第5章 高分子材料的疲劳
高分子材料内耗特性与应用研究
高分子材料内耗特性与应用研究引言高分子材料是一类重要的工程材料，其内耗特性对于材料的性能和应用具有重要影响。
本文将探讨高分子材料的内耗特性及其在不同领域的应用研究。
第一部分：高分子材料的内耗特性1. 内耗的概念和意义内耗是指材料在受到外力作用下，由于分子内部的相互作用而产生的能量损耗。
内耗可以反映材料分子结构和动力学行为的特性，对于材料的性能和应用具有重要影响。
2. 内耗的测量方法常用的内耗测量方法包括动态力学分析(DMA)、热机械分析(TMA)和粘弹性测量等。
这些方法可以通过施加不同频率和振幅的外力来测量材料的内耗特性。
3. 内耗与材料结构的关系高分子材料的内耗与其分子结构密切相关。
例如，线性高分子材料具有较低的内耗，而交联高分子材料具有较高的内耗。
此外，分子链的长度、分子间作用力和分子内部的自由度也会对内耗特性产生影响。
第二部分：高分子材料内耗的应用研究1. 高分子材料的减振性能内耗是高分子材料具有良好减振性能的重要因素。
通过调控材料的内耗特性，可以提高高分子材料在振动和冲击负载下的耐久性和稳定性。
因此，高分子材料被广泛应用于减振材料、减震器和隔振垫等领域。
2. 高分子材料的能量吸收性能内耗特性使高分子材料具有良好的能量吸收能力。
在碰撞和冲击加载下，高分子材料可以通过内耗将能量转化为热能，从而减少对结构的损伤。
这种能量吸收性能使高分子材料在汽车碰撞保护、运动器械和防护设备等领域得到广泛应用。
3. 高分子材料的阻尼性能内耗特性使高分子材料具有良好的阻尼性能。
在动态加载下，高分子材料的内耗可以消耗机械能，从而减少结构的共振和振动幅度。
这种阻尼性能使高分子材料在建筑结构、航空航天和电子设备等领域得到广泛应用。
4. 高分子材料的耐疲劳性能内耗特性对高分子材料的耐疲劳性能具有重要影响。
通过调控材料的内耗特性，可以提高高分子材料在长期循环加载下的耐久性和稳定性。
因此，高分子材料被广泛应用于橡胶制品、弹簧和密封件等领域。
材料科学基础-第5章2013
弹簧元件表示的弹性变形部分 —— 与时间无关，
Voigt-Kelvin 模型—— 描述蠕变回复、弹性后效和弹
E 为松弛常数。
性记忆等过程：
粘弹性变形特点——应变落后于应力—–弹性滞后。 施加周期应力时形成的应力 - 应变曲线回线所包含的
d ( t ) E dt
交变载荷（振动）下吸收不可逆变形功 的能力。虽然这两个名词有时可以混用， 但严格来说循环韧性与内耗是有区别的： 循环韧性——指金属在塑性区内加载时吸 收不可逆变形功的能力——消振性; 内耗——指金属在弹性区内加载时吸收不 可逆变形功的能力。
弹性滞后——表明加载时消耗于材料的变形功大于 卸载时材料回复所释放的变形功，多余的部分变形 功已被材料内部所消耗——内耗现象——用弹性滞 后环的面积度量其大小。
面积——应力循环一周所损耗的能量——内耗。
5.2 晶体的塑性变形
当施加的应力超过弹性极限e时，材料会发生塑性变形——产
生不可逆的永久变形。 大多数多晶体工程材料，变形与各晶粒的变形相关。 一、单晶体的塑性变形 在常温和低温下，单晶体的塑性变形——主要形式为滑移 (Slip)；其次有孪晶(Twins)、扭折(Twist)等方式。 高温下，单晶体的塑性变形——主要形式为扩散性变形和晶界 滑动与移动等。 滑移——在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定晶面(滑移 面)和一定晶向(滑移方向)相对另一部分发生相对位移的现象。
2014-6-11 材料科学基础CAI教材 曾德长 13
其应力、应变符合Hooke定律——应力去除后应变 回复为零。 粘壶 —— 由装有粘性流体的气缸和活塞组成；活 塞的运动是粘性流动的结果 —— 符合 Newton 粘性 流动定律。 Maxwell模型——解释应力松弛机制：
什么是高分子材料
什么是高分子材料高分子材料是由大量的重复单元组成的具有高分子量的材料。
高分子主要由碳、氢、氧、氮等元素组成，具有长链结构。
常见的高分子材料有塑料、橡胶、纤维等。
塑料是一种常见的高分子材料，其主要由可塑剂和聚合物构成。
聚合物是一种大分子化合物，由大量的重复单元组成。
塑料具有可塑性、耐热性、耐腐蚀性等特点，可以根据需要调整塑料的硬度、强度和透明度，被广泛应用于各个领域。
橡胶是一种能够高度伸展和复原的高分子材料。
橡胶具有优异的弹性、耐磨性和耐寒性，常用于制造轮胎、密封件、胶带等。
橡胶主要由天然橡胶和合成橡胶两种形式存在。
天然橡胶是从橡胶树中提取的胶乳，合成橡胶则是通过合成化学方法制备的。
纤维是一种细长的高分子材料，可以分为天然纤维和合成纤维两种。
天然纤维主要包括棉花、麻、羊毛等，合成纤维主要包括涤纶、尼龙、聚丙烯等。
纤维具有轻、薄、柔软、吸湿性好等特点，广泛应用于纺织、建筑、医疗等领域。
高分子材料不仅具有独特的物理、化学和力学性质，还具有可塑性好、加工性能优良、耐疲劳性高等特点。
高分子材料的研究和应用对于推动材料科学、制造业以及社会进步都起到了积极的推动作用。
高分子材料的应用领域非常广泛。
在建筑领域，高分子材料可以制作保温材料、隔热材料、防水材料等；在汽车工业中，可以用于制造轮胎、密封件、缓冲材料等；在电子行业，可以用于制造电路板、塑料壳体等。
此外，高分子材料还广泛应用于医药、食品、能源等领域。
总之，高分子材料是由大量重复单元组成的具有高分子量的材料。
其具有独特的物理、化学和力学性质，被广泛应用于各个领域。
高分子材料的研究和应用对于社会进步和经济发展都具有重要意义。
高分子材料（ＰＤＦ）
13 高分子材料13.1 高分子材料的合成与生产13.2 高分子材料的性能特点13.3 常用高分子材料及其应用1213.1 高分子材料的合成与生产一.高分子的合成1.加聚反应（addition polymerization）2.缩聚反应（polycondensation）3常用的加工方法Ö挤出成型Ö注射成型Ö压缩成型Ö压注成型Ö吹塑成型Ö浇铸成型Ö发泡成型：机械、物理、化学Ö冷塑（冷压烧结）二.高分子材料制品的生产4三、高分子材料的分类按高聚物的热行为1.热固性高聚物2.热塑性高聚物按性能和用途1.塑料2.橡胶3.纤维4.胶粘剂5.涂料6.泡沫材料按来源1.天然高聚物2.合成高聚物按主链结构1.碳链高分子化合物2.杂链高分子化合物3.元素有机高分子化合物4.元素无机高分子化合物高分子化合物513.2 高分子材料的性能特点（1）玻璃态（T<Tg ）（2）高弹态(Tg<T<Tf)（3）粘流态（T>Tf)一、高分子材料的力学状态6（一）高分子材料的粘弹性1.蠕变72、应力松弛（一）高分子材料的粘弹性83、滞后（一）高分子材料的粘弹性94、内耗6高聚物材料在交变应力作用下，因滞后现象而引起一部分能量以热的形式损耗掉，这部分能量损耗称为内耗6高聚物材料在拉伸与回缩过程中，外界对高聚物所做的功大于高聚物向外界做的功，二者之差为克服分子间内摩擦所损耗的功，即内耗。
（一）高分子材料的粘弹性10高分子材料的应力应变曲线11（二）弹性Î高聚物的弹性形变可分为普弹形变和高弹形变。
高弹形变是处于高弹态的高聚物所独有的性能，它来源于高分子链中链段的运动，表现为在较小的外力作用下却能产生较大的形变。
Î决定高弹性的基本因素Ö大分子链的柔顺性：柔顺性越好，弹性越高Ö大分子链的聚集态：处于结晶态的高聚物不会有高弹性，只有那些由柔性高分子链组成的处于无定形态的高聚物，才具有高弹性。
专题高分子材料老化与防老化详解演示文稿
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五、高分子材料老化的类型及防护措施
（2）链增长 大分子自由基R·在氧气（O2）的作用下，自动氧化生成 大分子过氧化自由基ROO·和大分子氢过氧化物ROOH，ROOH又会分解
成更多的活性自由基。
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五、高分子材料老化的类型及防护措施
供电子基
活泼，易被取代
氧气、臭氧、强氧化剂、腐蚀性介质
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四一、、高分橡子胶材的料老老化化的原因
分子链结构：大分子链的弱键、薄弱环节越多越易老化；不饱和碳链高分
子比饱和碳链高分子更容易发生老化；支化的大分子比线型的大分子更容 易氧化。
硫化胶交联结构：交联键有-S-、-S2-、-SX-、-C-C-，交联键结构不同
这类抗氧剂的作用主要是与链增长自由基R·或RO2·反应，以终止链增
长过程来减缓氧化反应，该抗氧剂称为主抗氧剂。这类抗氧自由基与链增长
自由基反应的方式有加成或偶合，有电子转移或最常见的氢转移。根据它 们与自由基的作用方式不同又分为三类：氢给予体、自由基捕捉体和 电子给予体。
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六、抗氧剂的类型及其作用机理
➢ 老化的对象：所有的高分子原材料及其制品（包括树脂、生胶）
➢ 材料所处状态：贮存、加工或使用过程中 ➢ 老化条件：热、光、氧、臭氧和机械力等
➢ 老化表现：性能下降（拉伸强度、断裂伸长率、电绝缘性）
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三一、、高橡分胶子的材料老老化化的表现
3.2 老化的表现
（1）变软发粘 （天然橡胶老化，橡皮筋、乳胶管、乳胶手套）
可逆的结构和性能变化的现象。如行驶中轮胎、橡胶弹簧、运转中传送带和运输带等都 会发生疲劳老化。
光功能高分子材料
30s后 ,再在室外暴晒 2～3 天 ,即失去强度 ,一碰就碎。光
降解材料主要可应用于两个方面 ,一是包装材料 ,二是农业应
用薄膜。
第五章 光功能高分子材料 1954年,美国柯达公司的Minsk等人开发出光功能高分子聚乙烯醇肉桂酸 酯,并成功应用于印刷制版 应用领域已从电子,印刷,精细化工等领域扩大到塑料,纤维,医疗,生化和 农业等方面,发展之势方兴未艾. 概述 光敏涂料 光致抗蚀剂 光致变色高分子材料 主要内容 光导电高分子材料 5.1 概述 光功能高分子:也称感光性高分子,指在吸收了光能后,能在分子内或分子 间产生化学,物理变化的一类功能高分子材料.这种变化发生后,材料将输 出其特有的功能. 1,光功能高分子材料及其分类 按作用机理 光物理材料 光化学材料 光导电材料: 光电转换材料 光能储存材料 光记录材料 光致变色材料 光致抗蚀材料 光检测元件,光电子器件,静电复印,激光打印 聚合物型光电池 按其输出功能,感光性高分子包括 研究最成熟,最有实用价值,包括光刻胶,光固化粘合剂,感光油墨,感光涂 料 2,光化学反应原理 光是一种电磁波,在一定波长和频率范围内,它能引起人们的视觉,这部分 光称为可见光.广义的光还包括不能为人的肉眼所看见的微波,红外线,紫 外线,X 射线和γ射线等.
l i g h t ( P S ) *
( 激 发 态 生 成 ) ( P S ) * + 单 体 或 引 发 剂 初 级 自 由 基 + P S ( 基 态 )
常见的光敏剂 C O N CFra bibliotekH 3 C H 3 N H 3 C H 3 C C O 米蚩酮(MK) 二苯甲酮(BP) 当光源条件给定时,光引发剂和光敏剂 发生作用的要求 具有合适的吸收光谱(与光源匹配否)和消光系数 引发量子效率高 光敏剂,光引发剂及其断裂产物不参与链转移和链终止反应 . 光引发剂和光敏剂应有一定的热稳定性.与反应体系互溶,无毒,无气味以 及不使反应产物发黄等特性. (3)光交联 原料:线形高分子或线形高分子与单体 产物:不溶性的网状聚合物 应用:光固化油墨,印刷制版,光敏涂料,光致抗蚀剂 交联反应 链聚合 非链聚合 含双键 必须加光敏剂 带有不饱和基团的高分子:丙烯酸酯,不饱和聚酯,不饱和聚乙烯醇衍生物, 不饱和聚酰胺等 硫醇与烯烃分子.(加聚反应) 饱和高分子.(链转移作用,夺氢或卤原子,产生活性中心,或光解断裂产生 自由基)(卤代聚合物,含硫高分子)
材料与社会——探秘身边的材料智慧树知到答案2024年南昌大学
材料与社会——探秘身边的材料南昌大学智慧树知到答案2024年第一章测试1.下列哪项是高技术新材料的特点？（）A:理论突破带动新材料产生 B:更新换代快，品种多，生产规模不大 C:需要的研究投资量大，有赖于知识创新和技术创新 D:综合利用现代先进科学技术成就，专一学科，知识密集答案:ABC2.仿瓷餐具可以加入微波炉中加热。
A:错 B:对答案:A3.以下一般不用做吊顶材料面板的是（）。
A:铝扣板 B:硅钙板 C:三聚氰胺板 D:PVC板答案:C4.以下对镍合金材质镜架描述正确的是（）。
A:属于中高档产品 B:不易生锈 C:耐腐蚀性好 D:机械性能不如铜合金答案:ABC5.隐身材料就是让人肉眼看不见的材料。
A:对 B:错答案:B6.下列哪些选项是描述材料四要素的？（）A:使用性能 B:性质和现象 C:合成和加工 D:宏观性能答案:ABC7.100万年以前，人类开始以石头做工具，这称之为旧石器时代。
A:错 B:对答案:B8.将材料的发展历史划分为五代的话，那么第一代材料主要是石器时代的木片、石器、骨器等天然材料。
（）A:错 B:对答案:B9.铝合金在400 ℃时的强度仅为室温时强度的（）不到。
A:50% B:10% C:70% D:30%答案:B10.以下哪些选项是钢结构建筑的优势？（）A:质量重、强度高 B:抗震性能好 C:质量轻、强度高 D:钢材可以回收答案:BCD第二章测试1.不锈钢的“不锈”也只是相对的，在一定条件下也可能生锈。
A:错 B:对答案:B2.下列金属中熔点最高的是（）。
A:Fe B:Al C:Ti D:Cu答案:C3.会引起人体过敏的元素以下哪一个可能性最大？A:Ni B:Au C:Cu D:Ag答案:A4.高碳钢具有高强耐磨的特性，随着碳的含量越高，其强度和硬度也就越高。
A:错 B:对答案:A5.硬度数值的物理意义取决于所采用的硬度实验方法。
（）A:错 B:对答案:B6.陨石按化学成分和特性可分为三类，以下哪些选项是这种分类？（）A:石陨石 B:陨铁石 C:铁陨石 D:月球陨石答案:ABC7.以下哪些选项是炼钢过程的基本方法。
高分子运动的三个阶段以及每个阶段的运动机理
高分子运动的三个阶段以及每个阶段的运动机理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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热处理中的高分子材料热处理技术
热处理中的高分子材料热处理技术高分子材料是一类重要的工程材料，广泛应用于汽车、航空航天、电器、电子、医疗器械、建筑、环保等领域。
在使用过程中，高分子材料常会出现力学强度下降、变形、老化等问题。
为此，人们通过热处理技术来改善高分子材料的性能，提高其使用寿命。
本文将从基本概念、热处理方法、热处理参数和热处理效果四个方面，对高分子材料热处理技术进行介绍。
基本概念高分子材料是由大量分子组成的材料。
其中，聚合物是由一个或多个单体分子通过化学键相互连接而成的大分子化合物，是高分子材料的主体。
而热处理，则是通过加热、保温和冷却等步骤，对高分子材料进行调整，以改善其力学性能、物理性质和化学稳定性等，从而达到预期的性能指标。
热处理方法高分子材料的热处理方法有多种，其中最常用的是热压缩、热拉伸、热淬火、热退火和热老化等。
热压缩：将高分子材料加热至其熔点以上，然后施加一定的压力，使其在特定的温度和压强下形成一定的形状或结构。
热拉伸：在高分子材料的玻璃化转变温度以下进行拉伸或拉伸淬火，可以使其在玻璃态区域发生塑性变形和拉伸结晶，从而提高其机械性能。
热淬火：在高分子材料的熔点以上进行急速冷却，使分子结构紧密排列，形成非晶态或晶态结构，以提高高分子材料的强度。
热退火：将高分子材料加热至一定温度并保持一定时间后进行冷却，以改善高分子材料的性能。
此方法常用于改善高分子材料的弯曲和疲劳性能。
热老化：将高分子材料暴露在高温、高湿等加速老化条件下，模拟材料长期使用的环境，以评价材料的使用寿命。
热处理参数高分子材料的热处理效果受多种因素影响，如温度、时间、压强、冷却速率等。
温度：温度是影响高分子材料热处理效果最为重要的因素。
不同的高分子材料其熔点和玻璃化转变温度不同，热处理温度应根据材料类型和要求进行选择。
时间：时间也是影响高分子材料热处理效果的重要因素。
时间过长或过短都可能影响材料的性能。
压强：在热压缩和热拉伸等过程中，施加的压强对高分子材料的形状和结构有很大的影响。
高中化学人教版选修五5.3功能高分子材料解析
——能让某些物质有选择地通过，而把另外一些物 质分离掉
③.应用 ——生活用水、工业废水等废液的处理；海 水、苦咸水的淡化； 浓缩天然果汁、乳制品 加工、酿酒、各种能源的转换(传感膜、热电膜)
具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄 膜，它的特点是能让某些物质有选择地通过， 而把另外一些物质分离掉。
思考：如何以带有强亲水性原子团的化合物 CH2=CHCOOH制得网状聚丙烯酸钠？
加交联剂的目的是什么？
高吸水性树脂加交联剂的目的是变支链型 结构为体型结构，使其既有吸水性而又不溶于 水， 耐挤压。
思考：强吸水能力的功能高分子材料除了用于 “尿不 湿”，还有哪些用途？
如旱地种植、改良土壤、改造沙漠等。
一.高吸水性材料 ——亲水性高聚物
（分子链带有许多亲水原子团）
美国《时代周刊》这份杂志在全美乃至全球都很有影响力。
以带有强亲水基的化合物为单体，均聚 一张柔软的纸，白中透出微黄，这张不起眼的“白纸”就是填补国内空白的高科技“人造皮肤”。 主治医师将他健康的心脏细胞组织切片送到一家组织实验室，即人造器官工厂。 分离膜具有神奇的魔术师般的本领，从下面的实验中不难领会。 现在不仅是婴幼儿使用，还有供特殊成人使用的，更有趣的是有些宠物也系上了“尿不湿”出门溜达，以保护公共卫生。 美国在上世纪六十年代初，航天事业崛起，如何解决宇航员的排尿问题迫在眉睫，华人唐鑫源成为“尿不湿”的发明人，后来他被誉 为美国“太空服之父”。 对天然吸水性高分子材料（淀粉、纤维素）进行改性，在它们的高分子链上再接上含强亲水性原子团的支链，形成接枝共聚物(如与丙 烯酸钠共聚) “神舟5号”、 “神舟6号”等上天的三位航天员 先后也都使用了“尿不湿” 2．几种功能高分子材料的种类 美国从1959起甄选的7位宇航员合影 发现其每个链节上都有—OH，它是一种亲水基 （分子链带有许多亲水原子团） 美国《时代周刊》这份杂志在全美乃至全球都很有影响力。 或共聚得到亲水性高聚物——如聚丙烯酸钠（同时加入交联剂） 。 其中一种做为_____，另外材料做为________。 在非洲一些缺水地区建立起不少海水淡化装置。 采用不同结构的逆渗透膜就可以获得工业锅炉水、饮料水、无菌水、去离子水、洗涤半导体的超纯水等。 比如烧烫伤，把水泡的水放出，用药清洗后，将“人造皮肤”敷贴在伤口上，很快“人造皮肤”就和人的身体长在一起，成了真的皮 肤。 ——具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜 由于代用品相当于老人自己的器官，手术之后自然不会发生任何排斥反应，老人的生命因此而得到延续。 一张柔软的纸，白中透出微黄，这张不起眼的“白纸”就是填补国内空白的高科技“人造皮肤”。 一张柔软的纸，白中透出微黄，这张不起眼的“白纸”就是填补国内空白的高科技“人造皮肤”。 其中一种做为_____，另外材料做为________。 保水剂是一种吸水能力特强的功能高分子材料。 研究人员利用组织切片和特殊聚合物制造出代用的左心室。