[理学]第七章高聚物的力学性能
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《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
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
第七章 高聚物的力学性质.ppt
2
第七章 高聚物的力学性质
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
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。
乙丙橡胶： CH2 CH2 CH CH2
CH3
丙烯睛—丙烯酸酯胶：
CH2 CH CH2 CH
CN
RO C O
(2)主链上含双键较少的丁基橡胶（异丁烯与 异戊二烯）
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第七章 高聚物的力学性质
(3)主链上含S原子的聚硫橡胶
CH2 CH2 S S SS
(4)主链上含有O原子的聚醚橡胶
f
77%
33%
11%
4%
固定拉伸时的张力－温度曲线
T (K )
• 截距为
u
( l )T,V；斜率为
f
。 (T )l,V
• 发现各直线外推到 T 0 时均通过原点，
即截距为0
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第七章 高聚物的力学性质
• 得：f
T
(
S T
)
l
,V
• 所以橡胶拉伸时，内能几乎不变，而主要引
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）
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第七章 高聚物的力学性质
（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。
高聚物的力学性能
Biblioteka u ( )T ,V 0 l
S f T ( )T ,V l
理想高弹体拉伸时，只引起熵变； 只有熵的变化对理想高弹体有贡献。
理想高弹体的高弹性即为熵弹性。
实际橡胶可看成理想高弹体，因此高弹性的本质为熵弹性。
江门职业技术学院材料系
f
2、 fu =?
f
fs fu
6
四、影响高弹性的结构因素 1、相对分子质量大，分子链长且柔性好。 2、具有无定形态（非晶态）结构。 3、大分子链间有适度的交联。
外力作用在橡胶上，一方面使橡胶的内能随伸长而变化， 另一方面使橡胶的熵随伸长而变化。 橡胶的内部张力是由于变形时内能发生变化和熵发生变化引起的。
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三、橡胶弹性的热力学分析
由实验橡胶拉伸时f 、fu、fs与ε的关系曲线：
fu 0
3、理想高弹体及橡胶高弹性的本质 理想高弹体：等温等容形变过程中内能保持不变的弹性体。
江门职业技术学院材料系 2
一、橡胶的使用温度范围
2、改善低温易脆性，降低Tg ，减少结晶，提高橡胶的耐寒性 耐寒性：抵抗低温易脆性的能力。 Tg 低，低温下，σi↑，耐寒性好。 橡胶的结晶度低、提高增塑剂的含量、共聚上可使Tg 降低的组分，耐寒 性都可提高。
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3
二、高弹性的特点
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7
聚合物在高弹态表现的力学性质为高弹性。 1、弹性模量小，形变量大，为高弹形变 2、弹性模量E与温度有关 模量其实是抵抗形变的能力， 高弹态大分子链段易活动，大分子链趋于卷曲，对橡胶施加外力时，橡胶 大分子有回缩力， 温度升高，链段活动能力↑，大分子链卷曲程度↑ ，回缩力↑， E↑。 3、形变需要时间，即高弹形变与时间有关 高弹形变是由链段的运动来实现的，而链段运动是松弛过程，因此高弹形 变需要时间，或者说形变落后于外力。 4、形变时有热效应 橡胶伸长变形时，①分子链排列规整性提高，熵值减小； ②分子间的内摩擦产生热量； ③由于分子链排列规整性提高，结晶，放热。 因此，橡胶被拉伸时放热，回缩时就会吸热。 金属材料被拉伸时吸热：金属为结晶材料，拉伸时结晶被破坏，吸热。
S f T ( )T ,V l
理想高弹体拉伸时，只引起熵变； 只有熵的变化对理想高弹体有贡献。
理想高弹体的高弹性即为熵弹性。
实际橡胶可看成理想高弹体，因此高弹性的本质为熵弹性。
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f
2、 fu =?
f
fs fu
6
四、影响高弹性的结构因素 1、相对分子质量大，分子链长且柔性好。 2、具有无定形态（非晶态）结构。 3、大分子链间有适度的交联。
外力作用在橡胶上，一方面使橡胶的内能随伸长而变化， 另一方面使橡胶的熵随伸长而变化。 橡胶的内部张力是由于变形时内能发生变化和熵发生变化引起的。
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三、橡胶弹性的热力学分析
由实验橡胶拉伸时f 、fu、fs与ε的关系曲线：
fu 0
3、理想高弹体及橡胶高弹性的本质 理想高弹体：等温等容形变过程中内能保持不变的弹性体。
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一、橡胶的使用温度范围
2、改善低温易脆性，降低Tg ，减少结晶，提高橡胶的耐寒性 耐寒性：抵抗低温易脆性的能力。 Tg 低，低温下，σi↑，耐寒性好。 橡胶的结晶度低、提高增塑剂的含量、共聚上可使Tg 降低的组分，耐寒 性都可提高。
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二、高弹性的特点
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聚合物在高弹态表现的力学性质为高弹性。 1、弹性模量小，形变量大，为高弹形变 2、弹性模量E与温度有关 模量其实是抵抗形变的能力， 高弹态大分子链段易活动，大分子链趋于卷曲，对橡胶施加外力时，橡胶 大分子有回缩力， 温度升高，链段活动能力↑，大分子链卷曲程度↑ ，回缩力↑， E↑。 3、形变需要时间，即高弹形变与时间有关 高弹形变是由链段的运动来实现的，而链段运动是松弛过程，因此高弹形 变需要时间，或者说形变落后于外力。 4、形变时有热效应 橡胶伸长变形时，①分子链排列规整性提高，熵值减小； ②分子间的内摩擦产生热量； ③由于分子链排列规整性提高，结晶，放热。 因此，橡胶被拉伸时放热，回缩时就会吸热。 金属材料被拉伸时吸热：金属为结晶材料，拉伸时结晶被破坏，吸热。
第七章 高聚物的力学性质1
1、屈服的特征 高聚物屈服点前形变是完全可以回复的，屈服 点后高聚物将在恒应力下“塑性流动”。 高聚物在屈服点的应变相当大，剪切屈服应变 为0.1至0.2. 屈服点后，大多数高聚物呈现应变软化，有些 还非常迅速。 屈服应力对应变速率和温度都很敏感。 屈服以后有微小的体积减小，但屈服时还没有 体积增大。
A0
3、压缩应变：在均匀（流体静力）压缩的 情况下，材料受到围压力P发生体积形变
Δ V Δ V0
弹 性 模 量
杨氏模量：
E
切变模量：
s F G＝ r A0tg
体积模量：
P PV0 B V
F A0 l l0
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
增强填料
（1）粉末填料：炭黑、二氧化硅等 补强机理：活性表面能与若干高分子链相结合形成一种交联
结构，如炭黑增强橡胶，橡胶分子可以接在炭黑表面。当其中一根 分子链受到应力时，可以通过交联点传递给其他分子链，如果其中 一根分子链断裂，其他链可以照常起作用，而不影响整体。
（2）纤维状填料：碳纤维、玻璃纤维、天然 纤维等，它们具有高模量，耐热、耐磨、 耐化学试剂及特殊的电性能等，因而在航 空航天、电讯、化工等领域广泛应用。 （3）液晶：聚酯
不同条件下的拉伸曲线
(1)不同温 度
a) T << Tg 脆 性断裂、形变小、 σ∝ε b) T < Tg 出现 屈服点形变稍大， 前部σ ∝ ε c) T < Tg 韧性 断裂、形变大， 前部σ ∝ ε (有 些高聚物出现) d) T > Tg 进 入高弹态、形变 大、不出现屈服 点
(2)不同拉伸速率 ' ' ' ' 拉伸速率： 1＞ 2 ＞ 3 ＞ 4
第七章 高聚物的力学性质(修改2)
真应力—应变曲线的类型： 屈服点判据：在屈服点，曲线出现拐点ds/d = 0。
(7-31) (7-32) 表示在 = -1 处向 s ’– 曲线作切线， 切点就是屈服点，对应的真应力就是 屈服应力ζ’y 。
五、 高聚物的破坏和理论强度
1. 高聚物的破坏的微观过程
a. 化学键的破坏 b. 分子间的滑脱 c. 分子间力的破坏
2. 理论强度 (1). 化学键的破坏：实际强度比理论值小几十倍， 因为试样受到外力作用时，不可能所有分子链在同 一个截面上被同时拉断。 (2). 分子间的滑脱：分子间滑脱的断裂必须使分子 间的作用力（范德华力或氢键）全部破坏，但是， 不可能单纯由分子间滑脱引起的断裂。 (3). 分子间力的破坏：分子是垂直于受力方向排列 的，断裂时是部分氢键或范德华力的破坏，此时， 理论强度与实际强度属同数量级。
以法应力ζαn 和切应力ζαs对截面倾角作图： 当＝0°时，则ζαn ＝ ζ0 ， ζαs ＝0； 当＝45°时，则ζαn ＝ ζαs ＝ζ0 /2； 当＝90°时，则ζαn ＝ 0 ， ζαs ＝0； 当= 45 °时，切应力出现最大值； 当 = 0 °时，法应力出现最大值。
对于倾角为β＝α ＋ 90°的另一个截面，
E.S.Clark提出了能弹性机理来解释硬弹性材料这种 特殊的力学行为。
高抗冲聚苯乙烯(HIPS)也具有硬弹性行为，它们具有 板块-微纤复合结构，提出了硬弹性的表面能理论，认 为硬弹性主要是由形成微纤的表面能改变所致。
5. 应变诱发塑料—橡胶转变
某些嵌段共聚物的应变软化现象，如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段 共聚物(SBS)，当塑料相和橡胶相接近1：1时，常温下材料为塑 料，其拉伸行为起先与一般塑料的冷拉现象类似。
四、 高聚物的屈服
高聚物的力学性能
●相对分子质量及分布对强度的影响
规律：强度随相对分子质量的增大而增加，分布宽窄影响不大，但低聚物部分增加时，因低分子部分发生分子间断裂而使强度下降。
●低分子掺合物对强度的影响
规律：低分子物质的加入降低强度。
▓实例增塑剂的加入能降低强度，但对脆性高聚物而言，少量加入低分子物质，能增加强度。
●交联对强度的影响
规律：适度交联增加强度，但过度交联，在受外力时，会使应力集中而降低强度。
▓实例橡胶的适度交联。
●结晶对强度的影响
规律：结晶度增大，强度增加，但材料变硬而脆；大球晶增加断裂伸长率，小球晶增加韧性、强度、模量等；纤维状晶体强度大于折叠晶体强度。
▓实例缓慢降温有利形成大球晶，淬火有利形成小球晶。
●取向对强度的影响
规律：取向能增加取向方向上材料的强度。
§5高聚物的力学性能
特例：以橡胶为改性剂，提高高聚物材料抗冲击性能。
对橡胶的要求：玻璃化温度必须远低于使用温度；橡胶不溶于刚性高聚物而形成二相；两种高聚物溶解行为上相似，有利于相互黏着。
若三条件达不到，加入第三组分。
效果：原脆性高聚物的冲击强度提高5～10倍。
高聚物生产技术配套教学资源第七章习题参考的答案
M较小
结晶态高聚物的物理状态
M很大
玻璃态 高弹态 黏流态
第七章 高聚物的物理性能 第3题
解答：
●玻璃化温度的定义 高聚物分子链段开始运动或冻结的温度。 ●玻璃化温度的使用价值 玻璃温度是非晶态高聚物作为塑料使用的最高温度；是作为橡胶使用的最低 温度。（一般用Tg表示） ●影响玻璃化温度的因素 主链柔性对玻璃温度的影响 对主链柔性有影响的因素，都影响玻璃化温 度。为柔性越大，其玻璃化温度越低。 分子间作用力对玻璃化温度的影响 分子间作用力越大，其玻璃化温度越 高。 相对分子质量对玻璃化温度的影响 玻璃化温度随高聚物平均相对分子质量 的增加而增大，但当平均相对分子质量增加到一定程度时，玻璃化温度趋于某一 定值。
Y
A
应力
Y A
键角。对应 为弹性伸长极限。
▲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
A Y
应变
B
A-弹性极限；Y-屈服点；B-断裂点
300%～1000%，并且可逆；运动单元为链段。
第七章 高聚物的物理性能 第8题
续解： ▲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。 ●非晶态高聚物的六种应力-应变曲线与使用的关系 ▲可以作为工程塑料的高聚物
第七章 高聚物的物理性能 第 10 题
续解： ▓实例 缓慢降温有利形成大球晶，淬火有利形成小球晶。 ●取向对强度的影响 规律：取向能增加取向方向上材料的强度。 ●填充物对强度的影响
规律：适当填充活性填料增加强度。 实例 橡胶填充炭黑；玻璃钢填充玻璃纤维。
●材料中缺陷对强度的影响
缺陷指向与危害：杂质、不塑化树脂粒、气泡、降解物等造成微小裂纹，当材料受到 外力作用时，在缺陷处产生应力集中，致使材料断裂、破坏。
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第七章 高聚物的力学性能
1
内容
概述
描述力学性能的基本物理量 高聚物力学性能的特点 应力-应变曲线 玻璃态非晶高聚物的拉伸 结晶高聚物的拉伸 真应力-应变曲线几其屈服判据
高分子的应力-应变行为
高聚物的强度
2
1、概述
z拉伸
拉伸强度：拉伸（杨氏）模量，断裂伸长率，屈服 强度，100％定伸应力…
11
¾ 粘弹性：力学行为对温度和时间有强烈的依赖关系 ——为高聚物独特的力学行为 σ（应力） ε（应变） T（温度） t（时间） ¾ 比强度特高 比强度——单位重量材料能承受的最大负荷。
12
在研究高聚物力学行为 时必须同时考虑
几种金属材料和塑料(增强)的比强度
材 料 名 称 高级合金钢 A3钢 铝合金 铸铁 聚乙烯 尼龙66 玻璃增强尼龙66 聚酯玻璃钢 环氧玻璃钢 酚醛玻璃钢 玻璃增强聚碳酸酯 玻璃增强聚砜 玻璃增强ABS 比 重 8.0 7.85 2.8 7.4 0.95 1.12 1.3～1.5 1.8 1.73 1.75 1.4 1.45 1.23～1.36 拉伸强度（MPa） 1280 400 420 240 30 83 98～218 290 500 200 120～130 126 59～133 比强度 160 50 160 32 31.6 74.1 143 160 280 115 92.9 86.9 97.8
7
不同材料的泊松比 材料名称 锌 钢 铜 铝 铅 汞 泊松比 0.21 0.25~0.35 0.31~0.34 0.32~0.36 0.45 0.50 材料名称 玻璃 石料 聚苯乙烯 聚乙烯 赛璐珞 橡胶类 泊松比 0.25 0.16~0.34 0.33 0.38 0.39 0.49~0.50
8
（2）常用的几种力学强度
软~硬：模量
σ
σy σb
Y Y’ B’
B
α
0
εy
εb
ε
16
应力-应变曲线的类型
序号 类型 曲线 模量 拉伸强度 断裂伸长率 断裂能 实例 高 中 小 小 PS PMMA 酚醛树脂 高 高 中 中 硬PVC AS 高 高 大 大 PC ABS HDPE 低 中 很大 大 硫化橡胶 软PVC 低 低 中 小 未硫化橡胶 齐聚物 1 硬而脆 2 硬而强 3 强而韧 4 软而韧 5 软而弱
z
拉伸强度σt= P/bd （最大负荷/截面积)Mpa 1 Mpa = 9.8 kg/cm2 ≈ 10 kg/cm2 弯曲强度 σf = 1.5(Plo/bd2) MPa
z
z
冲击强度 σi = W/bd Kg cm/cm2
9
常见塑料的拉伸和弯曲强度
塑料名称 低压聚乙烯 聚苯乙烯 ABS塑料 有机玻璃 聚丙烯 聚氯乙烯 尼龙66 尼龙6 尼龙1010 聚甲醛 聚碳酸酯 聚砜 聚酰亚胺 拉伸强度 （MPa） 22～39 35.2～63.3 16.9～63.3 49.2～77.3 33.7～42.2 35.2～63.3 83 74～78 52～55 62～68 67 72～85 94.5 伸长率 % 60～150 12～25 10～140 2～10 200～700 20～40 60 150 100～250 60～75 60～100 20～100 68 拉伸模量 （GPa） 0.84～0.95 2.8～3.5 0.7～2.9 3.2 1.2～1.4 2.5～4.2 3.2～3.3 2.6 1.6 2.8 2.2～2.4 2.5～2.9 弯曲强度 （MPa） 25～40 61.2～98.4 25.3～94.9 91.4～119 42.2～56.2 70.3～112 100～110 100 89 91～92 98～106 108～127 ＞100 2.9～3.0 2.4～2.6 1.3 2.6 2.0～3.0 2.8 3.2 1.2～1.6 3.0 弯曲模量 （GPa） 1.1～1.4
13
1、高分子的应力-应变行为
14
2、高分子的应力-应变行为
应力-应变曲线 拉伸应力
F σ= A0
l − l 0 Δl ε= = l0 l0
A0
AF
拉伸应变
l0
l
真应力
F σ’ = A
Δl F
15
1）应力-应变曲线 Y:屈服点
σy: 屈服强度 εy: Байду номын сангаас服伸长率
B:断裂点 σb: 断裂强度 εy: 断裂伸长率 拉伸强度：σ t = Ι (σ y , σ b ) 杨氏模量： E = tan α 断裂能：OYB面积
聚苯醚
氯化聚醚 线性聚酯 聚四氟乙烯
86.5～89.5
42.3 80 14～25
30～80
60～160 200 250～350
2.6～2.8
1.1 2.9 0.4
98～137
70～77 117 11～14
2.0～2.1
0.9
10
2）高聚物力学性能的特点 ¾ 高弹性——高聚物特有 显示高弹性的温度范围（Tg~Tf）； 分子量增大，温度范围（Tg~Tf）增宽； （Tg~Tf）的范围决定了橡胶的使用温度范围。
σS F = G= γ A 0 tgθ
P B= ΔV V0
6
三种应变模量的关系 对于各向同性的材料有 E = 2G (1+ν) = 3B (1-2ν) ν(泊松比)：横向形变与纵向形变之比。
Δm
ν = − Δλ
m0 λ0
(横向形变 ) − ε t = (纵向形变 ) ε
一般材料ν约为0.2~0.5。
z冲击
悬臂梁，简支梁，落锤… 缺口，无缺口 z弯曲 强度，模量 z摩擦 摩擦系数，磨损量… z…
3
1）描述力学性质的基本物理量 受 简单拉伸 力 方 式 简单剪切 均匀压缩
受 力 特 点
外力F是与截面 垂直，大小相 等，方向相反， 作用在同一直线 上的两个力。
外力F是与界面 材料受到的是 围压力。 平行，大小相 等，方向相反的 两个力。
4
（1）三种基本应变的模量 ¾拉伸: 杨氏模量 E (MPa) σ-应力 ε-应变 F-拉伸力 AO-试样原始截面积 λO-试样原始长度 Δλ-伸长长度
5
A0 σ E= = ε Δλ λ0
F
¾ 剪切: 剪切模量:G (MPa) σs ―剪切应力 γ ―剪切应变 = tgθ ¾ 压缩: 体积模量 B (Kg) P ―流体静压力 ΔV ―体积变化 VO ―原始体积
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内容
概述
描述力学性能的基本物理量 高聚物力学性能的特点 应力-应变曲线 玻璃态非晶高聚物的拉伸 结晶高聚物的拉伸 真应力-应变曲线几其屈服判据
高分子的应力-应变行为
高聚物的强度
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1、概述
z拉伸
拉伸强度：拉伸（杨氏）模量，断裂伸长率，屈服 强度，100％定伸应力…
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¾ 粘弹性：力学行为对温度和时间有强烈的依赖关系 ——为高聚物独特的力学行为 σ（应力） ε（应变） T（温度） t（时间） ¾ 比强度特高 比强度——单位重量材料能承受的最大负荷。
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在研究高聚物力学行为 时必须同时考虑
几种金属材料和塑料(增强)的比强度
材 料 名 称 高级合金钢 A3钢 铝合金 铸铁 聚乙烯 尼龙66 玻璃增强尼龙66 聚酯玻璃钢 环氧玻璃钢 酚醛玻璃钢 玻璃增强聚碳酸酯 玻璃增强聚砜 玻璃增强ABS 比 重 8.0 7.85 2.8 7.4 0.95 1.12 1.3～1.5 1.8 1.73 1.75 1.4 1.45 1.23～1.36 拉伸强度（MPa） 1280 400 420 240 30 83 98～218 290 500 200 120～130 126 59～133 比强度 160 50 160 32 31.6 74.1 143 160 280 115 92.9 86.9 97.8
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不同材料的泊松比 材料名称 锌 钢 铜 铝 铅 汞 泊松比 0.21 0.25~0.35 0.31~0.34 0.32~0.36 0.45 0.50 材料名称 玻璃 石料 聚苯乙烯 聚乙烯 赛璐珞 橡胶类 泊松比 0.25 0.16~0.34 0.33 0.38 0.39 0.49~0.50
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（2）常用的几种力学强度
软~硬：模量
σ
σy σb
Y Y’ B’
B
α
0
εy
εb
ε
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应力-应变曲线的类型
序号 类型 曲线 模量 拉伸强度 断裂伸长率 断裂能 实例 高 中 小 小 PS PMMA 酚醛树脂 高 高 中 中 硬PVC AS 高 高 大 大 PC ABS HDPE 低 中 很大 大 硫化橡胶 软PVC 低 低 中 小 未硫化橡胶 齐聚物 1 硬而脆 2 硬而强 3 强而韧 4 软而韧 5 软而弱
z
拉伸强度σt= P/bd （最大负荷/截面积)Mpa 1 Mpa = 9.8 kg/cm2 ≈ 10 kg/cm2 弯曲强度 σf = 1.5(Plo/bd2) MPa
z
z
冲击强度 σi = W/bd Kg cm/cm2
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常见塑料的拉伸和弯曲强度
塑料名称 低压聚乙烯 聚苯乙烯 ABS塑料 有机玻璃 聚丙烯 聚氯乙烯 尼龙66 尼龙6 尼龙1010 聚甲醛 聚碳酸酯 聚砜 聚酰亚胺 拉伸强度 （MPa） 22～39 35.2～63.3 16.9～63.3 49.2～77.3 33.7～42.2 35.2～63.3 83 74～78 52～55 62～68 67 72～85 94.5 伸长率 % 60～150 12～25 10～140 2～10 200～700 20～40 60 150 100～250 60～75 60～100 20～100 68 拉伸模量 （GPa） 0.84～0.95 2.8～3.5 0.7～2.9 3.2 1.2～1.4 2.5～4.2 3.2～3.3 2.6 1.6 2.8 2.2～2.4 2.5～2.9 弯曲强度 （MPa） 25～40 61.2～98.4 25.3～94.9 91.4～119 42.2～56.2 70.3～112 100～110 100 89 91～92 98～106 108～127 ＞100 2.9～3.0 2.4～2.6 1.3 2.6 2.0～3.0 2.8 3.2 1.2～1.6 3.0 弯曲模量 （GPa） 1.1～1.4
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1、高分子的应力-应变行为
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2、高分子的应力-应变行为
应力-应变曲线 拉伸应力
F σ= A0
l − l 0 Δl ε= = l0 l0
A0
AF
拉伸应变
l0
l
真应力
F σ’ = A
Δl F
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1）应力-应变曲线 Y:屈服点
σy: 屈服强度 εy: Байду номын сангаас服伸长率
B:断裂点 σb: 断裂强度 εy: 断裂伸长率 拉伸强度：σ t = Ι (σ y , σ b ) 杨氏模量： E = tan α 断裂能：OYB面积
聚苯醚
氯化聚醚 线性聚酯 聚四氟乙烯
86.5～89.5
42.3 80 14～25
30～80
60～160 200 250～350
2.6～2.8
1.1 2.9 0.4
98～137
70～77 117 11～14
2.0～2.1
0.9
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2）高聚物力学性能的特点 ¾ 高弹性——高聚物特有 显示高弹性的温度范围（Tg~Tf）； 分子量增大，温度范围（Tg~Tf）增宽； （Tg~Tf）的范围决定了橡胶的使用温度范围。
σS F = G= γ A 0 tgθ
P B= ΔV V0
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三种应变模量的关系 对于各向同性的材料有 E = 2G (1+ν) = 3B (1-2ν) ν(泊松比)：横向形变与纵向形变之比。
Δm
ν = − Δλ
m0 λ0
(横向形变 ) − ε t = (纵向形变 ) ε
一般材料ν约为0.2~0.5。
z冲击
悬臂梁，简支梁，落锤… 缺口，无缺口 z弯曲 强度，模量 z摩擦 摩擦系数，磨损量… z…
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1）描述力学性质的基本物理量 受 简单拉伸 力 方 式 简单剪切 均匀压缩
受 力 特 点
外力F是与截面 垂直，大小相 等，方向相反， 作用在同一直线 上的两个力。
外力F是与界面 材料受到的是 围压力。 平行，大小相 等，方向相反的 两个力。
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（1）三种基本应变的模量 ¾拉伸: 杨氏模量 E (MPa) σ-应力 ε-应变 F-拉伸力 AO-试样原始截面积 λO-试样原始长度 Δλ-伸长长度
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A0 σ E= = ε Δλ λ0
F
¾ 剪切: 剪切模量:G (MPa) σs ―剪切应力 γ ―剪切应变 = tgθ ¾ 压缩: 体积模量 B (Kg) P ―流体静压力 ΔV ―体积变化 VO ―原始体积