第7章 高聚物屈服和断裂

1、1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件主要内容：主要内容： 概论概论1高分子的链结构高分子的链结构2高分子的溶液性质高分子的溶液性质3高分子的多组分体系高分子的多组分体系4聚合物的非晶态聚合物的非晶态5聚合物的结晶态聚合物的结晶态6聚合物的屈服和断裂聚合物的屈服和断裂7聚合物的高弹性和粘弹性聚合物的高弹性和粘弹性8聚合物的其他性质聚合物的其他性质91010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件7.1 概述概述7.2 聚合物的拉伸行为聚合物的拉伸行为7.3 聚合物的屈服行为聚合物的屈服行为7.4 聚合物的断裂理论和理论强度聚合物的断裂理论和理论强度7.5 影响聚合物实际强度的

2、因素影响聚合物实际强度的因素1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件7.1 7.1 概述概述 1-1 力学性能分类力学性能分类 1-2 表征力学性能的基本物理量表征力学性能的基本物理量 1-3 高聚物力学性能的特点高聚物力学性能的特点研究聚合物的极限性质，即在较大外力的持研究聚合物的极限性质，即在较大外力的持续作用或强大外力的短时作用后，聚合物发生大续作用或强大外力的短时作用后，聚合物发生大形变直至宏观破坏或断裂。形变直至宏观破坏或断裂。1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件常用术语：常用术语： 力学行为：力学行为：指施加一个外力在材料上，它指施加一个外力在材料上，它

3、产生怎样的形变（响应）产生怎样的形变（响应） 形变性能：形变性能：非极限情况下的力学行为非极限情况下的力学行为 断裂性能：断裂性能：极限情况下的力学行为极限情况下的力学行为 弹性：弹性：对于理想弹性体来讲，其弹性形变对于理想弹性体来讲，其弹性形变可用虎克定律来表示，即：应力与应变成可用虎克定律来表示，即：应力与应变成正比关系，应变与时间无关正比关系，应变与时间无关7.1 概述1-1 1-1 力学性能分类力学性能分类1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件 粘性：粘性：在外力作用下，分子与分子之间发生在外力作用下，分子与分子之间发生位移，理想的粘性流体其流动形变可用牛顿位移，理想的粘

4、性流体其流动形变可用牛顿定律来描述：应力与应变速率成正比定律来描述：应力与应变速率成正比 普弹性：普弹性：大应力作用下，只产生小的、线性大应力作用下，只产生小的、线性可逆形变，它是由化学键的键长，键角变化可逆形变，它是由化学键的键长，键角变化引起的。与材料的内能变化有关：引起的。与材料的内能变化有关：形变时内形变时内能增加，形变恢复时，放出能量，对外做功能增加，形变恢复时，放出能量，对外做功（玻璃态，晶态，高聚物，金属，陶瓷均有（玻璃态，晶态，高聚物，金属，陶瓷均有这种性能），普弹性又称能弹性这种性能），普弹性又称能弹性7.1 概述1-1 1-1 力学性能分类力学性能分类1010级高分子物理多

5、媒体课件级高分子物理多媒体课件 高弹性：高弹性：小的应力作用下可发生很大的可逆形变，小的应力作用下可发生很大的可逆形变，是由内部构象熵变引起的，所以也称熵弹性（橡是由内部构象熵变引起的，所以也称熵弹性（橡胶具有高弹性）胶具有高弹性） 静态力学性能：静态力学性能：在恒应力或恒应变情况下的力学在恒应力或恒应变情况下的力学行为行为 动态力学性能：动态力学性能：物体在交变应力下的粘弹性行为物体在交变应力下的粘弹性行为7.1 概述1-1 1-1 力学性能分类力学性能分类1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件 应力松弛：应力松弛：在恒应变情况下，应力随时间的变化在恒应变情况下，应力随时间的变

6、化 蠕变：蠕变：在恒应力下，物体的形变随时间的变化在恒应力下，物体的形变随时间的变化 强度：强度：材料所能承受的应力材料所能承受的应力 韧性：韧性：材料断裂时所吸收的能量材料断裂时所吸收的能量7.1 概述1-1 1-1 力学性能分类力学性能分类1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件弹弹 性性粘弹性粘弹性非线性粘弹性非线性粘弹性线性粘弹性线性粘弹性高弹性高弹性普弹性普弹性动动 态态静静 态态粘粘 性性Deformation形变性能形变性能ElasticityHigh elasticityViscosityviscoelasticityL i n e a r viscoelastic

7、ityStaticDynamicNon-Linear viscoelasticity应力松弛应力松弛蠕蠕 变变滞滞 后后力学损耗力学损耗1-1 1-1 力学性能分类力学性能分类7.1 概述1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件断裂性能断裂性能韧韧 性性强强 度度FractureToughnessStrength1-1 1-1 力学性能分类力学性能分类7.1 概述1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件1-2 1-2 表征材料力学性能的基本物理量表征材料力学性能的基本物理量受受力力方方式式简单拉伸简单拉伸简单剪切简单剪切均匀压缩均匀压缩参数参数受受力力特特点点外力外力F

8、是与截面是与截面垂直，大小相等，垂直，大小相等，方向相反，作用方向相反，作用在同一直线上的在同一直线上的两个力。两个力。外力外力F是与界面是与界面平行，大小相平行，大小相等，方向相反等，方向相反的两个力。的两个力。材料受到的材料受到的是围压力。是围压力。,FFFF0l7.1 概述1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件应变应变张应变：张应变： 真应变：真应变： 切应变：切应变： 是偏斜角是偏斜角压缩应变：压缩应变： 应力应力张应力：张应力：真应力：真应力： 切应力：切应力： 压力压力P00lll lliildl0tgr 0VV0AFAF0AFs7.1 概述1-2 1-2 表征材料力

9、学性能的基本物理量1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件弹弹性性模模量量杨氏模量：杨氏模量： 泊松比：泊松比： 切变模量：切变模量：体积模量：体积模量：柔柔量量拉伸柔量：拉伸柔量： 切变柔量：切变柔量： 可压缩度：可压缩度： 机械机械强度强度00llAFE纵向单位宽度的增加横向单向单位宽度的llmmtgAFrGs0VPVPB0ED1GJ1B11010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件1-3 1-3 高聚物力学性能的特点高聚物力学性能的特点 1高聚物材料具有所有已知材料可变性范高聚物材料具有所有已知材料可变性范围最宽的力学性质，包括从液体、软橡皮围最宽的力学性质，包括从液

10、体、软橡皮到很硬的固体，各种高聚物对于机械应力到很硬的固体，各种高聚物对于机械应力的反应相差很大，例如：的反应相差很大，例如：7.1 概述1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件 PS制品很脆，一敲就碎（脆性）制品很脆，一敲就碎（脆性） 尼龙制品很坚韧，不易变形，也不易破碎尼龙制品很坚韧，不易变形，也不易破碎（韧性）（韧性） 轻度交联的橡胶拉伸时，可伸长好几倍，轻度交联的橡胶拉伸时，可伸长好几倍，力解除后基本恢复原状（弹性）力解除后基本恢复原状（弹性） 胶泥变形后，却完全保持新的形状（粘性）胶泥变形后，却完全保持新的形状（粘性） 高聚物力学性质的这种多样性，为不同的高聚物力学性质的

11、这种多样性，为不同的应用提供了广阔的选择余地应用提供了广阔的选择余地1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件 2.高聚物力学性能的最大特点是高聚物力学性能的最大特点是高高 弹弹 性性 和和 粘粘 弹弹 性性1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件（1 1）高聚物的高弹性：是由于高聚物极大的）高聚物的高弹性：是由于高聚物极大的分子量使得高分子链有分子量使得高分子链有许多不同的构象许多不同的构象，而，而构象的改变导致高分子链有其特有的构象的改变导致高分子链有其特有的柔顺性柔顺性。链柔性在性能上的表现就是高聚物的链柔性在性能上的表现就是高聚物的高弹性高弹性。 它与一般材料的普

12、弹性的差别就是因为它与一般材料的普弹性的差别就是因为构象构象的改变的改变；形变时构象熵减小，恢复时增加。；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）普弹形变的主要起因）1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件（2）高聚物的粘弹性：指高聚物材料不但具）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。料身上同时呈现得特别明显。 高聚物的粘弹性表现在它

13、有突出的高聚物的粘弹性表现在它有突出的力学松力学松弛现象弛现象，在研究它的力学性能时必须考虑，在研究它的力学性能时必须考虑应力、应变与应力、应变与时间时间的关系。的关系。温度温度对力学性对力学性能也是非常重要的因素。能也是非常重要的因素。1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件 描述粘弹性高聚物材料的力学行为必须同描述粘弹性高聚物材料的力学行为必须同时考虑时考虑应力、应变、时间和温度应力、应变、时间和温度四个参数。四个参数。 高聚物材料的力学性能高聚物材料的力学性能对时间和温度的强对时间和温度的强烈依赖性烈依赖性是研究其力学性能中要着重弄清是研究其力学性能中要着重弄清的问题，也是进

14、行高聚物材料的的问题，也是进行高聚物材料的测试及使测试及使用用时必须十分注意的问题。时必须十分注意的问题。1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件7.2 聚合物的拉伸行为1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件7.2 聚合物的拉伸行为1 1 玻璃态聚合物的拉伸玻璃态聚合物的拉伸a: TTg c: TTg (几十度几十度)d: T接近接近Tgb: T 生成新表面自由能，裂纹扩展；生成新表面自由能，裂纹扩展； 释放弹性能释放弹性能 = 生成新表面自由能，临界状态。生成新表面自由能，临界状态。2）格里菲斯Griffith线弹性断裂理论2 断裂理论断裂理论1010级高分子物理多

15、媒体课件级高分子物理多媒体课件2）格里菲斯Griffith线弹性断裂理论2 断裂理论断裂理论使使1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件2 断裂理论断裂理论1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件2 断裂理论断裂理论1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件用于脆性聚合物用于脆性聚合物2 断裂理论断裂理论1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件Griffith理论的局限性：理论的局限性： 依靠能量平衡原理，未涉及裂纹尖端附近区域的应力集中依靠能量平衡原理，未涉及裂纹尖端附近区域的应力集中问题。对韧性好的材料，裂纹尖端的应力集中一旦超过屈服强问题。对

16、韧性好的材料，裂纹尖端的应力集中一旦超过屈服强度，将会借微区塑性变形使尖端局部应力松弛下来，增加裂纹度，将会借微区塑性变形使尖端局部应力松弛下来，增加裂纹扩展阻力。扩展阻力。 裂纹扩展时裂纹扩展时弹性能弹性能的释放除供给的释放除供给表面能表面能增加外，增加外，供给供给塑性变形功塑性变形功。2 断裂理论断裂理论1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件7.4 聚合物的断裂理论和理论强度3 3 微裂纹微裂纹 银纹：银纹：由于光线在微裂纹的表面上发生全反射，它在由于光线在微裂纹的表面上发生全反射，它在透明塑料中呈现为肉眼可见的明亮条纹。透明塑料中呈现为肉眼可见的明亮条纹。 材料表面或内部垂

17、直于应力方向上出现长度为材料表面或内部垂直于应力方向上出现长度为100100 m m、宽度为宽度为10 10 m m左右、厚度约为左右、厚度约为1 1 m m的微细凹槽的现的微细凹槽的现象，由象，由张应力张应力产生局部的塑性形变和取向所致。产生局部的塑性形变和取向所致。是脆性材料拉伸中的微观屈服现象。是脆性材料拉伸中的微观屈服现象。 聚合物只有在聚合物只有在拉伸应力拉伸应力作用下才会产生银纹，且银纹作用下才会产生银纹，且银纹面（银纹的两个张开面，银纹与本体的界面）总是垂直于面（银纹的两个张开面，银纹与本体的界面）总是垂直于拉伸应力；压应力不产生银纹。拉伸应力；压应力不产生银纹。1010级高分子

18、物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件银银纹纹韧性的来源韧性的来源乐观主义乐观主义破坏的起点破坏的起点悲观主义悲观主义7.4 聚合物的断裂理论和理论强度3 3 微裂纹微裂纹1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件银银纹纹的的扩扩展展中间分子中间分子链断裂链断裂扩展扩展形成裂纹形成裂纹1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件电子显微镜图电子显微镜图PS 银纹(TEM)ABS 压缩后银纹现象及应力变白7.4 聚合物的断裂理论和理论强度3 3 微裂纹微裂纹1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件微纤平行与外力方向，微纤平行与外力方向，银纹长度方向与外力垂直。银纹长度

19、方向与外力垂直。1) 1) 银纹的结构银纹的结构FF微纤微纤F1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件整体银纹银纹微纤及分子链银纹长度方向与外力垂直，微纤银纹长度方向与外力垂直，微纤和分子链与外力方向平行，与银和分子链与外力方向平行，与银纹长度方向垂直。纹长度方向垂直。银纹微观示意图1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件银纹不空，含有伸长率银纹不空，含有伸长率5060%的链的链银纹中链的体积分数为银纹中链的体积分数为4060%银纹仍有模量，约为本体的银纹仍有模量，约为本体的325%银纹可导致出现应力发白银纹可导致出现应力发白银纹是可逆的，能通过退火消除银纹是可逆的，能

20、通过退火消除银纹：聚合物中因链伸展形成的空化区域银纹：聚合物中因链伸展形成的空化区域银纹平面银纹厚度2）银纹的特性1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件3）银纹的形成机理（过梅丽P229） 材料在材料在张应力张应力的作用下，局部薄弱处首先发生屈服和冷的作用下，局部薄弱处首先发生屈服和冷拉，使局部本体材料高度拉伸拉，使局部本体材料高度拉伸取向取向，由于周围的本体材料的，由于周围的本体材料的横横向收缩向收缩受到限制，结果在取向微纤键留下大量受到限制，结果在取向微纤键留下大量空穴。空穴。局部薄弱局部薄弱点包括材料表面的缺陷或擦伤处、材料内部的空穴或夹杂物边点包括材料表面的缺陷或擦伤处、

21、材料内部的空穴或夹杂物边缘处。缘处。 每种材料在一定的环境条件下都存在一个产生银纹每种材料在一定的环境条件下都存在一个产生银纹的临界值。银纹的临界应力本质是材料最薄弱区的的临界值。银纹的临界应力本质是材料最薄弱区的屈服强度屈服强度。1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件银纹的增长：平行于平面应力场中较小的主应力矢量；银纹的增长：平行于平面应力场中较小的主应力矢量；银纹的生长：是银纹尖端向前扩展和银纹宽度的增加；银纹的生长：是银纹尖端向前扩展和银纹宽度的增加；银纹的终止：银纹和银纹；银纹和剪切带；空穴和分银纹的终止：银纹和银纹；银纹和剪切带；空穴和分 散相的橡胶粒子。散相的橡胶粒子

22、。1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件聚合物室温下的临界应变与临界应力聚合物室温下的临界应变与临界应力聚合物聚合物 c(%) c(MPa)tmax(h)E(MPa) y(MPa)Tg( C)PS0.3511.024303469.090PMMA1.3024.10.1293189.7100PPO1.5 39.324262069.0210PC1.8 42.124234462.1145韧性聚合物和脆性聚合物韧性聚合物和脆性聚合物1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件4）银纹化的影响因素）银纹化的影响因素聚合物的相对分子量聚合物的相对分子量 聚合物的交联聚合物的交联 结晶聚

23、合物结晶聚合物 低温、高应变速率、侵蚀性液体环境和低温、高应变速率、侵蚀性液体环境和导致应变的应力导致应变的应力 外因：外因：内因：内因：3 3 微裂纹微裂纹1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件7.4 聚合物的断裂理论和理论强度3 3 微裂纹微裂纹分分类类溶剂银纹溶剂银纹热应力开裂热应力开裂银纹银纹（微裂纹）（微裂纹）不是空的，不是空的，银纹体的密度为本体密度的银纹体的密度为本体密度的50%，折光指数也低于聚合物本体折光指数，因此在银纹，折光指数也低于聚合物本体折光指数，因此在银纹和本体之间的界面上将对光线产生全反射现象，呈现银光和本体之间的界面上将对光线产生全反射现象，呈现银

24、光闪闪的纹路（所以也称应力发白）；闪闪的纹路（所以也称应力发白）；加热退火会使银纹消加热退火会使银纹消失失 （可逆性）。（可逆性）。力学因素力学因素环境因素环境因素非溶剂非溶剂氧化应力开裂氧化应力开裂 应力发白：应力发白：橡橡胶增韧的塑料，在胶增韧的塑料，在拉伸或弯曲或冲击拉伸或弯曲或冲击时试样有发白现象。时试样有发白现象。1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件（1）溶剂的存在降低了材料的表面能，更容易产生新表面）溶剂的存在降低了材料的表面能，更容易产生新表面（2）有机溶剂溶胀了表面，降低了）有机溶剂溶胀了表面，降低了Tg，使银纹可在低应力，使银纹可在低应力与低应变下生成与低应变

25、下生成溶剂银纹化溶剂银纹化两种机理两种机理环境应力开裂环境应力开裂3 3 微裂纹微裂纹1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件7.4 聚合物的断裂理论和理论强度4 4 聚合物的理论强度聚合物的理论强度聚合物材料的破坏是高分子主链的化学键断裂或是聚合物材料的破坏是高分子主链的化学键断裂或是高分子分子间滑脱或分子链间相互作用力的破坏。高分子分子间滑脱或分子链间相互作用力的破坏。理论值理论值1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件7.4 聚合物的断裂理论和理论强度4 4 聚合物的理论强度聚合物的理论强度 化学键破坏化学键破坏

26、 PE的理论强度的理论强度 由由PE晶胞计算得每晶胞计算得每cm2有有5 5* *10101414根分子链根分子链 (4 (4* *1010-4-4达因达因/ /键键) )* *(5(5* *10101414键键/cm/cm2 2) ) 2 2* *10105 5 kg/cm kg/cm2 2 PE PE 的实际强度的实际强度: 200: 200400 400 kg/cmkg/cm2 21 1达因达因(dyne)=10(dyne)=10-5-5N N1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件7.4 聚合物的断裂理论和理论强度4 4 聚合物的理论强度聚合物的理论强度 分子间滑脱分子间滑

27、脱 分子链之间的次价力分子链之间的次价力(氢氢+范范)全部破坏全部破坏 一般一般 5A长度之间的次价力长度之间的次价力 约为约为20千焦千焦/摩尔摩尔 1000A长的分子链之间的次价力长的分子链之间的次价力 可达可达: 4000千焦千焦/摩尔摩尔11U11U 对于不存在氢键的情况其作用为对于不存在氢键的情况其作用为 3U 3U1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件7.4 聚合物的断裂理论和理论强度4 4 聚合物的理论强度聚合物的理论强度 次价力破坏次价力破坏局部破坏局部破坏 氢键解离能氢键解离能 20 kJ/mol 作用距离作用距离 3A 破坏一个氢键约需作用力破坏一个氢键约需作

28、用力: 110-10牛顿牛顿/个个 范德化力解离能范德化力解离能 8 kJ/mol 作用距离作用距离 4A 破坏一个范德化力约需破坏一个范德化力约需: 310-11牛顿牛顿/个个 假定在假定在 25A2上有一个氢键和一个范德化力上有一个氢键和一个范德化力 理论强度理论强度: 氢键作用氢键作用 3103 kg/cm2 范德化力作用范德化力作用 1103 kg/cm2 与高度取向纤维的强度达到同一数量级与高度取向纤维的强度达到同一数量级 液晶聚芳酯纤维液晶聚芳酯纤维 1176 kg/cm21010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件7.4 聚合物的断裂理论和理论强度4 4 聚合物的理论强度

29、聚合物的理论强度e.g.PA, 60 MPaPPO, 70 MPatheoryeriment)100011001(exp1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件7.4 聚合物的断裂理论和理论强度4 4 聚合物的理论强度聚合物的理论强度 高聚物破坏的过程高聚物破坏的过程 首先首先在未取向部分的次价力在未取向部分的次价力( (局部局部) ) 被破坏被破坏 然后然后由于应力集中使分子主链由于应力集中使分子主链( (局局 部部) )断裂断裂 最后最后继续由于应力集中使出现宏观继续由于应力集中使出现宏观 上的断裂上的断裂1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件7.5 7.5 影响

30、聚合物实际强度的因素影响聚合物实际强度的因素1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件7.5 影响聚合物实际强度的因素考考虑虑聚聚合合物物结结构构因因素素极性基团或氢键极性基团或氢键主链上含芳杂环结构主链上含芳杂环结构支化支化、适度的交联、适度的交联结晶度大（结晶度大（太大会脆太大会脆）取向好取向好高高低低拉伸强度拉伸强度 t高高低低分子量高（超高）分子量高（超高）高高低低高高低低高高低低高高低低1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件7.5 影响聚合物实际强度的因素 高聚物分子结构的影响高聚物分子结构的影响 * * 增加分子链间的作用力可提高拉伸强度增加分子链间的作用力

31、可提高拉伸强度 * * 引入极性基团和形成氢键的基团引入极性基团和形成氢键的基团 聚酰胺聚酰胺(氢键氢键) 聚氯乙烯聚氯乙烯(极性基团极性基团)聚异丁烯聚异丁烯 * * 刚性链的结构因素使刚性链的结构因素使和和 E E 均均 1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件7.5 影响聚合物实际强度的因素 结晶、取向和交联结晶、取向和交联 结晶使分子间排列紧密结晶使分子间排列紧密 分子间作用力分子间作用力 取向取向分子链协同作用分子链协同作用 适度交联使分子间作用力适度交联使分子间作用力 过度交联将使材料变脆弱过度交联将使材料变脆弱1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件7.5

32、 影响聚合物实际强度的因素 分子量的影响 分子量超过一定数值以后，分子量超过一定数值以后，拉伸强度变化不大，冲击强拉伸强度变化不大，冲击强度继续增大。度继续增大。 极性聚合物极性聚合物(PA等等) 分子量应达分子量应达 20000或以上或以上 非极性聚合物非极性聚合物(PE等等) 分子量应达分子量应达 50000或以上或以上1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件7.5 影响聚合物实际强度的因素其其他他影影响响因因素素极性基团或氢键极性基团或氢键增塑剂增塑剂填料（活性、惰性）填料（活性、惰性）共聚、共混共聚、共混降低温度（拉伸冲击）降低温度（拉伸冲击）高高低低拉伸强度拉伸强度 t高

33、高低低提高拉伸速度提高拉伸速度高高低低高高低低高高低低高高低低缺陷存在缺陷存在高高低低1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件7.5 影响聚合物实际强度的因素 共聚和共混共聚和共混是改善力学性能的重要手段共聚和共混是改善力学性能的重要手段 脆性聚合物脆性聚合物 + 韧性聚合物韧性聚合物 两相体系两相体系 PS共混共混HIPS(HIPS(高抗冲聚苯乙烯高抗冲聚苯乙烯) ) PSPS三元共聚三元共聚ABSABS1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件7.5 影响聚合物实际强度的因素 增塑剂和填充料增塑剂加入使分子间作用增塑剂加入使分子间作用 惰性填料惰性填料(CaCO3等等

34、)降低成本降低成本填料填料 活性填料活性填料(碳黑等碳黑等) 增强作用增强作用 功能性填料功能性填料赋于高聚物某些特殊的功能赋于高聚物某些特殊的功能 阻燃性阻燃性: Mg(OH): Mg(OH)2 2 ;Al(OH) ;Al(OH)3 3 等等 减摩润滑性减摩润滑性: : 石墨石墨; ;二硫化钼等二硫化钼等 导电性导电性: : 导电碳黑导电碳黑 , ,金属粉等金属粉等 磁性磁性: : 铁氧体铁氧体, ,稀土类元素稀土类元素 隔音性隔音性: : 高密度金属粉高密度金属粉 压电性压电性: : 钛酸锆钛酸铅等钛酸锆钛酸铅等 1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件7.5 影响聚合物实际强

35、度的因素 应力集中1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件7.5 影响聚合物实际强度的因素 拉伸温度影响拉伸温度影响: T 拉伸速度影响拉伸速度影响: 速度速度屈屈服强度服强度 提高提高( (降低降低) )拉伸速率拉伸速率 降低降低( (升高升高) )拉伸温度拉伸温度1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件聚合物的增强聚合物的增强1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件纤维种类：纤维种类： 棉、麻、丝及其织物；棉、麻、丝及其织物； 玻璃纤维；玻璃纤维； 碳纤维、石墨纤维、硼纤维、超细金属纤维和单晶碳纤维、石墨纤维、硼纤维、超细金属纤维和单晶纤维即晶须。纤维即

36、晶须。纤维增强纤维增强聚合物的增强聚合物的增强1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件聚合物的增强聚合物的增强1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件聚合物的增强聚合物的增强1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件聚合物的增强聚合物的增强1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件 橡胶轮胎橡胶轮胎 玻璃纤维层压塑料玻璃纤维层压塑料 环氧玻璃钢的比强度甚至超过了高级合金钢。用玻璃环氧玻璃钢的比强度甚至超过了高级合金钢。用玻璃短纤维增强的热塑性塑料，其拉伸、抗压、抗弯强度和硬短纤维增强的热塑性塑料，其拉伸、抗压、抗弯强度和硬度一般可提高度一般可提高10

37、0-300，但冲击强度一般提高不多甚，但冲击强度一般提高不多甚至可能降低。至可能降低。 液晶聚合物与热塑性塑料共混制备高性能复合材料的新途液晶聚合物与热塑性塑料共混制备高性能复合材料的新途径径 纤维增强实例纤维增强实例聚合物的增强聚合物的增强1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件聚合物的增强聚合物的增强1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件粉状补强机理与补强效果粉状补强机理与补强效果 活性填料的作用，如对橡胶的补强，可用填料的表面效应来解释活性填料的作用，如对橡胶的补强，可用填料的表面效应来解释 ； 填料增强的效果受到粒子和分子链间结合的牢固程度所制约。填料增强的效

38、果受到粒子和分子链间结合的牢固程度所制约。 粉状填料增强：粉状填料增强： 如木粉、炭黑、轻质二氧化硅、碳酸镁、氧化锌等如木粉、炭黑、轻质二氧化硅、碳酸镁、氧化锌等 例如，天然橡胶中添加例如，天然橡胶中添加20的胶体炭黑，拉伸强度可以从的胶体炭黑，拉伸强度可以从16MPa提高到提高到20MPa聚合物的增强聚合物的增强1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件玻璃纤维增强的复合材料玻璃纤维增强的复合材料（玻璃钢）（玻璃钢）Carbon fiber聚合物的增强聚合物的增强1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件Fiber-wrapped bottle聚合物的增强聚合物的增强Bo

39、ss thin linerCFRP Structure 1Inter pressureLow-temperature liquidCFRPstructure2Heat insulation structure1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件Self-recovering of human bodycrackMicrocapsuleSelf-healing process( University of Illinois USA)Self healing Composite pressure vessel Microcapsule 聚合物的增强聚合物的增强1010级高分子物理多

40、媒体课件级高分子物理多媒体课件聚合物的增强聚合物的增强莫急罗，摸点麻油就没时搭！莫急罗，摸点麻油就没时搭！1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件聚合物的耐冲击性聚合物的耐冲击性1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件聚合物的耐冲击性聚合物的耐冲击性1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件聚合物的耐冲击性聚合物的耐冲击性1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件PVC bag-PVC bag-橡胶增韧橡胶增韧聚合物的耐冲击性聚合物的耐冲击性1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件冰冰 箱箱Polystyrene高抗冲聚苯乙烯高抗冲聚苯乙

41、烯HIPS,用丁二烯增韧用丁二烯增韧聚合物的耐冲击性聚合物的耐冲击性1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件Car bumperCar bumper汽车保险杠聚合物的耐冲击性聚合物的耐冲击性参赛皮艇雪板、雪橇1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件2. 影响因素聚合物的耐冲击性聚合物的耐冲击性1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件增加高分子的极性或产生氢键，则冲击强度减小增加高分子的极性或产生氢键，则冲击强度减小分子链支化程度增加，冲击强度可能提高分子链支化程度增加，冲击强度可能提高适度交联后，拉伸和冲击强度均可提高适度交联后，拉伸和冲击强度均可提高聚合物

42、的耐冲击性聚合物的耐冲击性1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件大的球晶，聚合物的冲击强度就要显著地下降。大的球晶，聚合物的冲击强度就要显著地下降。聚合物的结晶度增高，冲击强度下降聚合物的结晶度增高，冲击强度下降聚合物的耐冲击性聚合物的耐冲击性1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件适当的双轴取向的聚合物，冲击强度提高适当的双轴取向的聚合物，冲击强度提高聚合物的耐冲击性聚合物的耐冲击性1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件聚合物的耐冲击性聚合物的耐冲击性1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件聚合物的耐冲击性聚合物的耐冲击性1010级高分子物

43、理多媒体课件级高分子物理多媒体课件聚合物的耐冲击性聚合物的耐冲击性1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件塑料增韧方法塑料增韧方法1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件1. 橡胶或弹性体增韧橡胶或弹性体增韧1）橡胶或弹性体品种；）橡胶或弹性体品种；2）弹性体含量；）弹性体含量；3）弹性体粒径；）弹性体粒径；4）基体韧性。）基体韧性。2. 非弹性体增韧塑料非弹性体增韧塑料1）有机刚性粒子；）有机刚性粒子；2）无机刚性粒子；）无机刚性粒子；塑料增韧方法塑料增韧方法1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件塑料增韧方法塑料增韧方法1010级高分子物理多媒体课件级高

44、分子物理多媒体课件塑料增韧方法塑料增韧方法1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件塑料增韧方法塑料增韧方法1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件塑料增韧方法塑料增韧方法1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件塑料增韧方法塑料增韧方法1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件塑料增韧方法塑料增韧方法1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件(1) 使用温度必须高于橡胶的玻璃化温度使用温度必须高于橡胶的玻璃化温度(2) 橡胶与塑料的溶度参数接近但有一定差距，橡胶必须构成橡胶与塑料的溶度参数接近但有一定差距，橡胶必须构成另一相，不能与塑料互溶，但要与塑料有一定粘合性另一相，不能与塑料互溶，但要与塑料有一定粘合性(3) 橡胶粒子应处于最佳粒度橡胶粒子应处于最佳粒度(4) 橡胶粒子要达到一定用量橡胶粒子要达到一定用量增韧的条件：增韧的条件：塑料增韧方法塑料增韧方法1010级高分子物理多媒体课件级高分子物理多媒体课件对于不同性质的基体，银纹和剪切带比例不同。对于不同性质的基体，银纹和