高分子材料的力学性能
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。
高分子材料性能测试力学性能
3.1.2 高分子经典应力－应变曲线 I
3.1 拉伸性能
(c)旳特点是硬而强。拉伸强度和弹性模量大，且有合适旳伸长率，如硬聚氯乙烯等。(d)旳特点是软而韧。断裂伸长率大，拉伸强度也较高，但弹性模量低，如天然橡胶、顺丁橡胶等。
3.1 拉伸性能
3.1.2 高分子经典应力－应变曲线 III
(e)旳特点是硬而韧。弹性模量大、拉伸强度和断裂伸长率也大，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙等
塑性(Plasticity)：外力作用下，材料发生不可逆旳永久性变形而不破坏旳能力。
Mechanical properties of materials
应 力
应 变
Mechanical properties of materials
3.1 拉伸性能
3.1.1 应力－应变曲线
Байду номын сангаас
高分子应力-应变过程
3.1 拉伸性能
电子万能试验机
3.1 拉伸性能
3.1 拉伸性能
3.1.5 拉伸性能测试原理 拉伸试验是对试样延期纵轴方向施加静态拉伸负荷，使其破坏，经过测量试样旳屈服力、破坏力和试样标距间旳伸长来求得试样旳屈服强度拉伸强度和伸长率。
3.1 拉伸性能
3.1.6 测量方法即实验环节 ①试样旳状态调节和试验环境按国家原则规定。②在试样中间平行部分做标线，示明标距。③测量试样中间平行部分旳厚度和宽度，精确到0.01mm，II型试样中间平行部分旳宽度，精确到0.05mm，测3点，取算术平均值。④夹具夹持试样时，要使试样纵轴与上下夹具中心连线重合，且松紧适宜。⑤选定试验速度，进行试验。⑥记录屈服时负荷，或断裂负荷及标距间伸长。试样断裂在中间平行部分之外时，此试样作废，另取试样补做。
高分子的力学性能
力等）作用下，材料的形变随时间的增加而逐渐增大的现象。
7.3 3 聚合物的粘弹性 聚合物的力学松弛
蠕变过程包括 三种形变
普弹形变ε1 运动单元：键长、键角 形变特点：形变量小，与时间无关，形变 可完全回复 高弹形变ε2
2 +3
1 2 3
1
运动单元：链段 形变特点：形变量大，与时间有关，可逐 渐回复 t 粘性流动ε3 运动单元：分子链 形变特点：不可逆形变
于应力，摩擦阻力越大，链段运动越困难，应变也就越跟不上 应力的变化，δ也就越大。
7.3 3 聚合物的粘弹性 聚合物的力学松弛
4.力学损耗(内耗、阻尼) 粘弹性材料的应变变化跟不上应力的变化，在循环 变化过程中有能量的消耗，这种消耗称为力学损耗或滞 后损耗。 高分子材料内耗的产生在于外力在改变分子链构象 的同时还要克服内摩擦力。
7.3 3 聚合物的粘弹性 聚合物的力学松弛
3.滞后现象 粘弹性材料的力学响应在弹性材料和粘性材料之间，应变的 变化落后于应力的变化一个相位角δ。
(t ) 0 sin(t )
滞后现象：应变的变化落后于应力变化的现象. 聚合物滞后现象也是松弛过程，它的发生是由于链段运动
要受到内摩擦力作用，运动跟不上外力的变化，所以形变落后
下，在标准试样上沿轴向施加拉伸载荷，直到试样被
拉断为止。
1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
试样断裂前所受的最大
负荷P与试样横截面积之比
为抗张强度t： t = P / b • d
1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（2） 弯曲强度（挠曲强度） 弯曲强度是在规定试验条件下，对标准试样施力。 静弯曲力矩直到试样折断为止 。 设试验过程中最大的负荷 为P，则抗弯强度f为： f = 1.5Pl0 / bd2
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。
高分子材料性能
高分子材料性能高分子材料是由长链聚合物分子组成的一类材料。
它们具有很多出色的性能，使其成为现代工业中广泛应用的材料之一。
首先，高分子材料具有卓越的力学性能。
由于高分子材料的长链结构，其分子可以互相连接形成三维网络结构，在外力作用下，分子可以发生移动和变形，从而使材料具有较高的韧性。
此外，高分子材料还具有较低的密度，可以在轻负荷下承受较大的拉伸和压缩力，使其成为制造轻量化产品的理想选择。
其次，高分子材料具有良好的化学稳定性。
由于高分子材料中的分子间键强度较低，不易受到化学物质的侵蚀，因此具有较高的化学稳定性。
这使得高分子材料可以在各种恶劣的环境中使用，不易被腐蚀和氧化，从而提高材料的使用寿命。
此外，高分子材料还具有良好的电绝缘性能。
高分子材料中的聚合物分子通常是非极性物质，其分子间没有明显的电荷分布差异。
这使得高分子材料具有较高的介电常数和较低的电导率，从而使其成为制造电缆绝缘层、电子元件外壳等电器材料的好选择。
另外，高分子材料还具有良好的耐热性和耐低温性。
高分子材料的分子链结构较长，分子间的键强度较高，因此能够承受较高的温度。
一些特殊的高分子材料甚至可以在几百摄氏度的高温下仍然保持稳定。
同时，高分子材料的分子间距离较大，分子之间的运动相对较为自由，使其在低温下仍然能够保持较高的柔韧性和可塑性，不易产生脆性断裂。
最后，高分子材料还具有较好的加工性能。
由于高分子材料通常是可熔融的，可以通过注塑、挤出和压缩等加工方法进行成型。
此外，高分子材料具有较高的可溶性，可以与其他物质进行混合加工，从而改善材料的性能。
这使得高分子材料在工业生产中能够实现大规模、高效率的生产。
综上所述，高分子材料具有卓越的力学性能、良好的化学稳定性、优良的电绝缘性能、出色的耐热耐低温性和良好的加工性能等优势。
这些性能使得高分子材料在各个领域有着广泛的应用，如汽车工业、电子工业、航天航空工业等。
随着科学技术的进步，高分子材料在材料领域的应用前景将会更加广阔。
高分子材料的结构与力学性能研究
高分子材料的结构与力学性能研究高分子材料是一类重要的工程材料，具有广泛的应用领域。
它们的性能很大程度上取决于其结构与力学性能之间的关系。
因此，对高分子材料的结构与力学性能进行深入研究是十分必要的。
一、高分子材料的结构高分子材料的结构是指其中分子的组成和排列方式。
其主要由聚合物链的排列方式、分子量分布以及分子内外力结构等因素决定。
首先，聚合物链的排列方式对高分子材料的性能有显著影响。
一种常见的排列方式是线性结构，即聚合物链呈直线排列。
这种结构能够使高分子材料更加柔软、可拉伸，并具有较高的延展性。
相反，如果聚合物链呈无规则状或高度交织状排列，则高分子材料的强度和硬度会明显提升。
其次，分子量分布也是高分子结构的重要方面。
分子量分布越广，高分子材料的性能越稳定。
这是因为分子量越大，高分子材料的强度和硬度越高。
然而，如果分子量分布过窄，容易导致性能不均匀，从而影响材料的应用。
最后，分子内外力结构对高分子材料的结构和性能同样起着关键作用。
分子内的键长、键角和二面角等结构参数决定了高分子材料的刚性和柔软性。
而分子之间的力结构包括范德华力、静电力和氢键等，可以影响材料的粘合性和熔融性。
二、高分子材料的力学性能高分子材料的力学性能包括强度、硬度、韧性以及流变性等方面。
这些性能与材料的结构密切相关。
首先，强度是衡量材料抵抗外力破坏能力的重要指标。
高分子材料的强度主要取决于其内部的结构以及分子内外的各种力作用。
一般来说，高分子材料强度较低，但具有较好的拉伸性能和延展性。
其次，硬度是衡量材料抵抗表面刮擦、磨损和压缩的能力。
高分子材料的硬度主要由分子链的排列方式和分子量分布来决定。
线性排列和较窄的分子量分布会导致高分子材料较好的硬度。
韧性是衡量材料断裂前出现塑性变形的能力。
高分子材料的韧性与其延展性有关，而延展性又与聚合物链的排列方式和分子结构有关。
流变性是指高分子材料在外力作用下的变形行为。
它与材料的粘弹性和塑性变形有关。
高分子材料的力学性能测试及其应用研究
高分子材料的力学性能测试及其应用研究高分子材料是一类重要的工程材料，主要用于纺织、建筑、电子、医药等领域。
高分子材料具有轻量、高强、高韧性、耐磨损、耐腐蚀等特点，因此广泛应用于各种领域。
在使用高分子材料的过程中，需要了解其力学性能，以便更好地设计、制造和使用。
本文将介绍高分子材料的力学性能测试方法和应用研究。
一、高分子材料的力学性能高分子材料的力学性能包括弹性性能、塑性性能和破坏性能。
其中弹性性能是指材料在受力后恢复原状的能力，主要包括弹性模量和泊松比。
塑性性能是指材料在受力后能够发生变形的能力，主要包括屈服强度和延伸率。
破坏性能是指材料在受到足够大的载荷后会发生破坏的能力，主要包括断裂韧性和破坏模式。
二、高分子材料的力学性能测试方法1、拉伸试验拉伸试验是最常用的高分子材料力学性能测试方法之一。
通过将试样拉伸至断裂点，测量其载荷与变形量的关系，可以得到材料的应力-应变曲线。
从应力-应变曲线中，可以计算出材料的弹性模量、屈服强度、断裂强度和断裂伸长率等重要参数。
拉伸试验可以使用单轴拉伸机、万能试验机等设备进行。
2、压缩试验压缩试验是评估材料抗压能力的一种方法。
该试验通常以轴向载荷进行，压缩试验结果可以用于确定材料的体积模量或多轴应力状态下的应变量。
根据材料应变分布的不同，可以得到不同的应力-应变曲线，从而得到压缩弹性模量和屈服应力等参数。
3、剪切试验剪切试验可以评估材料的剪切性能，通常使用剪切试验机进行。
在剪切试验中，试样被植入两个夹具中，夹具沿着对称面施加力，使试样发生沿切平面的剪切变形。
通过测量必要的载荷和位移，可以获得材料剪切应力和剪切应变，并从中得出剪切模量和剪切强度等重要参数。
4、冲击试验冲击试验是评估材料耐冲击能力的一种方法。
通常在低温下进行，使用冲击试验机施加冲击载荷，在断裂前测量材料的冲击强度和断裂韧性等参数。
这种试验可以评估大多数高分子材料的耐冲击性和脆性，在材料开发和制造中具有重要的应用价值。
高分子材料的力学性能模拟及分析
高分子材料的力学性能模拟及分析高分子材料是一种重要的材料类型，具有许多引人注目的优良性能。
它们具有很高的可塑性和韧性，可以成型为各种复杂形状，且可以在不同温度和湿度下使用。
在这篇文章中，我们将讨论高分子材料的力学性能模拟及其分析方法。
高分子材料的力学性能高分子材料的力学性能是指材料在受力时的反应，包括材料的弹性、塑性、断裂等性质。
这些性能对于材料的使用非常关键，因为它们决定了材料的强度、韧性和耐久性等方面。
在高分子材料中，弹性模量是衡量材料弹性性能的一项关键指标。
弹性模量可以定义为材料在受力时的弹性变形与应力的比值。
高分子材料的弹性模量通常比金属和陶瓷等传统材料低，这是由于高分子材料的链状分子结构和较弱的相互作用力导致的。
除了弹性模量，高分子材料还表现出不同的塑性行为。
塑性行为主要由两个因素决定：分子在受力下的形变和传递形变的机制。
高分子材料通常表现出可塑性行为，这意味着他们可以在受到压力时变形而不会破裂。
分析高分子材料的力学性能分子动力学模拟是一种非常有效的方法，可以用来分析高分子材料的力学性能。
分子动力学模拟是一种计算机模拟技术，可以模拟分子之间相互作用的力学行为。
在分子动力学模拟中，分子被建模为一系列离散的质点，并通过牛顿运动定律来计算分子的位置和速度随时间的变化。
分子动力学模拟可以提供高分子材料的微观结构和力学性能的详细信息。
通过模拟，我们可以了解材料在受力时的分子间相互作用和变形，并且可以预测材料的力学性能，如弹性模量、塑性性质和断裂行为等。
另一种用于分析高分子材料的力学性能的技术是有限元方法。
有限元方法是一种数值分析技术，广泛应用于工程、物理学和其他学科。
有限元方法的基本思想是将大型问题分解为许多小型问题，然后使用计算机程序解决。
在有限元方法中，高分子材料被分解成数百万个小元素，然后通过数值方法来求解每个元素的力学行为。
这些小元素的行为可以被组合成整个材料的力学性能。
总结高分子材料是一种非常重要的材料类型，因为它们具有许多优良的性能。
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分子量是对高分子材料力学 性能（包括强度、弹性、韧性） 起决定性作用的结构参数。 不同聚合物，要求的最小聚 合度不同。 超过最小聚合度，随分子量 增大，材料强度逐步增大。但 当分子量相当大，材料强度主 要取决于化学键能的大小，不 再依赖分子量而变化。
高分子材料的力学性能
2、应力和缺陷：
缺陷的存在将使材料受力时内部压力分布不平均， 缺陷附近范围内的应力急剧地增加，远远超过压力平均 值，这种现象称为应力集中，缺陷就是应力集中物，包 括裂缝、空隙、缺口、银纹和杂质等，缺陷成为材料的 薄弱环节，材料的破坏就从这些缺陷处开始而扩展到 整个体系，严重降低材料的强度。 缺陷形状不同，应力集中系数也不同，锐口缺陷的 应力集中系数比钝口的大，也更易开始发生破坏。 制品设计时尽量避免有尖锐的转角，将制品的转弯 处做成圆弧形，制品成型时进行退火处理，保证制品厚 度尽可能均匀等措施均能确保制品的强度。
纤维对高分子材料的增强：
纤维增强塑料与橡胶的机理是依靠其复合作用， 利用纤维强度以承受应力，利用机体树脂的塑性流 动及其与纤维的黏结性以传递应力。
用于增强的纤维一般有玻璃纤维、石棉纤维、 碳纤维、硼纤维、单晶纤维等，这些纤维可用于增 强各种塑料和橡胶，增强后的材料兼具两种材料的 性能，使力学强度、刚度等大大提高，扩大了应用 范围。
长期
t
谢谢！
制分子链间的相对滑移及分子链的活动性，有利于强度的提高；
（交联反应：2个或者更多的分子相互键合交联成网络结构的较稳定分 子的反应。）
高分子材料的力学性能
（5）结晶和取向：结晶和取向可使分子链规整排列，分子间
作用力增强，增加强度，但结晶度过高，可导致抗冲强度和断 裂伸长率降低，使材料变脆。
（6）分子量：
材料 拉伸强度
76 58
右表为一些热塑性 塑料用玻璃纤维增 强后其拉伸强度的 变化
增强 未增强 聚苯乙烯
增强
未增强 聚碳酸酯 增强 未增强
96
62 140 67 82 67 210
聚甲醛
增强 未增强 尼龙 增强
高分子材料的力学性能
二、受力环境的影响：
施力强度的大小
施力速度的快慢
高分子材料的力学性能
影响抗拉强度的因素：
凡是有利于提高材料的弹性模量、有利于增 加断裂过程的表面功和增加分子稳定性的因素， 都使材料的强度提高；
凡是使材料应力分布的不均匀性增加的因素， 都使材料的强度下降。 总的来说可以分为两类：一类是与材料本 身结构有关的内因，一类是与材料受力环境有 关的外因。
施力时的温度高低
高分子材料的力学性能
长期强度：
在工程地质学上是指使蠕变类型由趋稳蠕变类型转变 为典型蠕变类型的临界应力。（趋稳蠕变又称稳定型蠕变。 岩体在恒定荷载作用下，岩土的变形随时间而增长，但增 长的速率随时间而递减，最后使变形趋于某一稳定值的蠕 变类型。） 在高分子材料中长期强度指一定时间后，高分子材料 不发生断裂时的强度值。
高分子材料的力学性能
一、内因的影响
1、分子结构
（1）主链结构：在高分子主链引入芳杂环或脂肪环，将使分子
链刚性增强，导致分子运动阻力增大、模量升高，因此这类材料 通常有较高的抗拉强度；
（2）链支化：分子链支化程度增加，使分子之间距离增大，分
子间作用力减小，因而高聚物的抗拉强度会降低；
（3）极性：极性高聚物具有比非极性高聚物更强的分子间作用 力，增加高分子的极性或产生氢键可以提高材料的强度； （4）交联：适度的交联可以有效地增加分子链之间的联系，限
高分子材料的力学性能
玻璃纤维是将玻璃材料通过拉丝形成的纤维状的玻璃， 没有固定的熔点。是一种综合性能优异的无机非金属材料， 通常作为复合材料增强基材、电绝缘材料、耐热绝热材料、 光导材料、耐蚀材料和过滤材料等，广泛应用于国民经济各 个领域。
玻璃纤维
高分子材料的力学性能
玻璃纤维对高聚物的增强：
短玻璃纤维可以提高热塑性塑料的强度，还可以用玻璃纤维与其 他织物复合而制成玻璃钢。 玻璃钢的性能优越，其强度高于钢，是以玻璃纤维制成玻璃布， 以不同的角度排列，以环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂的顺序形成涂 层，经加热、层压、固化而成。
高分子材料的力学性能
3、增塑剂：
凡是添加到高聚物中能使高聚物塑性增加的物质 都称为增塑剂，一般为与高聚物相容性较好且不易 挥发的小分子物质。增塑剂的加入对高聚物起屏蔽 和隔离作用，减小高分子之间的相互作用力，使材 料拉伸强度降低。
4、共聚和共混：
通过共聚将两种性质不同的单体经化学键结合， 形成综合两种以上均聚物性能的新材料，提高材料 的抗拉强度。 共混是通过物理方法使两种及以上材料均匀混合 的改性手段，从而提升高聚物的强度。
高分子材料的力学性能
目录
01
高聚物的抗拉强度
02
长期强度
高分子材料的力学性能
抗拉强度：
在规定的温度、湿度和加载速度下，在试样上沿轴 向施加拉力直到试样被拉断为止，断裂前试样所承受的 最大载荷与试样截面之比称为抗拉强度。 宽度b P 厚度d
p p t bd A0
抗拉强度越大，说明材料越不易断裂、越结实
高分子材料的力学性能
5、填料：
在高聚物中加入固体填料可得到多相复合材料
根据其在复合材料中的使用目的分类： 惰性填料：起填充稀释以降低制品的成本的作用， 材料的强度随之降低 固体填料 活性填料：有效提高材料的强度
按填料形状分类：
粉状填料：炭黑对橡胶的补强 固体填料 纤维填料：玻璃纤维、石棉纤维等
高分子材料的力学性能