第八章高聚物的力学性能详解ppt课件.ppt
《第八章高聚物的力学性能详解ppt课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第八章高聚物的力学性能详解ppt课件.ppt(72页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、第八章,高聚物的力学性能,第八章 高聚物的力学性能第一节 描述力学行为的基本物理量,力学行为: 施加一个外力在材料上,材料所发生的形变(响应)。,内力、应力: 材料为反抗外力,力求使自己保持原状而产生的一种与外力相平衡的力,是内力。与外力大小相等,方向相反,单位面积上的这种平衡力为应力。,第八章 高聚物的力学性能第一节 描述力学行为的基本物理量,形变: 材料的变形值。,应变: 在应力作用下,单位长度(面积、体积)所发生的形变。,弹性模量: 简称模量。是引起单位应变所需的应力。是材料刚硬度的一种表示。用E表示。 E=/,柔量: 模量的倒数。是材料容易形变程度的一种表征。用J表示。 J=1/E,强
2、度: 在一定条件下,材料断裂前所能忍受的最大应力,称为强度。,第八章 高聚物的力学性能第一节 描述力学行为的基本物理量,第八章 高聚物的力学性能第二节 聚合物的应力应变特性,应力一应变实验是最广泛的,重要、实用的实验。在应力-应变试验中,以某一给定的应变速率对试样施加负荷,直到试样断裂为止。实验大多采用拉伸方式。,第八章 高聚物的力学性能第二节 聚合物的应力应变特性,典型高聚物的拉伸应力-应变曲线,A:弹性极限 (point of elastic limit)A:弹性强度极限A:弹性伸长极限Y:屈服点 (yielding point)Y:屈服强度Y:屈服伸长率B:断裂点B:断裂强度B:断裂伸长
3、率,典型高聚物的拉伸应力-应变曲线,第八章 高聚物的力学性能第二节 聚合物的应力应变特性,脆性断裂: 材料在屈服点之前发生断裂,称为脆性断裂。这种情况下材料在断裂前只发生很小的形变。,韧性断裂: 材料在屈服点之后发生断裂,称为韧性断裂。材料在屈服后产生较大的形变。,第八章 高聚物的力学性能第二节 聚合物的应力应变特性,应力-应变曲线的类型和脆韧性,“软”和“硬”用于区分模量的低或高,“弱”和“强”是指强度的大小,“脆”是指无屈服现象而且断裂伸长很小,“韧”是指其断裂伸长和断裂应力都较高的情况,有时可将断裂功作为“韧性”的标志。,第八章 高聚物的力学性能第二节 聚合物的应力应变特性,应力-应变曲
4、线的类型和脆韧性,第八章 高聚物的力学性能第二节 聚合物的应力应变特性,应力-应变曲线的类型和脆韧性,1 硬而脆弹性模量较高,断裂强度中等,不出现屈服点,拉伸度较小时断裂。低相对分子质量PS、PMMA、酚醛树脂在室温及室温以下表现此种状态。,2 硬而强弹性模量高,断裂强度大,断裂伸长率约5%,破坏出现在屈服点附近。高相对分子质量的PS、PMMA或硬PVC属此类。,3 强而韧弹性模量、屈服应力及断裂伸长率都很高,伸长率也大,曲线下覆盖的面积也大。尼龙、PC、POM、醋酸纤维属此类。,第八章 高聚物的力学性能第二节 聚合物的应力应变特性,应力-应变曲线的类型和脆韧性,4 软而韧弹性模量高,屈服应力
5、低,断裂伸长大,约20%1000%,断裂强度高。软PVC及硫化橡胶属此类。,5 软而弱弹性模量低,断裂强度也低,断裂伸长中等。高聚物的软凝胶、低相对分子质量聚合物属此类。,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,玻璃态聚合物的应力-应变曲线,玻璃态聚合物典型的应力-应变曲线,Tg以下进行的拉伸,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,1 0-A段 形变为弹性形变(普弹形变),应力-应变成正比。符合虎克定律=E。此高模量、小形变的弹性行为由高分子的键长、键角的变化引起。,玻璃态聚合物的应力-应变曲线,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,玻璃态聚合物的
6、应力-应变曲线,2 A-B段 形变为强迫高弹形变。这段明显展示了高分子在Tg以下不该有的链段运动行为,但由于外力不断增大的作用,达到了链段运动的能量,所以玻璃态被冻结的链段开始运动,当链段运动的松弛时间与应变速率在同一个数量级时,使材料产生了大的形变。形变完全由于外力作用下导致链段运动,称强迫高弹形变。,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,玻璃态聚合物的应力-应变曲线,强迫高弹形变在Tb-Tg之间才能在外力作用下产生。去除外力形变不能自行恢复。因为在Tg以下,缺少链段运动的能量,但加热到Tg以上形变又可恢复,因为Tg以上链段又可以运动了。,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合
7、物的拉伸破坏行为,玻璃态聚合物的应力-应变曲线,屈服点产生的原因:上升是因为材料内部的分子间作用力保持着固定的内部结构,当外力作用时,只要没达到一个确定的值,材料内部的分子间作用力及结构都不会变化,但一旦外力超过了这一确定值时,材料内部的分子间作用力及结构就无法再支撑了,开始解体。形成屈服点。,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,玻璃态聚合物的应力-应变曲线,应变软化(Strain softening):高聚物在Tb-Tg之间进行拉伸时,在屈服点之前曲线先上升,到了高点后又下降。,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,玻璃态聚合物的应力-应变曲线,应变软化产生
8、的原因:拉伸时截面积变小,所施加的外力减小; 拉伸时由于分子运动的摩擦力所导致的放热,使分子运动方便,所用的应力会减小;由于Tg以下,物理交联点多,拉伸后交联点破坏了许多,到了屈服点这种破坏达到一定程度,致使应力下降。,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,玻璃态聚合物的应力-应变曲线,平稳区:应力变化不大,形变变化很大。因为材料内部的结构还在继续破坏,同时分子链段又在顺着外力方向运动或逐步排列取向。,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,玻璃态聚合物的应力-应变曲线,3 B-C段 应变硬化(Strain hardening)阶段:主要形成原因是大量的分子链段不
9、断伸展排列后继续拉伸,导致了整个分子链的取向排列,使材料强度进一步提高,需要更大外力进行拉伸,应力迅速上升,直到断裂。,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,玻璃态聚合物的应力-应变曲线,应变硬化主要由整个大分子的运动所致,形变不可逆,是永久性的。由于它是在强力作用下发生的大分子链的相对滑脱,又称冷流。,若在试样断裂前停止拉伸,除去外力,则试样已发生的大形变无法完全恢复;只有让试样的温度升到Tg附近,形变方可回复,因此,这种大形变在本质上是一种高弹形变,而不是粘流形变,其分子机理主要是高分子的链段运动,它只是在大外力的作用下的一种链段运动。为区别于普通的高弹形变,可称之为强迫高
10、弹性。 在Tg以下,由于聚合物处于玻璃态,即使外力除去,已发生的大形变也不能自发回复。在材料出现屈服之前发生的断裂称为脆性断裂,一般材料在发生脆性断裂之前只发生很小的形变。而在材料屈服之后的断裂,则称为韧性断裂。,存在一个特征温度Tb ,只要温度低于Tb,玻璃态高聚物就不能发生强迫高弹形变,而必定发生脆性断裂,这个温度称为脆化温度Tb。,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,晶态聚合物的应力-应变曲线,1 0-Y段 应力随应变线性增加,符合虎克定律,为普弹形变。试样被均匀拉长,到达Y点后,试样突然出现一个或几个“细颈”。,晶
11、态聚合物的应力-应变曲线.swf,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,晶态聚合物的应力-应变曲线,2 N-D段 细颈发展阶段。伸长不断增加,应力几乎不变。拉伸应变值可达100%-1000%,直到整个试样变细。,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,晶态聚合物的应力-应变曲线,3 D-C段 已被细颈化的试样重新被均匀拉伸,应力随应变增加,直到断裂。,力学拉伸.swf,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,晶态聚合物的应力-应变曲线,冷拉(Cold drawing): 本质上是受迫高弹形变。主要原因是链段受晶格的束缚,只有在一定的拉力下才能有助于大
12、分子链段克服这种束缚而进行运动产生很大的形变。当去掉外力,加热到接近熔点的温度,可以恢复原状。,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,晶态聚合物的应力-应变曲线,平台区产生的原因:1)破坏晶格,减少强度;2)分子取向,增加强度;二者抵消。,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,晶态聚合物的应力-应变曲线,应变硬化:在更强的外力下已经取向的分子又高度取向,形成新的晶体,更高一级的晶体,所以强度更高,直到断裂。,各种情况下的应力-应变曲线,(a) Different temperature,a: TTg 脆断b: TTg 屈服后断c: TTg 几十度 韧断d: Tg
13、以上 无屈服,Example-PVC,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,(b) Different strain rate,Strain rate,速度,各种情况下的应力-应变曲线,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,a: 脆性材料,c: 韧性材料,d: 橡胶,b: 半脆性材料,酚醛或环氧树脂,PP, PE, PC,PS, PMMA,Nature rubber, PI,(c) Composition of Polymers 物质结构组成,各种情况下的应力-应变曲线,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物
14、的拉伸破坏行为,(d) Crystallization 结晶,应变软化更明显冷拉时晶片的倾斜、滑移、转动,形成微晶或微纤束,各种情况下的应力-应变曲线,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,各种情况下的应力-应变曲线,(e) The Size of Spherulites 球晶大小,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,各种情况下的应力-应变曲线,(f) The Degree of Crystallization 结晶度,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,影响应力-应变曲线的因素,1 温度的影响温度上升,断裂强度下降。随温度上升材料由硬而脆转
15、为软而韧。温度低,链段运动困难,形变小;温度高,链段运动容易,形变大,断裂伸长加大。,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,第八章 高聚物的力学性能第三节 聚合物的拉伸破坏行为,影响应力-应变曲线的因素,温度越低,屈服应力越高,断裂应力越高,但屈服应力比断裂应力曲线上升得快。当b=y时,T=Tb(脆化温度)Tb以下晶态和非晶态都不能产生强迫高弹形变。当by时,拉伸中出现强迫高弹形变。当by时,拉伸中不出现强迫高弹形变。,脆韧转变温度 Tb,Tb is also called brittle temperature.,Brittle ductile transition 脆韧转变
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第八 章高聚物 力学性能 详解 ppt 课件
链接地址:https://www.31ppt.com/p-1359538.html