影響高聚物拉伸強(qiáng)度的因素

1、 高 分 子 物 理 課程團(tuán)隊(duì)：李彩虹 余旺旺 栗娟 蘇珺1. 聚合物結(jié)構(gòu)聚合物結(jié)構(gòu) （1）高分子鏈結(jié)構(gòu)）高分子鏈結(jié)構(gòu)a高分子材料強(qiáng)度上限取決于高分子材料強(qiáng)度上限取決于主鏈化學(xué)鍵力主鏈化學(xué)鍵力和和分子鏈間分子鏈間作用力作用力，增加極性或形成氫鍵可提高強(qiáng)度增加極性或形成氫鍵可提高強(qiáng)度。 HDPE t=21.638.2MPa PVC t= 49MPa 尼龍尼龍610 t= 58.8MPa（極性和氫鍵）（極性和氫鍵） u 值得指出的是：極性基團(tuán)密度過(guò)大或取代基過(guò)大，雖值得指出的是：極性基團(tuán)密度過(guò)大或取代基過(guò)大，雖然強(qiáng)度有所提高，但鏈運(yùn)動(dòng)受到阻礙，不能產(chǎn)生強(qiáng)迫高然強(qiáng)度有所提高，但鏈運(yùn)動(dòng)受到阻礙，不能產(chǎn)

2、生強(qiáng)迫高彈形變，呈脆性。彈形變，呈脆性。 影響高聚物拉伸強(qiáng)度的因素影響高聚物拉伸強(qiáng)度的因素 1 1、結(jié)構(gòu)因素、結(jié)構(gòu)因素 2 2、外在條件、外在條件b. 高分子鏈剛性高分子鏈剛性增加，強(qiáng)度增加，韌性下降增加，強(qiáng)度增加，韌性下降，故主，故主鏈或側(cè)基含有芳雜環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物強(qiáng)度和模量比鏈或側(cè)基含有芳雜環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物強(qiáng)度和模量比脂肪族主鏈要高。如脂肪族主鏈要高。如 PS：35.260MPa PE：24.5MPac. 支化支化：支化破壞了鏈的規(guī)整性使結(jié)晶度降低，還：支化破壞了鏈的規(guī)整性使結(jié)晶度降低，還增加了分子間距離分子間作用力減少，都使強(qiáng)度增加了分子間距離分子間作用力減少，都使強(qiáng)度下降。如下降。如 LD

3、PE： 715MPa HDPE： 2127MPad交聯(lián)：交聯(lián)：適當(dāng)適當(dāng)交聯(lián)交聯(lián)，總是提高聚合物的強(qiáng)度，但如果交聯(lián)，總是提高聚合物的強(qiáng)度，但如果交聯(lián)度太大，會(huì)使其脆性太大而失去應(yīng)用價(jià)值。度太大，會(huì)使其脆性太大而失去應(yīng)用價(jià)值。例如聚乙烯例如聚乙烯交聯(lián)后，強(qiáng)度提高一倍。橡膠交聯(lián)后，強(qiáng)度大幅度提高。交聯(lián)后，強(qiáng)度提高一倍。橡膠交聯(lián)后，強(qiáng)度大幅度提高。過(guò)度交聯(lián)會(huì)使材料變硬、脆，材料強(qiáng)度下降，限制了應(yīng)過(guò)度交聯(lián)會(huì)使材料變硬、脆，材料強(qiáng)度下降，限制了應(yīng)用。用。交聯(lián)劑當(dāng)量濃度交聯(lián)劑當(dāng)量濃度0.10.31.02.53.58.0 b100092068044028090斷裂強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度Pa6.471621.716.46

4、.784.6分子量是對(duì)高分子材料力學(xué)性能（包括強(qiáng)度、彈性、分子量是對(duì)高分子材料力學(xué)性能（包括強(qiáng)度、彈性、韌性）起決定性作用的結(jié)構(gòu)參數(shù)。韌性）起決定性作用的結(jié)構(gòu)參數(shù)。強(qiáng)強(qiáng)度度分子量分子量斷裂強(qiáng)度，ttMBAnu當(dāng)分子量很小時(shí)，強(qiáng)度隨著分子量增加而增加：此時(shí)當(dāng)分子量很小時(shí)，強(qiáng)度隨著分子量增加而增加：此時(shí)分子間作用力小于化學(xué)鍵分子間作用力小于化學(xué)鍵，破，破壞發(fā)生在分子間壞發(fā)生在分子間u當(dāng)分子量大到一定值，強(qiáng)度與分子量無(wú)關(guān)：此時(shí)當(dāng)分子量大到一定值，強(qiáng)度與分子量無(wú)關(guān)：此時(shí)分子間作用力大于化學(xué)鍵分子間作用力大于化學(xué)鍵，破壞發(fā)，破壞發(fā)生在化學(xué)鍵上生在化學(xué)鍵上e分子量分子量分子量分布：分布寬，尤其是存在低分子

5、量部分時(shí)，分子量分布：分布寬，尤其是存在低分子量部分時(shí)，此時(shí)這些低分子物相當(dāng)于增塑劑，因而強(qiáng)度此時(shí)這些低分子物相當(dāng)于增塑劑，因而強(qiáng)度 下降。下降。結(jié)晶度：結(jié)晶度：微晶與物理交聯(lián)相似，因而微晶與物理交聯(lián)相似，因而結(jié)晶度提高，結(jié)晶度提高，拉伸強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、彈性模量均提高，拉伸強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、彈性模量均提高，韌性下降韌性下降，以以PE為例。為例。聚乙烯強(qiáng)度與結(jié)晶度的關(guān)系聚乙烯強(qiáng)度與結(jié)晶度的關(guān)系結(jié)晶度（）結(jié)晶度（）657585斷裂強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度14.41825斷裂伸長(zhǎng)斷裂伸長(zhǎng)500300100結(jié)晶度對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響結(jié)晶度對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響（2）結(jié)晶和取向結(jié)晶和取向晶體尺寸：晶體尺寸：球晶尺寸球晶

6、尺寸（ m）抗拉強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度（N/m2）斷裂伸長(zhǎng)斷裂伸長(zhǎng)(%)1030050020225253012525小球晶：小球晶： t 、E、斷裂伸長(zhǎng)率、斷裂伸長(zhǎng)率、 i高高大球晶：下降大球晶：下降球晶大小對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響球晶大小對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響取向取向：可使材料強(qiáng)度提高幾倍幾十倍，對(duì)纖可使材料強(qiáng)度提高幾倍幾十倍，對(duì)纖維和薄膜，取向是提高性能必不可少的措施。維和薄膜，取向是提高性能必不可少的措施。原因：取向后分子沿外力的方向有序排列，斷裂時(shí)主原因：取向后分子沿外力的方向有序排列，斷裂時(shí)主價(jià)鍵比例增大，而使聚合物強(qiáng)度提高。價(jià)鍵比例增大，而使聚合物強(qiáng)度提高。注意：當(dāng)外力與取向方向平行，強(qiáng)度高，垂

7、直，強(qiáng)度注意：當(dāng)外力與取向方向平行，強(qiáng)度高，垂直，強(qiáng)度低低。v應(yīng)力集中物主要是指材料中的裂縫、空隙、缺口、銀紋應(yīng)力集中物主要是指材料中的裂縫、空隙、缺口、銀紋和雜質(zhì)。和雜質(zhì)。受力時(shí)，這些缺陷附近范圍應(yīng)力急劇增加受力時(shí)，這些缺陷附近范圍應(yīng)力急劇增加，可，可達(dá)平均應(yīng)力值幾十倍至幾百倍，導(dǎo)致材料破壞。達(dá)平均應(yīng)力值幾十倍至幾百倍，導(dǎo)致材料破壞。v產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：混煉不均，塑化不足，夾氣混煉不均，塑化不足，夾氣 混入雜質(zhì)混入雜質(zhì) 冷卻速度不同，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力冷卻速度不同，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力（4）增塑劑增塑劑v加入增塑劑，降低分子間作用力，加入增塑劑，降低分子間作用力，從而使材料的拉伸強(qiáng)從而使材料的拉伸強(qiáng)度下降，

8、沖擊強(qiáng)度升高度下降，沖擊強(qiáng)度升高。（3）應(yīng)力集中物應(yīng)力集中物（1）拉伸速度拉伸速度v拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度隨拉伸速度提高而提高拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度隨拉伸速度提高而提高。v原因：原因：高聚物作為一種粘彈性材料，其破壞過(guò)程是一高聚物作為一種粘彈性材料，其破壞過(guò)程是一個(gè)松弛過(guò)程。當(dāng)拉伸速度提高時(shí)，鏈段運(yùn)動(dòng)跟不上外個(gè)松弛過(guò)程。當(dāng)拉伸速度提高時(shí)，鏈段運(yùn)動(dòng)跟不上外力作用，力作用，為使材料屈服需要更大的外力，材料的屈服為使材料屈服需要更大的外力，材料的屈服強(qiáng)度提高強(qiáng)度提高。v拉伸時(shí)，如果破壞發(fā)生在分子間，當(dāng)拉伸速度提高時(shí)，拉伸時(shí)，如果破壞發(fā)生在分子間，當(dāng)拉伸速度提高時(shí)，鏈段運(yùn)動(dòng)跟不上外力作用，鏈段運(yùn)動(dòng)跟不上外力作用，為使材料破壞需要更大的為使材料破壞需要更大的外力，材料的拉伸斷裂強(qiáng)度提高。外力，材料的拉伸斷裂強(qiáng)度提高。2外界條件外界條件（2）溫度溫度v當(dāng)時(shí)間一定時(shí)，當(dāng)時(shí)間一定時(shí)，升高溫度，鏈段活動(dòng)容易，屈服應(yīng)升高溫度，鏈段活動(dòng)容易，屈服應(yīng)力降低，屈服強(qiáng)度低力降低，屈服強(qiáng)度低。相反降低溫度會(huì)使材料的鏈。相反降低溫度會(huì)使材料的鏈段運(yùn)動(dòng)能力降低，材料在更高的外力下發(fā)生脆性斷段運(yùn)動(dòng)能力降低，材料在更高的外力下發(fā)生脆性斷裂。裂。Conclution：隨溫度的降低或拉伸速率的提高，隨溫度的降低或拉伸速率的提高， t 、 y、 E增大，增大， i、斷裂伸長(zhǎng)率減少，聚合物的破、斷裂伸長(zhǎng)率減少，聚合物的破壞方式由韌