影响高分子材料强度韧性的因素
高分子材料增韧机理
增韧机理
实际运用
研究进展
实际运用
• 弹性体增韧塑料实例 • 弹性体增韧塑料体系，早已获得了广泛的工业运用，譬如，PVC、 PS等通用性塑料，属于脆性集体，以弹性体对其增韧，至今仍是工业 上对塑料盖性的主要方法。 • 以PVC为例，可采用丁腈橡胶（NBR）、EPDM等弹性体对其增韧 改性。为了改善PVC的抗冲击性能，人们很早就采用橡胶与PVC共混 ，由于NBR/PVC相容性好，所以成为增韧PVC中常用的橡胶品种。 NBR与PVC的相容性与NBR中的丙烯腈含量有关。当AN的含量为 10~26%时，共混体系可获得较高的冲击性能。 • 然而，在弹性体增韧中，会随着弹性体用量的增大而是材料的刚性 下降，其加工流动性往往受到橡胶加工流动性差的影响。
PC/AS=90/10，冲击 强度达到峰值。 AS>10%， 冲击强度↙↙
增韧机理
实际运用
研究进展
研究进展
• 1、橡胶增韧树脂
• （1）环氧树脂增韧 • 环氧树脂固化物具有优良的机械性能、电气性能及粘接性能，在树脂 基复合材料、热固性塑料、涂料、胶粘剂和电子封装等领域中得到广 泛应用。但由于环氧树脂在固化过程中形成了高度交联的三维网状结 构，分子链间缺少滑动，再加上C—C键、C—O键的键能较小，表面 能较高，致使固化树脂内应力较大、性脆及延展性低，易产生裂纹。
• 刚性无机粒子增韧
• 主要包含3个阶段： • （1）应力集中，由于无机刚性粒子与聚合物基体具有不同的弹性， 无机刚性粒子在聚合物基体中作为应力集中点；（2）脱粘，当材料 发生形变时，应力集中使粒子周围产生三维应力，并导致粒子和基体 的界面脱粘。（3）剪切屈服，由于脱粘所造成的空洞使粒子周围基 体的应力状态从平面应变转变为平面应力，并诱导基体剪切形变，从 而耗散大量能量，提高复合材料韧性。
高分子材料的力学性能
高分子材料的力学性能
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
厚度d
P
t
p bd
p 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
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。
材料
拉伸强度/MPa
未增强
23
聚乙烯
右表为一些热塑性
增强
76
塑料用玻璃纤维增
未增强
58
聚苯乙烯
强后其拉伸强度的
增强
96
变化
未增强
62
聚碳酸酯
增强
140
未增强
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。
长期
t
谢谢！
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。
高分子材料老化机理及防治方法探讨
高分子材料老化机理及防治方法探讨高分子材料是一种具有重要应用价值的材料，它具有良好的工程性能和广泛的用途。
随着使用时间的增加，高分子材料可能会发生老化现象，导致材料性能下降甚至失效，从而影响产品的使用寿命和安全性。
本文将重点探讨高分子材料老化的机理及防治方法。
一、高分子材料老化的机理高分子材料老化是由于材料内部结构的改变和分子链的断裂所致。
主要包括热老化、光老化、氧化老化、湿热老化等几种类型。
1. 热老化高温对高分子材料的影响主要表现为分子链振动增加，分子间相互作用减弱，导致材料的强度和韧性下降。
高温还会促进氧化反应的进行，导致材料发生氧化老化。
高分子材料在阳光照射下容易发生光老化，主要表现为材料表面发生变色、发黄、龟裂等现象。
这是因为紫外光和可见光能够引发高分子材料的自由基反应，导致分子链断裂和交联反应，从而使材料性能下降。
氧气是高分子材料的一种主要老化因素，它能够与材料中的双键结构发生氧化反应，导致材料发生老化。
氧气还能够引发自由基反应，响应材料的老化过程。
高分子材料在潮湿环境下容易发生湿热老化，导致材料失去原有的强度和硬度。
湿热老化的主要机理包括水分分解、水解裂解、水解引起的氢键断裂等。
针对高分子材料老化的机理，可以采取一些防治措施，延缓材料老化的发生，提高材料的使用寿命和安全性。
1. 添加抗氧化剂向高分子材料中添加抗氧化剂是一种常见的防治方法，抗氧化剂能够有效地阻止或减缓氧化反应的进行，延缓材料老化的发生。
常用的抗氧化剂有羟基类、磷酸酯类、硫醇类等。
2. 添加紫外吸收剂对于易于发生光老化的高分子材料，可以向材料中添加紫外吸收剂，能够有效地吸收紫外光，阻止或减缓光老化的进行，延缓材料的老化。
3. 添加热稳定剂4. 降低材料暴露于老化环境中的时间和强度在实际使用中，可以通过避免或减少高分子材料暴露于老化环境中的时间和强度，延缓材料的老化。
在室外环境下使用的高分子材料制品，可以通过采取罩棚、遮阳等措施，减少材料的暴露时间和强度。
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。
高分子材料的结构与性能关系研究
高分子材料的结构与性能关系研究概述：高分子材料是一种由大量分子重复单元构成的化合物，具有广泛的应用领域，如塑料、橡胶、纺织品等。
高分子材料的性能取决于其分子结构，在不同的结构下，材料会表现出不同的性能特点。
因此，研究高分子材料的结构与性能关系对于优化材料性能和开发新材料具有重要意义。
1. 结构与力学性能关系：高分子材料的力学性能是评价其结构性能的重要指标之一。
首先，聚合度是影响高分子材料力学性能的关键因素之一。
聚合度越高，分子量越大，材料的强度和韧性越高。
此外，分子排列的有序程度也会影响力学性能。
例如，在晶体结构较好的材料中，分子平均排列有序，具有较高的强度和硬度。
2. 结构与热学性能关系：高分子材料的热学性能对于其在高温环境下的应用具有重要意义。
分子间键的类型和键强度对热学性能产生影响。
比如，共价键相比于非共价键，更加稳定，在高温环境下表现出较好的稳定性。
此外，分子链的支化程度也会影响材料的热学性能。
支化链的存在会导致分子间的排列松散，使得材料的热传导性能下降。
3. 结构与光学性能关系：高分子材料的光学性能是其在光电子领域应用的关键考虑因素之一。
结构和分子排列对光学性能产生显著影响。
例如，高度有序排列的聚合物材料具有较高的折射率和透明度。
此外，染料分子在高分子材料中的添加也会影响光学性能。
不同种类的染料分子可以通过吸收、散射和发光等过程来调控材料的光学性能。
4. 结构与电学性能关系：高分子材料的电学性能对于其在电子器件领域的应用具有重要意义。
分子链的导电性是影响高分子材料电学性能的关键因素之一。
共轭的分子结构通常具有较好的导电性能，可用于制备导电高分子材料。
此外，材料中的杂质或添加剂也会对电学性能产生影响。
例如，掺杂导电高分子材料可以通过添加导电填料或进行化学掺杂来增强导电性能。
结论：高分子材料的结构与性能之间存在着紧密的关联。
优化高分子材料的结构可以显著改善其力学性能、热学性能、光学性能和电学性能。
研究材料的强度与韧性
研究材料的强度与韧性材料科学是一个非常重要的学科，它涉及到我们生活中几乎所有产物的制造原理和方法。
不管是房屋建筑、汽车制造或者是航空航天等国家大型领域，材料科学都具有不可替代的作用。
其中，材料的强度和韧性是决定其性能优劣的关键参数，因此深入研究这些参数对材料科学的发展有着深远的意义。
一、强度和韧性的定义强度是指材料在单位横截面积上的耐力极限，也就是在拉伸、压缩、剪切、弯曲等力的作用下可以承受的最大应力。
通俗来说，强度就是材料抗破坏的能力。
强度的大小取决于材料内部分子间的相互作用力，各种材料之间的强度存在差异。
比如说铁是金属中的一种，密度大、硬度高，在力学性能上表现出良好的强度表现；而聚苯乙烯这种塑料材料则常常因为其弱的分子力而导致施力时容易断裂。
总之，材料的强度在产业和生活中尤为重要，是评估材料性能的重要参数之一。
韧性是指在材料强度下，材料在受力的同时还能承受涉及整个构件的不同应力方式，达到延伸和塑性变形的能力。
韧性可以有效抗击碰撞、震动、外力侵袭等因素。
强度和韧性两者之间并不是简单的线性关系，而是一种相互矛盾的本质属性。
一些材料能在高应力条件下表现出较好的韧性，常因其本身特别的微观结构和组合方式导致，比如说高分子材料、金属材料、陶瓷材料等等。
二、材料强度的测试在分析探讨材料的强度和韧性时，一定要依靠测试数据。
现代科技中有一系列用于测试材料强度的方法。
其中最常用的就是拉伸试验和压缩试验。
拉伸试验是指将材料制成薄片，然后在上面施加不断递增的力，直至它断裂，记下最终的应力和位移，并据此推算出其弹性模量、屈服强度和延伸率等物理指标。
压缩试验相对于拉伸式，更加适应于高硬度的材料。
同样是将材料制成薄片，然后在上面施加压力，逆向压缩。
压缩试验的结果与拉伸试验类似，只是测试数据更适合表现脆性或其它性质方面的变化。
三、材料韧性的测试当材料的应力超过极限时就会发生断裂，韧性测试的就是该材料抗断裂的能力。
测试韧性的方法主要有两种：冲击试验和裂纹扩展试验。
高分子材料的力学性能研究
高分子材料的力学性能研究高分子材料在现代工程和科技中扮演着重要的角色，因为这些材料可以在各种环境条件下提供优异的机械和化学性能。
例如，高分子材料可以用来制造轮胎、塑料瓶和绝缘材料等常见的工业产品。
在这些应用中，材料的力学性能对整个系统的效能和性能具有至关重要的影响。
因此，研究高分子材料的力学性能是一项重要的任务，可以促进这些材料的进一步应用和开发。
高分子材料的力学性能主要包括弹性模量、屈服强度、断裂韧性等指标。
弹性模量是材料在外力作用下发生形变时，反映出材料对应力的抵抗程度的指标。
屈服强度是指材料在受到外力作用下，开始发生塑性变形，也就是开始失去原有形态的能力，被称为屈服点。
而断裂韧性指的是材料在外力作用下发生断裂时，消耗的吸收能量多少。
这些指标可以帮助工程师和科学家们了解材料在不同条件下的机械特性，从而确定材料的使用范围和特点。
然而，高分子材料的力学性能是非常复杂多变的。
这是因为高分子材料的组成、结构、分子量等方面都与其他材料有所不同。
例如，高分子材料通常由分子链组成，分子链的结构和分子量等因素会影响材料的塑性、强度和韧性等特性。
此外，高分子材料可能会在不同环境条件下发生氧化、老化、水解等变化，从而导致其力学性能的变化。
为了深入了解高分子材料的力学性能和优化这些材料的使用，需要对高分子材料的力学性能进行深入的研究。
在高分子材料的力学性能研究中，实验是最主要的手段。
通过实验可以直接测量材料的强度、断裂韧性等指标。
同时，实验也可以帮助研究人员了解高分子材料在形变和断裂前后的微观结构和状态变化。
例如，现代的拉伸、压缩等测试仪器可以通过高精度的力学测试和显微成像技术，了解高分子材料在受力下的变形和断裂过程。
另外，一些新颖的实验技术也可以帮助研究人员深入了解高分子材料的力学性能。
例如，最近流行的原子力显微镜技术和纳米压痕技术等可以实现对高分子材料力学性能的原子级别的实时监测和观察。
除了实验外，高分子材料的力学性能研究还可以使用计算模拟方法。
高分子物理课件04影响强度的因素
六种塑料片、板材材料 的分析、选择、改性
项目4的六组任务
第一组：请为生产发泡片材的生产选择合适的高分子材料； 第二组：请为医药泡罩包装片材的生产选择合适的高分子材料； 第三组：选择透光率＞80%的板材的高分子材料； 第四组：请为目前应用广泛的橱柜、卫浴等板材的生产选择合适的高分
子材料； 第五组：请为汽车刹车片的生产选择合适的高分子材料； 第六组：请为冰箱内衬的生产选择合适的高分子材料。
●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。
子项目汇报结果记录 子项目结果评价记录 项目4参考性结论
项目互相检查意见 项目引深部分案例 项目总结的能力、知识 项目4课件及图片展示
项目5内容及要求展示
项目运行二 项目运行三 新项目布置
项目委托方代表评价时 所做的记录及补充意见
项目互查意见；项目引 深部分的记录；能力、 知识等总结记录
对新项目所提出的要求 及注意事项等的记录
增塑加入，有利于应力松弛和蠕变发展。
▓实例
12
3
4
总
伸
5
长 6
7
蠕 变 量
100℃ 22℃
t
高聚物材料蠕变曲线
T一定：1→7减小应力
0.04 蠕 变 0.03 量
100℃
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5.5 聚合物的增强与增韧
1、链结构
韧性取决于分子间力及分子链柔顺性
极性
韧
氢键 阻碍链段运动，强迫高弹形变困难
性
链刚性
链规整性 紧密堆砌，强迫高弹形变困难
韧
支化
破坏链的规整性
性
分子量
适度交联，韧性提高
交联
过度交联，材料变脆
5.5 聚合物的增强与增韧
2、结晶和取向
结晶
结晶度 球晶尺寸
韧 性
取向
垂直取向方向 双轴取向
5.4 聚合物的断裂与强度
拉伸强度 Tensile strength
t
P bd
断裂强度 屈服强度
b-试样厚度，d-试样宽度, P-最大载荷
5.4 聚合物的断裂与强度
➢ 影响拉伸强度的因素
化学键断裂 所需力最大
化学键拉断 分子间滑脱
分子间扯离 所需力最小
分子间扯离
主要 方式
通过断裂形式分析：分子之间相互作用大小 对强度影响最大
极性
拉
氢键
分子间作用力增大
伸
链刚性 化学键力增大，如芳杂环
强 度
交联
限制分子链间的滑移
分子量 分子间作用力增大
链规整性 紧密堆砌，增大分子间作用力
支化
破坏链规整性；分子间作用力减小
5.5 聚合物的增强与增韧
2、结晶和取向
结晶度↑
拉
结晶
伸
球晶尺寸↓
强
度
取向
取向方向
拉伸强度↑ ，模量↑
垂直取向方向 拉伸强度↓ ，模量↓
结构因素：结晶、交联、链刚性、M和MWD 可用于任何影响因素的讨论。
5.4 聚合物的断裂与强度
聚合物的韧性
冲击强度 Impact strength ——是衡量材料韧性的一种指标
i
W bd
冲断试样所消耗的功 冲断试样的厚度和宽度
5.4 聚合物的断裂与强度
➢ 影响冲击强度的因素
快速拉伸
——曲线下的面积代表 吸收能量
因 •强度
——分子间作用力
素 •延展性 ——分子链柔顺性（适中）
5.5 聚合物的增强与增韧
影响韧性的因素
极性和氢键 链规整性 交联 高分子本身 链刚性 的结构 M及MWD 结晶与取向 共聚与共混 增塑、填料
成型加工 过程
气泡 空洞 杂质 内应力
热光氧老化
使用 外力作用速度 条件 温度及湿度
受力状态
5.5 聚合物的增强与增韧
影响强度的因素
极性和氢键 链规整性 交联 高分子本身 链刚性 的结构 M及MWD 结晶与取向 共聚与共混 增塑、填料
成型加工 过程
气泡 空洞 杂质 内应力
热光氧老化
使用 外力作用速度 条件 温度及湿度
受力状态
5.5 聚合物的增强与增韧
1、链结构
强度取决于化学键和分子间力
韧性↑ 韧性↑
5.5 聚合物的增强与增韧 3、共聚和共混
4、增塑与填料 增塑剂 韧性↑
5、应力集中物和内应力
裂缝，缺口，杂质等缺陷 应力集中 韧性↓ 大量同类小缺陷 诱发银纹，吸收能量 韧性↑
5.5 聚合物的增强与增韧
6、外力作用速度和温度 T↑，韧性↑
接近Tg时，冲击强度迅速增加 热固性材料的冲击强度受温度 影响很小
PMMA
5.5 聚合物的增强与增韧
7、温度
T↓ ， E↑ ，σb↑ ，σy↑，硬而脆 T↑， E ↓ ，σb ↓ ，σy↓，软而韧
交联
结晶 强度
提高强度的三大法宝 链刚性
5.5 聚合物的增强与增韧
研究发现：具有足够高M的大分子链完全有序 平行伸展排列起来，可获得最高的强度和模量。
实践结果表明：通过控制高分子的凝聚态结构 可大幅度提高聚合物的强度。
5.5 聚合物的增强与增韧 3、共聚和共混
4、增塑与填料 增塑剂 分子间相互作用下降 拉伸强度↓ 惰性填料：拉伸强度↓ 活性填料：拉伸强度↑ 纤维状填料：增强填料，提高拉伸强度
5.5 聚合物的增强与增韧 5、应力集中物和内应力
缺陷 应力集中 严重降低材料的拉伸强度
6、外力作用速度
外力作用速度↑， E↑，σb↑ ，σy↑
外力作用速度↓ ，韧性↑
拉伸速率
T