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性能總結(jié)范文 材料性能第四章1屈服與斷裂是材料的兩種基本失效模式。 2應(yīng)變(strain)當(dāng)材料受到外力作用而又不產(chǎn)生慣性移動(dòng)時(shí),其幾何形狀和尺寸會(huì)發(fā)生變化,這種變化稱為應(yīng)變或形變。 3應(yīng)力(stress)材料發(fā)生宏觀變形時(shí),其內(nèi)部分子及原子間發(fā)生相對(duì)位移,產(chǎn)生分子及原子間對(duì)抗外力的附加內(nèi)力,達(dá)到平衡時(shí),附加內(nèi)力與外力大小相等,定義單位面積上的附加內(nèi)力為應(yīng)力。 平衡時(shí),其值與單位面積上所受的外力相等。 4簡(jiǎn)單拉伸(simple elongation)材料受到一對(duì)垂直于材料截面、大小相等、方向相反并在同一直線上的外力作用。 5拉伸應(yīng)變材料在拉伸作用下產(chǎn)生的形變稱為拉伸應(yīng)變,也稱相對(duì)伸長(zhǎng)率。 6拉伸應(yīng)力這種拉伸應(yīng)變和拉伸應(yīng)力的定義在工程上被廣泛運(yùn)用,稱為工程應(yīng)變和工程應(yīng)力或習(xí)用應(yīng)變和習(xí)用應(yīng)力。 7真應(yīng)力用真實(shí)的瞬時(shí)截面積A代替A0除其相應(yīng)的拉伸力得到的應(yīng)力。 8真應(yīng)變因試樣長(zhǎng)度在不斷變化,某一瞬時(shí)拉伸試樣的長(zhǎng)為l,載荷增量dF,伸長(zhǎng)d l,則該瞬時(shí)應(yīng)變率為d l/l,則試樣自l0伸長(zhǎng)至l后,總應(yīng)變率為真應(yīng)變,記為9)1ln(ln0l若假設(shè)拉伸過(guò)程中體積不變10模量(modulus)對(duì)于理想的彈性固體,應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系服從虎克定律,即應(yīng)力與應(yīng)變成正比,比例常數(shù)稱為彈性模量,簡(jiǎn)稱模量。 彈性模量表征材料抵抗變形能力,模量越大,愈不容易變形,表示材料剛度越大。 彈性模量的單位與應(yīng)力的單位相同。 11柔量(pliance)有時(shí),用模量的倒數(shù)比用模量來(lái)得方便。 定義模量的倒數(shù)為柔量,柔量越大,越容易變形。 12拉伸柔量剪切柔量體積模量的倒數(shù)稱為可壓縮度K=1/B13泊松比(Possion ratio)在拉伸實(shí)驗(yàn)中,材料橫向單位寬度的減小與縱向單位長(zhǎng)度的增加之比值。 用0ln0llldlllt=+=lt)1(000+=LLAAAFAFt表示泊松比是指材料的橫向變形系數(shù),它是反映材料橫向變形的彈性常數(shù)。 可以證明沒(méi)有體積變化時(shí),0.5,橡膠拉伸時(shí)就是這種情況。 其他材料拉伸時(shí),G,即拉伸比剪切困難,這是因?yàn)樵诶鞎r(shí)高分子鏈要斷鍵,需要較大的力;剪切時(shí)是層間錯(cuò)動(dòng),較容易實(shí)現(xiàn)。 大多數(shù)材料泊松比在0.2到0.5之間;固體材料的泊松比越小,剛性越大。 14彈性:是指材料在外力作用下保持和恢復(fù)固有形狀和尺寸的能力塑性:是材料在外力作用下發(fā)生不可逆的永久變形的能力模量:是指材料抵抗變形的能力強(qiáng)度:是指材料抵抗破壞或斷裂的能力16力伸長(zhǎng)曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線將試件裝卡在材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行常溫、靜載拉伸試驗(yàn),直到把試件拉斷為止,試驗(yàn)機(jī)的繪圖裝置會(huì)把試件所受的拉力F與試件的伸長(zhǎng)量?l之間的關(guān)系自動(dòng)記錄下來(lái),繪出一條曲線F-?l曲線,稱為拉伸圖。 除去尺寸因素,變?yōu)閼?yīng)力-應(yīng)變曲線。 即s-e曲線。 規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度和標(biāo)準(zhǔn)拉伸速率.17 (1)OA段,應(yīng)力應(yīng)變呈直線關(guān)系變化,為符合虎克定律的彈性形變區(qū),直線斜率相當(dāng)于材料彈性模量。 A彈性極限應(yīng)變A彈性極限應(yīng)力.屬普彈性變形,是由于分子的鍵長(zhǎng)、鍵角以及原子間的距離改變所引起的,應(yīng)力與應(yīng)變之間服從胡克定律,是一種可逆形變。 在應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系意義上,當(dāng)應(yīng)變?yōu)橐粋€(gè)單位時(shí),彈性模量在數(shù)值上等于彈性應(yīng)力,即彈性模量是產(chǎn)生100%彈性變形所需的力;本質(zhì):材料剛度,表征材料抵抗彈性變形能力;斜率越大,楊氏模量越大,材料的剛度越大,越不易變形。 彈性模量是力學(xué)性能中最穩(wěn)定的指標(biāo)。 18比彈性模量E/材料的彈性模量與其單位體積質(zhì)量(密度)的比值,也稱為比模量或比剛度,單位為m或cm。 材料的比模量越高,構(gòu)件的自重就會(huì)越小,或者體積會(huì)越小。 19彈性比功(回彈性)彈性比功為應(yīng)力應(yīng)變曲線下彈性范圍內(nèi)所吸收的變形功20屈服應(yīng)力越過(guò)A點(diǎn),應(yīng)力應(yīng)變曲線偏離直線,說(shuō)明材料開(kāi)始發(fā)生塑性形變,極大值Y點(diǎn)稱材料的屈服點(diǎn),其對(duì)應(yīng)的應(yīng)力、應(yīng)變分別稱屈服應(yīng)力(或屈服強(qiáng)度)和屈服應(yīng)變。 發(fā)生屈服時(shí),試樣上某一局部會(huì)出現(xiàn)“細(xì)頸”現(xiàn)象,材料應(yīng)力略有下降,發(fā)生“應(yīng)力軟化”。 一般而言,屈服應(yīng)力是聚合物作為結(jié)構(gòu)材料使用的最大應(yīng)力。 超過(guò)屈服點(diǎn),凍結(jié)的鏈段開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。 21大形變區(qū)(又稱強(qiáng)迫高彈形變)隨著應(yīng)變?cè)黾?,在很長(zhǎng)一個(gè)范圍內(nèi)曲線基本平坦,“細(xì)頸”區(qū)越來(lái)越大。 拉伸時(shí)細(xì)頸不會(huì)變細(xì)拉斷,而是向兩端擴(kuò)展,直至整個(gè)試樣完全變細(xì)為止,外力幾乎不增加,應(yīng)變卻大幅度增加,可達(dá)百分之幾百。 這一階段加熱可以恢復(fù)。 22應(yīng)變硬化繼續(xù)拉伸時(shí),由于分子鏈取向排列,使硬度提高,從而需要更大的力才能形變。 分子鏈取向排列,使應(yīng)力提高。 23斷裂達(dá)到B點(diǎn)時(shí)材料斷裂,與B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力、應(yīng)變分別稱材料的拉伸強(qiáng)度(或斷裂強(qiáng)度)b和斷裂伸長(zhǎng)率b,它們是材料發(fā)生破壞的極限強(qiáng)度和極限伸長(zhǎng)率。 24曲線下的面積等于()相當(dāng)于拉伸試樣直至斷裂所消耗的能量,單位為J?m-3,稱斷裂能或斷裂功。 反映材料的拉伸斷裂韌性大小的物理量,但不能反映材料的沖擊韌性大小。 25從應(yīng)力應(yīng)變曲線可以獲得的被拉伸聚合物的信息聚合物的屈服強(qiáng)度(Y點(diǎn)強(qiáng)度),聚合物的楊氏模量(OA段斜率),聚合物的斷裂強(qiáng)度(B點(diǎn)強(qiáng)度),聚合物的斷裂伸長(zhǎng)率(B點(diǎn)伸長(zhǎng)率),聚合物的拉伸斷裂韌性(曲線下面積)。 26明材料越韌,相反則越脆。 E越大,說(shuō)明材料越硬,相反則越軟;b或y越大,說(shuō)材料越強(qiáng),相反則越弱;b或W越大,說(shuō)27“軟”和“硬”用于區(qū)分模量的低或高,“弱”和“強(qiáng)”是指強(qiáng)度的大小,“脆”是指無(wú)屈服現(xiàn)象而且斷裂伸長(zhǎng)很小,“韌”是指其斷裂伸長(zhǎng)和斷裂應(yīng)力都較高的情況,有時(shí)可將斷裂功作為“韌性”的標(biāo)志。 x%補(bǔ)償屈服應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變曲線偏離線性響應(yīng)至應(yīng)變的x%時(shí)的應(yīng)力,即從應(yīng)變軸x%處作斜率為E的直線。 29 (1)硬而脆型聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、酚醛樹(shù)脂等表現(xiàn)出硬而脆的拉伸行為。 (2)硬而強(qiáng)型此硬質(zhì)聚氯乙烯制品屬于這種類型。 (3)硬而韌型很多工程塑料如聚酰胺、聚碳酸酯等屬于這種材料。 (4)軟而韌型各種橡膠制品和增塑聚氯乙烯具有這種應(yīng)力應(yīng)變特征。 (5)軟而弱型一些聚合物軟凝膠和干酪狀材料具有這種特性。 2830識(shí)圖溫度依賴性環(huán)境溫度對(duì)高分子材料拉伸行為的影響十分顯著。 溫度升高,分子鏈段熱運(yùn)動(dòng)加劇,松弛過(guò)程加快,表現(xiàn)出材料模量和強(qiáng)度下降,伸長(zhǎng)率變大,應(yīng)力應(yīng)變曲線形狀發(fā)生很大變化。 力學(xué)依賴性發(fā)生強(qiáng)迫高彈形變,而必定發(fā)生脆性斷裂,這個(gè)溫度稱為脆化溫度Tb(脆-韌轉(zhuǎn)變溫度)。 31在溫度升高過(guò)程中,材料發(fā)生脆-韌轉(zhuǎn)變。 斷裂強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度隨溫度變化曲線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度稱脆-韌轉(zhuǎn)變溫度Tb。 32減慢拉伸速率與升高環(huán)境溫度對(duì)材料拉伸行為有相似的影響,這是時(shí)-溫等效原理在高分子力學(xué)行為中的體現(xiàn)。 即從試驗(yàn)速率到低試驗(yàn)速率獲得的應(yīng)力應(yīng)變曲線類型與試驗(yàn)溫度從低到高時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線類似。 與脆-韌轉(zhuǎn)變溫度相似,在一定溫度下,測(cè)不同拉伸速率下的屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度。 根據(jù)圖中兩曲線交點(diǎn),可以定義脆-韌轉(zhuǎn)變(拉伸)速率。 拉伸速率高于Tb時(shí),材料呈脆性斷裂特征;低于Tb時(shí),呈韌性斷裂特征。 34升高溫度使材料變韌,但其拉伸強(qiáng)度明顯下降。 升高環(huán)境壓力則在使材料變韌的同時(shí),強(qiáng)度也得到提高,材料變得強(qiáng)而韌。 這兩種不同的脆-韌轉(zhuǎn)變方式給我們以啟發(fā),告訴我們材料增韌改性并非一定要以存在一個(gè)特征溫度Tb,只要溫度低于Tb,玻璃態(tài)高聚物就不能犧牲強(qiáng)度為代價(jià)。 設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)姆椒ǎ陀锌赡茉谠鲰g的同時(shí),保持或提高材料的強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)既增韌又增強(qiáng)。 塑料的非彈性體增韌改性技術(shù)就是由此發(fā)展起來(lái)的。 35研究表明,鏈段松弛時(shí)間與外應(yīng)力之間有如下關(guān)系E=exp0RT?式中E是鏈段運(yùn)動(dòng)活化能,是材料常數(shù),0是未加應(yīng)力時(shí)鏈段運(yùn)動(dòng)松弛時(shí)間。 由上式可見(jiàn),越大,越小,降低了鏈段運(yùn)動(dòng)活化能。 當(dāng)應(yīng)力增加致使鏈段運(yùn)動(dòng)松弛時(shí)間減小到與外力作用時(shí)間同一數(shù)量級(jí)時(shí),就可能產(chǎn)生強(qiáng)迫高彈變形。 37屈服強(qiáng)度是材料在卸載后基本上不產(chǎn)生永久形變的最大應(yīng)力,超過(guò)屈服點(diǎn)材料便開(kāi)始屈服同時(shí)發(fā)生塑性形變。 屈服與銀紋化的產(chǎn)生都要消耗一定的能量,所以銀紋化亦可作為一種特殊的屈服。 38細(xì)頸:屈服時(shí),試樣出現(xiàn)的局部變細(xì)的現(xiàn)象。 41材料的理論強(qiáng)度,就是從理論角度而言材料所能受的最大應(yīng)力。 42拉伸強(qiáng)度t在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)溫度、濕度和實(shí)驗(yàn)速度下,在標(biāo)準(zhǔn)試樣上沿軸向施加拉伸載荷直至斷裂前試樣承受的最大載荷P與試樣橫截面的比值。 43壓縮強(qiáng)度如果向試樣施加的是單向壓縮載荷,則得到的是壓縮強(qiáng)度和壓縮模量。 在壓縮實(shí)驗(yàn)中由于壓縮彎曲易導(dǎo)致試樣損壞,所以一般采用較短的試樣來(lái)測(cè)定其壓縮強(qiáng)度。 與拉伸實(shí)驗(yàn)相比,壓縮實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)是對(duì)試樣的微小缺陷和表面裂紋不太敏感,所以常常相同聚合物的壓縮強(qiáng)度比拉伸強(qiáng)度高。 但是長(zhǎng)纖維增強(qiáng)塑料是一個(gè)例外。 多用于脆性材料,可顯示材料在拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲不能反映的塑性行為,借此研究脆性材料的屈服和塑性行為。 反映工程上接觸表面處承受多向壓縮的力學(xué)行為.很少反映塑性材料的力學(xué)行為,因?yàn)椴粩嗔选?44彎曲強(qiáng)度彎曲在實(shí)際應(yīng)用中也是常見(jiàn)的負(fù)載模式,彎曲強(qiáng)度是在規(guī)定實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試樣施加靜彎曲力矩,直到試樣斷裂為止。 彎曲試驗(yàn)采用簡(jiǎn)支梁法,把試樣支撐成橫梁,使其在跨度中心以恒定速度彎曲,直到試樣斷裂或變形達(dá)到預(yù)定值,以測(cè)定其彎曲性能。 45彎曲試驗(yàn)的作用反映材料承受彎曲載荷的能力.測(cè)定脆性、難加工材料的強(qiáng)度和塑性.反映表層質(zhì)量及表層組織成分,工藝優(yōu)劣塑性材料彎曲試驗(yàn)不能斷裂,僅能測(cè)屈服強(qiáng)度,斷裂強(qiáng)度不能測(cè)出?46剪切強(qiáng)度(f)可以通過(guò)對(duì)圓柱試樣施加扭荷來(lái)測(cè)定,試驗(yàn)中應(yīng)避免試樣的不規(guī)則形變,如膨脹和彎曲等,但由于大多數(shù)熱塑性聚合物材料的剛性較低,要控制其不規(guī)則形變比較困難,所以剪切強(qiáng)度大都是根據(jù)拉伸強(qiáng)度來(lái)確定,f=0.5t47硬度值的物理意義隨試驗(yàn)方法的不同,其含義不同。 硬度沒(méi)有統(tǒng)一的意義,各種硬度單位也不同,彼此間沒(méi)有固定的換算關(guān)系。 一般可以認(rèn)為,硬度是指材料表面上不大的體積內(nèi)抵抗變形或破裂的能力。 從這個(gè)意義來(lái)講,硬度的大小與材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量有關(guān),而硬度實(shí)驗(yàn)又不破壞材料且方法簡(jiǎn)單。 第五章1.沖擊強(qiáng)度沖擊強(qiáng)度是量度材料在高速?zèng)_擊下的韌性大小和抗斷裂能力的參數(shù),是標(biāo)準(zhǔn)試樣在沖擊斷裂時(shí)單位面積上所消耗的能量,是一種廣義的能量力,不是通常的斷裂應(yīng)力。 材料抗沖擊性能與其沖擊過(guò)程所消耗的能量有關(guān),所消耗的能量越大,韌性越好單位2/mJ2.韌性韌性是指材料在破壞前吸收外加能量的能力3.韌性與強(qiáng)度的關(guān)系韌性越好沖擊強(qiáng)度越大4.高分子材料抗沖擊強(qiáng)度是指標(biāo)準(zhǔn)試樣受高速?zèng)_擊作用斷裂時(shí),單位斷面面積(或單位缺口長(zhǎng)度)所消耗的能量。 它描述了高分子材料在高速?zèng)_擊作用下抵抗沖擊破壞的能力和材料的抗沖擊韌性,有重要工藝意義。 但它不是材料基本常數(shù),其量值與實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)5.沖擊強(qiáng)度不是材料的本征性能,與材料測(cè)試條件有關(guān)6.懸臂梁、簡(jiǎn)支梁沖擊韌性測(cè)試材料放置方式都是用重錘沖擊條狀試樣,所用儀器為擺錘沖擊儀,不同之處是試樣的規(guī)格和安裝方法,懸臂梁沖擊試驗(yàn)是將試樣垂直放置,一端固定,重錘沖擊另一自由端;簡(jiǎn)支梁沖擊試驗(yàn)是將試樣水平放置在支架上,試樣不需要夾住,免受夾壓振動(dòng)影響,然后用重錘沖擊7.抗沖擊強(qiáng)度測(cè)定方法高速拉伸試驗(yàn)落錘式?jīng)_擊試試驗(yàn)擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)(懸臂梁試驗(yàn)簡(jiǎn)支梁試驗(yàn))第六章疲勞和摩擦磨損是在動(dòng)態(tài)使用過(guò)程中材料出現(xiàn)的兩種破壞行為,直接關(guān)系到塑料和橡膠制品的耐久性和安全性。 疲勞破壞是指材料在低于其破壞強(qiáng)度的條件下,在承受周期性應(yīng)力(或應(yīng)變)過(guò)程中,材料表面或內(nèi)部產(chǎn)生微(細(xì))觀損傷,并逐步發(fā)展為宏觀裂紋直至斷裂的現(xiàn)象。 摩擦磨損是相互接觸的物體在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中,表層材料不斷損傷的過(guò)程,是由摩擦而產(chǎn)生的必然結(jié)果。 平均應(yīng)力最大應(yīng)力與最小值的平均值,用m表示。 應(yīng)力幅值應(yīng)力變化幅度的均值,用a表示循環(huán)特征(應(yīng)力比)最小應(yīng)力與最大應(yīng)力的比值,用r表示疲勞工程構(gòu)件在服役過(guò)程中,由于承受變動(dòng)載荷或反復(fù)承受應(yīng)力和應(yīng)變,即使所受的應(yīng)力低于斷裂強(qiáng)度或屈服強(qiáng)度,也會(huì)導(dǎo)致裂紋萌生和擴(kuò)展,以至構(gòu)件材料斷裂而失效,或使其力學(xué)性質(zhì)變壞,這一過(guò)程,或這一現(xiàn)象稱為疲勞。 疲勞是一個(gè)過(guò)程,疲勞破壞過(guò)程是材料內(nèi)部薄弱區(qū)域組織在變動(dòng)應(yīng)力作用下,逐漸發(fā)生變化和損傷累積、開(kāi)裂,當(dāng)裂紋擴(kuò)展達(dá)到一定程度后發(fā)生突然斷裂的過(guò)程,是一個(gè)從局部區(qū)域開(kāi)始的損傷累積,最終引起破壞的過(guò)程。 (疲勞破壞過(guò)程可以明顯地分成裂紋萌生、裂紋擴(kuò)展和最終斷裂三個(gè)部分)疲勞壽命:試樣在交變循環(huán)應(yīng)力或應(yīng)變作用下直至發(fā)生破壞前所經(jīng)受應(yīng)力或應(yīng)變的循環(huán)次數(shù),用N表示。 疲勞極限在疲勞試驗(yàn)中,應(yīng)力交變循環(huán)大至無(wú)限次而試樣仍不破損時(shí)的最大應(yīng)力叫疲勞極限。 (一個(gè)應(yīng)力值,當(dāng)應(yīng)力等于或低于這個(gè)值時(shí),材料可承受的周期數(shù)為無(wú)限大)許多塑料事實(shí)上并不存在疲勞極限,為此,特用循環(huán)次數(shù)達(dá)到107至108次而試樣尚有50%不破壞情況下的應(yīng)力表示疲勞極限疲勞斷裂的特點(diǎn)疲勞試驗(yàn)方法疲勞壽命曲線對(duì)試樣施加一個(gè)規(guī)定的交變載荷(),并且記錄下產(chǎn)生破壞所需的循環(huán)次數(shù)(疲勞壽命,N);對(duì)同樣尺寸的一組試樣施加不同交變載荷進(jìn)行試驗(yàn),得到一組點(diǎn)(每個(gè)值對(duì)應(yīng)一個(gè)N值),可繪制出-N曲線。 可以施加軸向載荷,扭荷或者彎曲載荷。 根據(jù)平均載荷和循環(huán)載荷的不同幅度,試樣中的合成應(yīng)力可能在整個(gè)載荷循環(huán)過(guò)程中在同一個(gè)方向,或者也可能在相反方向。 可得到拉壓拉疲勞曲線,脈動(dòng)疲勞曲線,扭轉(zhuǎn)疲勞曲線等,這些曲線統(tǒng)稱為-N曲線。 低循環(huán)疲勞區(qū),在很高的應(yīng)力下和很小的循環(huán)次數(shù)后,試件即發(fā)生斷裂。 高循環(huán)疲勞區(qū),在高循環(huán)疲勞區(qū),循環(huán)應(yīng)力低于彈性極限,疲勞壽命長(zhǎng),N105次循環(huán),且隨循環(huán)應(yīng)力降低而大大延長(zhǎng)。 無(wú)限壽命區(qū)或安全區(qū),試件在低于某一臨界值幅ac下,可以經(jīng)受無(wú)數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生斷裂,疲勞壽命趨于無(wú)限即aac,N=。 通常,材料的-N曲線有兩類,一類有水平線,可標(biāo)定出無(wú)限壽命的疲勞極限;另一類無(wú)水平線,可根據(jù)材料的使用要求標(biāo)定有限壽命N= 106、107和108下的條件疲勞極限在高循環(huán)疲勞區(qū),當(dāng)應(yīng)力比r-1時(shí),疲勞壽命與應(yīng)力幅間的關(guān)系可表示為N=A(a-ac)-2,A是與材料拉伸性能有關(guān)的常數(shù)。 可見(jiàn),材料的疲勞壽命與其拉伸性能有關(guān),并且受應(yīng)力和應(yīng)力幅大小的影響。 在非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力作用下,在給定應(yīng)力幅下,平均應(yīng)力升高,疲勞壽命縮短;對(duì)于給定的疲勞壽命,平均應(yīng)力升高,材料所能承受的應(yīng)力幅降低。 疲勞過(guò)程中,裂紋擴(kuò)展速度顯然與裂紋端部的應(yīng)力強(qiáng)度因子的變化有關(guān)。 應(yīng)力強(qiáng)度因子表征材料斷裂的重要參量,是表征外力作用下彈性物體裂紋尖端附近應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度的一個(gè)參量;實(shí)驗(yàn)表明:當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度因子達(dá)到一個(gè)臨界值時(shí),裂紋就失穩(wěn)擴(kuò)展而后導(dǎo)致斷裂。 摩擦兩個(gè)相互接觸的物體或物體與介質(zhì)之間在外力作用下,發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí),在接觸表面上所產(chǎn)生的阻礙作用稱為摩擦。 阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力即為摩擦力,表征摩擦的參數(shù)是摩擦系數(shù)。 磨損是在摩擦作用下物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),表面逐漸分離出磨屑從而不斷損傷的現(xiàn)象。 橡膠工業(yè)中的磨損稱為磨耗。 摩擦與磨損是一個(gè)過(guò)程的兩個(gè)方面:有摩擦必然導(dǎo)致磨損;產(chǎn)生了磨損,根源在于摩擦摩擦系數(shù)-摩擦的簡(jiǎn)單粘著理論摩擦系數(shù)(friction factor)是指兩表面間的摩擦力和作用在其接觸面上給予的正壓力之比值。 f=Ff/Fn式中,f為摩擦系數(shù),F(xiàn)為摩擦力,F(xiàn)n為正壓力。 -摩擦的簡(jiǎn)單粘著理論從原子和分子的角度來(lái)看,材料的表面不是完全平整的,而是微觀上不規(guī)則的。 因此,兩個(gè)表面之間的實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)小于接觸的表面積,整個(gè)法向力由表面上凹凸不平的頂端承受,在這些接觸面上的局部應(yīng)力是很大的,致使發(fā)生嚴(yán)重的形變。 每個(gè)凹凸不平的頂端被壓扁形成一個(gè)平面或幾乎平坦的區(qū)域。 在這個(gè)小范圍上,兩個(gè)表面之間存在緊密的原子接觸,并產(chǎn)生粘合現(xiàn)象(金屬的粘合通常為金屬鍵的作用,高分子材料的粘合主要是由于范德華力或氫鍵的作用),為了滑動(dòng),必須在粘合面上發(fā)生剪切,由此構(gòu)成了粘合摩擦。 磨損過(guò)程磨損是摩擦的直接結(jié)果,使材料損耗,工作精度,可靠性,一般是有害的,但工程上也有利用磨損作用的場(chǎng)合如精加工中的磨削與拋光、機(jī)器的跑合等。 在機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)中,磨損過(guò)程大致可分為以下三個(gè)階段A.跑合(磨合)階段由于機(jī)械加工的表面具有一定的不平度存在;運(yùn)轉(zhuǎn)初期,摩擦副的實(shí)際接觸面積較小,單位面積上的實(shí)際載荷較大,因此,磨損速度較快。 經(jīng)跑合后尖峰高度降低,峰頂半徑增大,實(shí)際接觸面積增加,磨損速度降低。 B.穩(wěn)定磨損階段機(jī)件以平穩(wěn)緩慢的速度磨損,這個(gè)階段的長(zhǎng)短就代表機(jī)件使用壽命的長(zhǎng)短。 該段的斜率就是磨損速率.實(shí)驗(yàn)室的磨損試驗(yàn)就是根據(jù)該段經(jīng)歷的時(shí)間、磨損速率或磨損量來(lái)評(píng)定材料耐磨性能的。 多數(shù)工件均在此階段服役,磨合的越好,該階段磨損速率就越低。 C.劇烈磨損階段經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定磨損后,由于摩擦副對(duì)偶表面間的間隙和表面形貌的改變以及表層的疲勞,其磨損率急劇增大,使機(jī)械效率下降、精度喪失、產(chǎn)生異常振動(dòng)和噪聲、摩擦副溫度迅速升高,最終導(dǎo)致摩擦副完全失效。 磨損現(xiàn)象的主要特征A兩物體接觸面進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生在摩擦表面的相互作用,包括機(jī)械的和分子的作用。 機(jī)械作用包括彈性變形、塑性變形和犁溝效應(yīng);分子作用是表面間的相互吸引和粘著兩種效應(yīng)。 B:磨損是具有時(shí)變特征的漸進(jìn)動(dòng)態(tài)過(guò)程,依次為表面的相互作用(機(jī)械的或分子的)表面層的變化(即力學(xué)性質(zhì)、組織結(jié)構(gòu)、物理和化學(xué)變化)表面層的破壞(即擦傷、點(diǎn)蝕、剝落等)三個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。 磨損分類及特點(diǎn)按環(huán)境和介質(zhì)可分為流體磨損;濕磨損;干磨損。 按表面接觸性質(zhì)可分為金屬-流體磨損;金屬-金屬磨損;金屬-磨料磨損。 目前比較常用的分類方法則是基于磨損的失效機(jī)制進(jìn)行分類,一般分為五類粘著磨損;磨料磨損;腐蝕磨損;微動(dòng)磨損;表面疲勞磨損(接觸疲勞)。 磨損類型并非固定不變,在不同的外部條件和材料具有不同特性情況下,損傷機(jī)制會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化,由一種損傷機(jī)制變成另一種損傷機(jī)制。 磨損的失效機(jī)制磨損機(jī)理根據(jù)摩擦面損傷和破壞的形式,一般概括起來(lái),聚合物的磨損機(jī)理主要有五種種,即粘著(轉(zhuǎn)移)磨損、磨粒磨損、疲勞磨損和化學(xué)磨損、微動(dòng)磨損A.粘著(轉(zhuǎn)移)磨損:在摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),由于接觸點(diǎn)之間的范德華引力及庫(kù)侖靜電引力(有時(shí)還有氫鍵力)的相互作用,使聚合物材料轉(zhuǎn)移到對(duì)偶面上去而引起的磨損叫粘著磨損,也叫咬合磨損或者擦傷B.磨粒磨損:由外界硬顆?;蛘邔?duì)偶表面上的硬突起物或粗糙峰,在摩擦過(guò)程中引起的摩擦表面破壞,能分離出磨屑或形成劃傷的過(guò)程。 在形貌圖上判斷磨料磨損的主要依據(jù)是劃痕,在這些劃痕中往往還有微切削痕跡存在;一些脆性材料上還會(huì)出現(xiàn)崩碎、顆粒。 C.疲勞磨損在周期性交變載荷的作用下,由于聚合物與對(duì)偶材料表面部分微凸體的相互作用,使界面接觸點(diǎn)(區(qū)域)發(fā)生局部變形和應(yīng)力集中,從而聚合物的表層和亞表層形成裂紋而導(dǎo)致聚合物損失或破壞的現(xiàn)象稱為聚合物的疲勞磨損。 交變應(yīng)力作用下,剛性微凸使材料表面發(fā)生多次壓縮、拉伸和剪切變形,當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到一定時(shí)產(chǎn)生疲勞裂紋,進(jìn)而擴(kuò)展形成磨屑。 疲勞磨損是一種常見(jiàn)的磨損形式,是低強(qiáng)度緩慢磨損。 第七章熱傳導(dǎo)的原因熱傳導(dǎo)就是指在宏觀靜態(tài)介質(zhì)中由于溫度分布的不均勻性而引起的一種能量傳遞方式。 熱傳導(dǎo)的微觀機(jī)制熱傳導(dǎo)的機(jī)制主要可分為三種自由電子的傳導(dǎo)、晶格振動(dòng)的傳導(dǎo)和分子的傳導(dǎo)。 為何金屬是良導(dǎo)體,高分子材料是熱的不良導(dǎo)體?對(duì)于金屬材料,由于有大量的自由電子存在,所以能迅速地實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞。 高分子材料呈遠(yuǎn)程無(wú)序結(jié)構(gòu),熱量的傳遞主要是由熱能激發(fā)的分子產(chǎn)生的振動(dòng)波激勵(lì)鄰近分子的形式傳遞的。 這種由分子向分子轉(zhuǎn)移熱量的方式,傳遞速率很慢,所以高分子材料的熱傳導(dǎo)率很低,是熱的不良導(dǎo)體。 熱膨脹特征表征溫度變化引起材料體積和線尺寸的變化,各向同性材料在各個(gè)方向上的膨脹率都是一樣的,對(duì)于各向異性固體,如果要表示其膨脹特征,需要2-3個(gè)線膨脹系數(shù)。 熱膨脹系數(shù)作為表征聚合物基本性質(zhì)的參數(shù)之一。 耐熱性短期長(zhǎng)期表征工業(yè)上通常用熱變形溫度來(lái)表示材料的短期耐熱性用溫度時(shí)間極限(熱壽命)表征聚合物長(zhǎng)期耐熱性怎樣得到溫度時(shí)間極限(熱壽命)曲線?固定性能(失效標(biāo)準(zhǔn)),考察溫度和時(shí)間的關(guān)系,即熱壽命曲線相對(duì)溫度指數(shù)溫度指數(shù)溫度指數(shù)(TI):這是指熱壽命圖上對(duì)應(yīng)于一定壽命(通常取20000小時(shí))的溫度值。 相對(duì)溫度指數(shù)(RTI):當(dāng)被測(cè)材料與溫度指數(shù)已知的參考材料承受相同的老化程序和診斷手段的比較試驗(yàn)時(shí),從已知TI所對(duì)應(yīng)的時(shí)間獲得的溫度。 (填空)聚合物的熱穩(wěn)定性是由它們的化學(xué)鍵和分子間鍵的強(qiáng)度(鍵能)以及分子結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)惰性所決定的。 半分解溫度聚合物在真空中加熱30min后質(zhì)量損失一半所需要的溫度。 老化分類內(nèi)老化,外老化,物理老化,化學(xué)老化燃燒概念可燃物與氧化劑之間的一種快速氧化反應(yīng)錐形量熱儀的氧消耗原理材料燃燒時(shí)消耗每一單位質(zhì)量的氧氣所釋放的熱量基本上是相同的。 融滴熔滴是提高聚合物阻燃性能必須考慮的方面之一,尤其是聚烯烴類聚合物如PP、PE,它是導(dǎo)致火焰蔓延的重要因素。 有限氧指數(shù)在規(guī)定條件下,試樣在氧、氮混合氣流中維持平穩(wěn)燃燒所需的最低氧濃度。 熱釋放速率:是指單位面積樣品釋放熱量的速率。 第八章電性能導(dǎo)電表面電阻率表面電阻率不僅與材料的性質(zhì)有關(guān),而且還和材料表面結(jié)構(gòu),形態(tài),組成等相關(guān)。 注意表面電阻率與表面電阻同量綱。 體積電阻率是描述材料電阻特性的主要參數(shù),僅與材料的屬性有關(guān)。 本征型導(dǎo)電高分子的結(jié)構(gòu)特征具有非常大的共軛電子體系。 正溫度效應(yīng)材料的電阻率能夠隨溫度的升高而升高的現(xiàn)象,或者描述為材料的電導(dǎo)率隨溫度的升高而下降的效應(yīng)。 負(fù)溫度效應(yīng)材料的電阻率能夠隨溫度的升高而下降的現(xiàn)象,或者描述為材料的電導(dǎo)率隨溫度的升高而升高的效應(yīng)。 離子型導(dǎo)電高分子材料固體離子導(dǎo)電的兩個(gè)先決條件是具有能定向移動(dòng)的離子和具有對(duì)離子溶合能力。 聚合物基體和金屬鹽構(gòu)成了聚合物電解質(zhì)。 高分子固體電介質(zhì)使用的下限溫度為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。 復(fù)合型導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電機(jī)理當(dāng)導(dǎo)電填料濃度較低時(shí),填料顆粒分散在聚合物中,互相接觸很少,故導(dǎo)電性很低。 隨著填料濃度增加,填料顆粒相互接觸機(jī)會(huì)增多,電導(dǎo)率逐步上升。 當(dāng)填料濃度達(dá)到某一臨界值時(shí),體系內(nèi)的填料顆粒相互接觸形成無(wú)限網(wǎng)鏈。 這個(gè)網(wǎng)鏈就像金屬網(wǎng)貫穿于聚合物中,形成導(dǎo)電通道,故電導(dǎo)率急劇上升,從而使聚合物變成了導(dǎo)體。 滲濾閾值電導(dǎo)率發(fā)生突變的導(dǎo)電填料濃度。 PTC效應(yīng)的應(yīng)用用以衡量材料的溫度敏感效應(yīng)。 極化與介電極化就是介質(zhì)內(nèi)質(zhì)點(diǎn)正負(fù)電荷重心分離,從而轉(zhuǎn)變成偶極子。 自由電荷和束縛電荷可以發(fā)生遠(yuǎn)程遷移的稱為自由電荷;僅能短距離遷移的電荷被稱為束縛電荷。 偶極子一個(gè)正點(diǎn)電荷和另一個(gè)符號(hào)相反的負(fù)點(diǎn)電荷由于某種原因而堅(jiān)固地互相束縛于不等于零的距離上,便構(gòu)成一個(gè)偶極子。 偶極矩正電(或負(fù)電)重心上的電荷的電量為q,正負(fù)
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