变： 应变
l l0 l0
切应变：
r tg
压缩应变：
V V0
真应变：
dli l0 l i
l
是偏斜角
F 张应力：
切应力：
s
F A0
压力P
A0
F A
应力
真应力：
弹 性 模 量
杨氏模量：
E
切变模量：
G＝
体积模量：
B P PV 0 V
必须同时考虑应力、应变、时间和 温度四个参数。高聚物材料的力学 性能对时间和温度的强烈依赖性是 研究其力学性能中要着重弄清的问 题，也是进行高聚物材料的测试及 使用时必须十分注意的问题。
第二节 高弹性
• 2-1 高弹性的特点 • 2-2 平衡态高弹性热力学分析 • 2-3 橡胶的使用温度
2-1 高弹性的特点
第七章 高聚物的力学性能
第一节 第二节 第三节 第四节 概述 高弹性 粘弹性 极限力学行为（屈服、破坏与 强度）
第一节 概述
• 1-1 力学性能分类 • 1-2 表征力学性能的基本物理量 • 1-3 高聚物力学性能的特点
1-1 力学性能分类
• 力学性能是高聚物优异物理性能的基础 • 如：某高聚物磨擦，磨耗性能优良，但力
常用术语： • 力学行为：指施加一个外力在材料上， 它产生怎样的形变（响应） • 形变性能：非极限情况下的力学行为 • 断裂性能：极限情况下的力学行为 • 弹性：对于理想弹性体来讲，其弹性 形变可用虎克定律来表示，即：应力 与应变成正比关系，应变与时间无关
• 粘性：在外力作用下，分子与分子之
间发生位移，理想的粘性流体其流动 形变可用牛顿定律来描述：应力与应 变速率成正比 • 普弹性：大应力作用下，只产生小的、 线性可逆形变，它是由化学键的键长， 键角变化引起的。与材料的内能变化 有关：形变时内能增加，形变恢复时， 放出能量，对外做功（玻璃态，晶态， 高聚物，金属，陶瓷均有这种性能）， 普弹性又称能弹性
6~ 7 2
11~12 2
• ③在快速拉伸时（绝热过程），高聚
物温度上升；而金属材料温度下降。 如果把橡胶薄片拉长，把它贴在嘴唇 或面颊上，就会感到橡皮在伸长时发 热，回缩时吸热。 • ④形变与时间有关，橡胶受到外力 （应力恒定）压缩或拉伸时，形变总 是随时间而发展，最后达到最大形变， 这种现象叫蠕变。
• PS制品很脆，一敲就碎（脆性） • 尼龙制品很坚韧，不易变形，也不易
破碎（韧性） • 轻度交联的橡胶拉伸时，可伸长好几 倍，力解除后基本恢复原状（弹性） • 胶泥变形后，却完全保持新的形状 （粘性） • 高聚物力学性质的这种多样性，为不 同的应用提供了广阔的选择余地
• 2.高聚物力学性能的最大特点是
（2）高聚物的粘弹性：指高聚物材料 不但具有弹性材料的一般特性，同时 还具有粘性流体的一些特性。弹性和 粘性在高聚物材料身上同时呈现得特 别明显。 • 高聚物的粘弹性表现在它有突出的力 学松弛现象，在研究它的力学性能时 必须考虑应力、应变与时间的关系。 温度对力学性能也是非常重要的因素
• 描述粘弹性高聚物材料的力学行为
• 高弹态是高聚物所特有的，是基于链段
运动的一种力学状态，可以通过高聚物 在一定条件下，通过玻璃化转变而达到 • 处于高弹态的高聚物表现出独特的力学 性能——高弹性 • 这是高聚物中一项十分难能可贵的性能
• 橡胶就是具有高弹性的材料，高弹性
的特征表现在： • ①弹性形变大，可高达1000%，而金 属材料的普弹形变不超过1% 10 达因 cm • ②弹性模量小， ，而且随绝对 温度升高而升高；而金属材料的弹性 达因 10 模量达 cm ，而且随绝对温度升 高而降低
F A0 l l0
s
r
F A0 tg
泊淞比：
m m l l 横向单向单位宽度的 纵向单位宽度的增加
柔 量 机械 强度
拉伸柔量：
1 D E
切变柔量：
J 1 G
可压缩度：
1 B
1-3 高聚物力学性能的特点
• 1．高聚物材料具有所有已知材料
可变性范围最宽的力学性质，包括 从液体、软橡皮到很硬的固体，各 种高聚物对于机械应力的反应相差 很大，例如：
高弹性和粘弹性
（1）高聚物的高弹性：是由于高聚物极 大的分子量使得高分子链有许多不同的 构象，而构象的改变导致高分子链有其 特有的柔顺性。链柔性在性能上的表现 就是高聚物的高弹性。它与一般材料的 普弹性的差别就是因为构象的改变；形 变时构象熵减小，恢复时增加。内能在 高弹性形变中不起主要作用（它却是普 弹形变的主要起因）
• 原因：由于橡胶是长链分子，整个分