高分子机械性能
高分子材料的结构和性能研究
高分子材料的结构和性能研究高分子是由大量分子单元化合而成的材料，是众多材料之中使用最为广泛的一类材料，其中塑料是高分子材料中最常见和应用最广泛的一种。
随着科技的不断发展，人们对高分子材料的研究和应用也越来越深入，对高分子材料的结构和性能进行探究已成为重要的研究方向之一。
一、高分子材料的基本结构和组成高分子材料的基本结构是由大量简单分子单元通过共价键或离子键连接而成的长链分子。
这些长链分子可能包含数千上万个单元，其分子量也可达数百万至数千万不等。
除了长链分子，高分子材料中还可能存在支链分子、交错分子、网状分子等不同的形态。
高分子材料的组成不仅有单一的高分子，还可能由多种高分子组成的共混物或复合材料。
共混物由两种或以上的高分子混合而成，其组分可以均为同质高分子，也可以为不同种类的高分子。
而复合材料则是将高分子与其它材料混合而成，这些材料可以是同种的或不同种的。
复合材料的成分可以按照功能需求进行配比，形成满足不同使用需求的高性能材料。
二、高分子材料的性能及其研究方法高分子材料因其结构特点，在力学、光学、电学、化学、热学等方面表现出一系列独特的性能。
高分子材料的性能取决于分子结构、分子量、结晶度、形态结构、分子力学运动状态等因素。
其中，热性能、机械性能和流变性能等是高分子材料中最为重要和常见的性能。
研究高分子材料的性能需要运用多种方法和技术。
其中，常用的方法包括热分析、质谱分析、核磁共振、傅里叶变换红外光谱、拉伸测试、动态力学分析、热重分析等。
这些方法可以实现对高分子材料的性能进行定量描述，并能够揭示高分子材料的制备过程中的关键因素和作用机理。
三、高分子材料的应用及其发展趋势高分子材料由于其独特的性能和广泛的应用领域，成为了现代工业中不可或缺的材料之一。
塑料制品、纤维、色素、润滑剂、胶粘剂、电线电缆、医疗器械等领域均有广泛应用。
而在新能源、新兴材料、高效催化剂、生物医学领域等新兴领域，高分子材料也取得了许多创新和突破性的进展。
高分子材料性能测试实验报告
高分子材料性能测试实验报告一、实验目的本实验旨在对常见的高分子材料进行性能测试，以深入了解其物理、化学和机械性能，为材料的选择和应用提供科学依据。
二、实验材料与设备1、实验材料聚乙烯（PE）聚丙烯（PP）聚苯乙烯（PS）聚氯乙烯（PVC）2、实验设备电子万能试验机热重分析仪（TGA）差示扫描量热仪（DSC）硬度计冲击试验机三、实验原理1、拉伸性能测试高分子材料在受到拉伸力作用时，会发生形变。
通过测量材料在拉伸过程中的应力应变曲线，可以得到材料的拉伸强度、断裂伸长率等性能指标。
2、热性能测试TGA 用于测量材料在加热过程中的质量损失，从而分析材料的热稳定性和组成成分。
DSC 则可以测量材料在加热或冷却过程中的热量变化，用于研究材料的相变温度、玻璃化转变温度等。
3、硬度测试硬度是衡量材料抵抗局部变形的能力。
硬度计通过压入材料表面一定深度，测量所施加的力来确定材料的硬度值。
4、冲击性能测试冲击试验机通过施加冲击载荷，测量材料在冲击作用下的吸收能量，评估材料的抗冲击性能。
四、实验步骤1、拉伸性能测试将高分子材料制成标准哑铃状试样。
安装试样到电子万能试验机上，设置拉伸速度和测试温度。
启动试验机，记录应力应变曲线。
2、热性能测试称取一定量的高分子材料样品，放入 TGA 和 DSC 仪器的样品盘中。
设置升温程序和气氛条件，进行测试。
3、硬度测试将试样平稳放置在硬度计工作台上。
选择合适的压头和试验力，进行硬度测量。
4、冲击性能测试制备标准冲击试样。
将试样安装在冲击试验机上，进行冲击试验。
五、实验结果与分析1、拉伸性能聚乙烯（PE）：拉伸强度较低，断裂伸长率较高，表现出较好的柔韧性。
聚丙烯（PP）：拉伸强度较高，断裂伸长率适中，具有一定的刚性和韧性。
聚苯乙烯（PS）：拉伸强度较高，但断裂伸长率较低，脆性较大。
聚氯乙烯（PVC）：拉伸强度和断裂伸长率因配方不同而有所差异。
2、热性能TGA 结果显示，不同高分子材料的热分解温度和分解过程有所不同。
高分子材料力学性能
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。
高分子材料的机械性能和形变行为研究
高分子材料的机械性能和形变行为研究高分子材料在现代工业和科学中广泛应用，其独特的性质和形变行为是研究者们关注的焦点。
高分子材料的机械性能和形变行为具有复杂多样的特性，由其结构、组成和加工制备方式等影响。
本文将围绕高分子材料的机械性能和形变行为进行探讨。
1. 高分子材料的机械性能高分子材料的机械性能是指在受力作用下的变形和破坏特性。
其中，弹性模量、屈服强度、断裂强度和延伸率等是常用的机械性能指标。
弹性模量是高分子材料在弹性阶段内所受外力引起的应变率的比值。
其大小与高分子的分子量、晶化程度、交联密度等因素有关。
例如，分子量较大的聚乙烯常使用于制造弹性塑料袋，而分子量较低的聚乙烯用于制造塑料瓶等刚性容器。
屈服强度是材料发生塑性形变时所承受的最大应力。
高分子材料的塑性形变受其分子间力及分子排列、交联度等因素影响。
例如，线性低密度聚乙烯的分子链交联较少，因此其屈服强度较低；而高密度聚乙烯由于分子链排列更加紧密，其屈服强度较高。
断裂强度是高分子材料破裂时所承受的最大应力。
其大小与材料中缺陷的数量、形态、尺寸等因素有关。
比如，PE材料存在着空洞、裂纹等缺陷，因此其断裂强度低于无缺陷PE材料。
延展率是指材料在断裂前最大可承受的形变。
高分子材料的延展率取决于材料中交联度、分子量大小、分子链排列等因素。
例如，聚丙烯的分子链比聚乙烯更加有序，其延展性较差，但刚度更高。
2. 高分子材料的形变行为高分子材料的形变行为是指材料在受力作用下所发生的变形和破坏行为。
其中，弹性形变、塑性形变和断裂破坏是高分子材料的主要形变行为。
弹性形变是指材料在受到作用力后，形变程度与外力大小成正比，卸载后能完全恢复至最初状态的物理现象。
高分子材料的弹性形变是由分子链的伸缩引起的。
例如，聚乙烯具有较好的弹性形变性能，在撞击后可以恢复至原始形状。
塑性形变是高分子材料在达到屈服点后所发生的不可逆形变行为。
由于高分子材料中分子排列方式不同导致其塑性形变行为不同，例如，线性低密度聚乙烯的塑性形变性能较好，而高密度聚乙烯的脆性较强，其塑性变形能力较差。
高分子物理----高分子的力学性能
一般刻痕试样的冲击强度小于这一数值为脆性断裂，大
于这一数值时为韧性断裂。但这一指标并不是绝对的，
例如玻璃纤维增强的聚酯塑料，甚至在脆性破坏时也有
很高的冲击强度。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
2. 高聚物的理论强度 从分子结构的角度来看，高聚物的断裂要破坏分子 内的化学键，分子间的范德华力与氢键。
7.2 高弹态聚合物的力学性质
加入增塑剂虽然可以降低Tg，但有利条件，因此选
用增塑法来降低Tg必须考虑结晶速度增大和结晶形成的 可能性。
7.2 高弹态聚合物的力学性质
（2）共聚法
共聚法也能降低聚合物的Tg，如：PS的主链上带有体 积庞大的苯基，聚丙烯腈有强极性腈基存在，Tg都在室温 以上，只能作为塑料和纤维使用，如果用丁二烯分别与苯 乙烯和丙烯腈共聚可得丁苯橡胶和丁腈橡胶，使Tg下降。 例如：丁苯30，Tg=-53℃，丁腈26，Tg=-42℃。
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
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
高分子的结构和性能的关系
高分子的结构和性能的关系高分子的结构和性能的关系高分子化合物分子的大小对化学性质影响很小，一个官能团，不管它在小分子中或大分子中，都会起反应。
大分子与小分子的不同，主要在于它的物理性质，而高分子之所以能用作材料，也正是由于这些物理性质。
下面简要讨论高分子的结构与物理性能的关系。
一、高分子的两种基本结构及其性能特点高分子的分子结构可以分为两种基本类型:第一种是线型结构，具有这种结构的高分子化合物称为线型高分子化合物。
第二种是体型结构，具有这种结构的高分子化合物称为体型高分子化合物。
此外，有些高分子是带有支链的，称为支链高分子，也属于线型结构范畴。
有些高分子虽然分子链间有交联，但交联较少，这种结构称为网状结构，属体型结构范畴。
在线型结构(包括带有支链的)高分子物质中有独立的大分子存在，这类高聚物的溶剂中或在加热熔融状态下，大分子可以彼此分离开来。
而在体形结构(分子链间大量交联的)的高分子物质中则没有独立的大分子存在，因而也没有相对分子质量的意义，只有交联度的意义。
交联很少的网状结构高分子物质也可能被分离的大分子存在(犹如一张张"鱼网"仍可以分开一样)。
应该指出，上述两种基本结构实际上是对高分子的分子模型的直观模拟，而分子的真实精细结构除了少数(如定向聚合物)外，一般并不清楚。
两种不同的结构，表现出相反的性能。
线型结构(包括支链结构)高聚物由于有独立的分子存在，故具有弹性、可塑性，在溶剂中能溶解，加热能熔融，硬度和脆性较小的特点。
体型结构高聚物由于没有独立大分子存在，故没有弹性和可塑性，不能溶解和熔融，只能溶胀，硬度和脆性较大。
因此从结构上看，橡胶只能是线型结构或交联很少的网状结构的高分子，纤维也只能是线型的高分子，而塑料则两种结构的高分子都有。
二、高分子化合物的聚集状态高聚物的性能不仅与高分子的相对分子质量和分子结构有关，也和分子间的互相关系，即聚集状态有关。
同属线型结构的高聚物，有的具有高弹性(如天然橡胶)，有的则表现出很坚硬(如聚苯乙烯)，就是由于它们的聚集状态不同的缘故。
医药对高分子材料的基本要求
医药对高分子材料的基本要求
医药对高分子材料的基本要求主要包括以下几个方面：
1.生物相容性：高分子材料在医药应用中需要具备良好的生物相容性，即能够与生物体组织相容，不引起明显的异物反应或排异反应。
2.可降解性：医药高分子材料通常需要具备可降解性，即能够在体内逐渐降解并被代谢排出体外，而不会留下残留物质，降低对机体的潜在危害。
3.机械性能：医药高分子材料需要具备一定的机械性能，能够满足特定医疗器械或药物载体的使用要求，如足够的强度和韧性。
4.稳定性：医药高分子材料需要具备一定的化学稳定性，能够在使用过程中保持其物理和化学性质的稳定性，不会因外界环境变化而降低其功能。
5.可加工性：医药高分子材料需要具备良好的可加工性，能够通过各种成型加工工艺（如注塑、挤出、成型等）制备成具有特定形状和尺寸的产品。
需要注意的是，不同的医药应用领域对高分子材料的要求有所不同，因此具体要求可能会有所差异。
机械设备中常用的高分子材料-高分子材料论文-化学论文
机械设备中常用的高分子材料-高分子材料论文-化学论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——在三大工程材料金属、陶瓷、高分子材料中，高分子材料在近些年中在机械设备领域的应用得到了飞速的发展，目前已经出现了分子量达到五百万以上的超高分子材料。
由于高分子材料的力学性能较为特殊，部分高分子材料的绝对强度高于金属材料，不但有利于节约能耗，而且在机电、交通、轻工、医药等行业拥有广泛的应用。
总体而言，高分子材料的种类很多，具有耐磨、耐冲击、耐腐蚀、耐疲劳以及良好的绝缘性能特点。
但是需要注意的是不同高分子具有的性能差异非常大，必须全面地认识到不同高分子材料的有点与局限性，恰当地使用，才能使其在机械设备中的应用达到最佳的经济效益。
1 聚氨酯弹性体在机械设备中的应用聚氨酯弹性体属于橡胶类材料，聚氨酯弹性体与普通橡胶相比，具有很多优点，例如：优良的耐磨、耐撕裂、耐腐蚀、耐辐射与抗疲劳的性能。
并且，由于聚氨酯弹性体的机械性能范围非常宽广，聚氨酯弹性体的硬度在邵氏20~95 之间变化，其强度与硬度存在正对应关系。
根据聚氨酯弹性体的性能特点，特别是其优良的耐磨性能，在很多有机溶剂、砂浆混合液体中，其损耗相对比与其他材料较低。
在这种情况下，在机械设备中通常将聚氨酯弹性体应用在叶轮、叶片与盖板一类的机械设备中，特别是在工况条件为磨粒磨损的浮选机械方面应用非常广泛。
将聚氨酯弹性体用于单向离合器方面，其不但能够承受轴向作用力，而且能够将滑动摩擦改变为滚动摩擦。
将聚氨酯弹性体用于涡轮轮毂或者导向轮毂方面能够有效减少载荷，平衡压力，从而有效地减少轴向力。
但值得注意的将聚氨酯弹性体用于导向轮的轮毂上时，如果安装方向，则会导致液压油从涡轮的出来后直接到了导向轮的出口位置。
从而发生液压顶牛的问题，导致导向轮的液力变矩器的输出转矩减小，导致装载机动性能出现问题。
而且聚氨酯弹性体还是属于橡胶类材料，所有聚氨酯弹性体不能广泛应用在承受滑动摩擦的机械零部件中。
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• 缺点：测量结果分散度大。
钢球压头与 金刚石压头
洛氏硬度压痕
•布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 •缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。 •适于测量退火、正火、调质钢，铸铁及有色金属的硬度。
2.洛氏硬度：将标准压头用规定压力压入金属表面并 保持一段时间，然后去除载荷，测量压痕深度，从 而确定金属的硬度值。金属越硬，压痕深度越浅， 反之亦然。
洛氏硬度测试示意图 洛 氏 硬 度 计
h1-h0
• 符号HR前面的数字为硬度值பைடு நூலகம் 后面为使用的标尺。
根据压头类型和主载荷不同，分为 九个标尺，常用的标尺为A、B、 C。
• HRA用于测量高硬度材料, 如硬 质合金、表淬层和渗碳层。
• HRB用于测量低硬度材料, 如有 色金属和退火、正火钢等。
• HRC用于测量中等硬度材料， 如调质钢、淬火钢等。
三、冲击韧性
• 是指材料抵抗冲击载荷作用 而不破坏的能力。用ak (J/cm2)表示。
四、疲劳强度
• 材料在低于s的重复交变应力作用下发生突然断裂的现象 称为疲劳断裂。
特点：交变应力通常低于材料的屈服强度，断裂时无明显 的塑性变形，而是突然发生，在工程上具有极大的危险性。
• 材料在无数次应力循环的作用下而不断裂时的最大交变应 力称为疲劳强度，用σ-1表示。 材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称 为有限疲劳极限。钢铁材料规定次数为107，有色金属合 金为108。
疲劳应力示意图
疲劳曲线示意图
疲劳断口
轴的疲劳断口
疲劳辉纹（扫描电镜照片）
通过改善材料的形状结构，减少表面缺陷，提高表面 光洁度，进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗力。
五、硬度
硬度：金属表面抵抗局部压入变形或刻划破坏的能力。
1.布氏硬度：用载荷为P的力，将直径为D的淬火钢球或硬质合金 球压入金属表面并保持一段时间，然后去除载荷，测量金属表 面圆形凹陷压痕的直径d,计算出压痕表面积A，每单位面积承 受的力P/A被称为布氏硬度值，用符号HBS（当用淬火钢球时， 适用于布氏硬度值在450以下的材料）或HBW （当用硬质合 金球时，适用于布氏硬度在650以下的材料）来表示。 即：HB = P/A= P/πDh。
高分子材料机械性能 的测试
低碳钢的应力-应变曲线
应力 = P/F0 应变 = (l-l0)/l0
拉 伸 试 验 机
拉伸试样
一、弹性和刚度
• 弹性：指标为弹性极限e，
即材料承受最大弹性变形时
e
的应力。
• 刚度：材料受力时抵抗弹性
变形的能力。指标为弹性模 量E。
E tg （MPa）
弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升
断裂后
• 说明： • ① 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真
实变形。
• ② 直径d0 相同时，l0，。只有当l0/d0
为常数时，塑性值才有可比性。
• 当l0=10d0 时，伸长率用 10表示； • 当l0=5d0 时，伸长率用5 表示。显然5>
10 • ③ > 时，无颈缩，为脆性材料表征
< 时，有颈缩，为塑性材料表征
为适应人们习惯上数字越大硬度越高的概念，人为规 定一常数K减去压痕深度h的值作为洛氏硬度值的指 标，并规定每0.002mm作为一个洛氏硬度单位， 用HR表示（洛氏硬度无单位）: HR=(K-h)/0.002
**洛氏硬度试验的压头有两种： 硬质压头---顶角为120度的金刚石圆锥体，适用于 淬火钢等硬度值较高的材料。 软值压头---直径为1.588mm的淬火钢球，适用于 退火钢、有色金属等硬度值较低的材料。
• 抗拉强度b：材料断裂前所承受的 最大应力值。
----屈强比σs /σb 的意 义：a、 工程安全系数; b、材料的利用率。
s
0.2
塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。 指标为：
伸长率：
l1 l0 100%
l0
断面收缩率： F0 F1 100%
拉
F0
伸 试
样
的
颈
缩
现
象
布 氏 硬 度 计
•压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以 下的材料。 •压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下的 材料。
符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值（布氏硬度有单位，但不标）, 符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如 120HBS10/1000/30 表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷 作用下保持30s测得的布氏硬度值为120，如果保载时间为10~15s（如黑 色金属）则不标出。
高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷
热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。可以通过
增加横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。
二、强度与塑性
• 强度：材料在外力作用下抵抗塑性变形 和断裂的能力。
• 屈服强度s：材料开始产生屈服现象时 所对应的外加应力，用σs 表示。 ----屈服是指材料在外应力不再增加的情 况下，塑性变形继续显著增加的现象。