高分子物理-高分子的力學(xué)性能

高分子物理----高分子的力學(xué)性能第一頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第1頁(yè)，共73頁(yè)。引言

高聚物作為材料使用時(shí)，總是要求高聚物具有必要的力學(xué)性能，可以說(shuō)，對(duì)于其大部分應(yīng)用而言，力學(xué)性能比高聚物的其他物理性能顯得更為重要。第二頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第2頁(yè)，共73頁(yè)。引言

隨著高分子材料的大量應(yīng)用，人們迫切需要了解和掌握聚合物的力學(xué)性質(zhì)的一般規(guī)律和特點(diǎn)及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，以恰當(dāng)選擇所需要的高分子材料，正確地控制加工的條件以獲得所需的力學(xué)性能，并合理使用。第三頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第3頁(yè)，共73頁(yè)。引言

高分子材料具有所有已知材料中可變性范圍最寬的力學(xué)性質(zhì)，包括從液體、軟橡膠態(tài)到剛性固體。然而，與金屬材料相比，高分子材料對(duì)溫度和時(shí)間的依賴型要強(qiáng)烈得多，表現(xiàn)為高分子材料的粘彈性。高分子材料的這種力學(xué)行為顯得復(fù)雜而有趣，為不同的應(yīng)用提供了廣闊的選擇余地。第四頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第4頁(yè)，共73頁(yè)。

內(nèi)容提要

1.

玻璃態(tài)和結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

2.

高彈態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

3.

聚合物的力學(xué)松弛－粘彈性第五頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第5頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

一、描述力學(xué)性質(zhì)的基本物理量

1.應(yīng)力與應(yīng)變

（1）應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上的附加內(nèi)力，其值與單位面積上所受的外力相等。

（2）應(yīng)變：當(dāng)材料受到外力時(shí)，其幾何形狀和尺寸將發(fā)生變化，這種變化稱為應(yīng)變。

第六頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第6頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)根據(jù)材料受力的方式，將各向同性材料分為三類：

a.

拉伸應(yīng)力和拉伸應(yīng)變

b.

剪切應(yīng)力和剪切應(yīng)變

c.

圍壓力和壓縮應(yīng)變

第七頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第7頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

2.彈性模量

對(duì)于理想的彈性固體，應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系服從虎克定律：彈性模量=應(yīng)力/應(yīng)變

上述三種類型的彈性模量相應(yīng)地為：

（1）楊氏模量：E=σ/ε

（2）剪切模量：G=σs/γ

（3）體積模量：B=P×V0/ΔV第八頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第8頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

3.機(jī)械強(qiáng)度

機(jī)械強(qiáng)度是材料力學(xué)性能的重要指標(biāo)，它是指材料抵抗外力破壞的能力。機(jī)械強(qiáng)度的測(cè)試是參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和本國(guó)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。第九頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第9頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

二、幾種常用力學(xué)性能的指標(biāo)

1.拉伸強(qiáng)度

拉伸強(qiáng)度是在規(guī)定的試驗(yàn)溫度、濕度和試驗(yàn)速度下，在標(biāo)準(zhǔn)試樣上沿軸向施加拉伸載荷，直到試樣被拉斷為止。第十頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第10頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)第十一頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第11頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

彎曲強(qiáng)度是在規(guī)定試驗(yàn)條件下，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試樣施力。靜彎曲力矩直到試樣折斷為止。

2.彎曲強(qiáng)度（撓曲強(qiáng)度）第十二頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第12頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

沖擊強(qiáng)度是衡量材料韌性的一種強(qiáng)度指標(biāo)，表征材料抵抗沖擊載荷破壞的能力。通常定義為試樣受沖擊載荷而折斷時(shí)單位載面積所吸收的能量。

3.沖擊強(qiáng)度第十三頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第13頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)第十四頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第14頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

硬度是衡量材料表面抵抗機(jī)械壓力的能力的一種指標(biāo)。常見(jiàn)的硬度有布氏、洛氏、和邵氏等名稱，通常布氏硬度最為常見(jiàn)。

4.硬度

第十五頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第15頁(yè)，共73頁(yè)。

三、屈服現(xiàn)象

1.應(yīng)力與應(yīng)變曲線圖7－9

玻璃態(tài)和結(jié)晶態(tài)高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)第十六頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第16頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

（1）

B點(diǎn)以前是彈性部分，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，去除應(yīng)力，材料可恢復(fù)原樣，不產(chǎn)生永久形變，由直線的斜率可求出材料的彈性模量。

第十七頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第17頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

（2）B點(diǎn)以后，材料呈現(xiàn)塑性行為，去除應(yīng)力，材料無(wú)法復(fù)原，留有永久形變。B點(diǎn)為屈服點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為屈服應(yīng)力或屈服強(qiáng)度。

第十八頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第18頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

屈服點(diǎn)之后，應(yīng)力有所下降，在較小的負(fù)荷下即可產(chǎn)生形變，稱為應(yīng)變軟化。之后應(yīng)力幾乎不變的情況下應(yīng)變有很大程度的增加，最后應(yīng)力又隨應(yīng)變迅速增加，直到材料斷裂。

第十九頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第19頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

四、幾類高聚物的拉伸行為

1.玻璃態(tài)高聚物的拉伸第二十頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第20頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

（1）當(dāng)T<<Tg是，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，最后應(yīng)變不到10%就發(fā)生斷裂的（曲線①），稱為脆性斷裂。

第二十一頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第21頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)（2）當(dāng)溫度稍升高些，但仍在Tg以下，曲線②上出現(xiàn)了一個(gè)屈服點(diǎn)B，過(guò)了B點(diǎn)，應(yīng)力反而下降，試樣應(yīng)變?cè)龃?，繼續(xù)拉伸，試樣將發(fā)生斷裂，總的應(yīng)變不超過(guò)20%，稱為韌性斷裂。

第二十二頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第22頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)（3）當(dāng)溫度升高到Tg以下幾十度范圍內(nèi)，如曲線③，過(guò)了屈服點(diǎn)后，應(yīng)力先降后升，應(yīng)變?cè)龃蠛芏?，直到C點(diǎn)斷裂，C點(diǎn)的應(yīng)力稱為斷裂應(yīng)力，對(duì)應(yīng)的應(yīng)變稱為斷裂伸長(zhǎng)率ε。

第二十三頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第23頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

（4）當(dāng)溫度升至Tg以上，試樣進(jìn)入高彈態(tài)，在應(yīng)力不大時(shí)，就可發(fā)生高彈形變，如曲線④，無(wú)屈服點(diǎn)，而呈現(xiàn)一段較長(zhǎng)的平臺(tái)，直到試樣斷裂前，曲線又出現(xiàn)急劇的上升。

第二十四頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第24頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

2.結(jié)晶態(tài)高聚物的拉伸第二十五頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第25頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

（1）應(yīng)力隨應(yīng)變線性增加，試樣被均勻的拉長(zhǎng)，伸長(zhǎng)率可達(dá)百分之幾到十幾。

第二十六頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第26頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

（2）到B點(diǎn)后，被拉伸的試樣出現(xiàn)一個(gè)或幾個(gè)“細(xì)頸”，細(xì)頸部長(zhǎng)不斷擴(kuò)展，直到整個(gè)試樣完全細(xì)變?yōu)橹?，在這個(gè)階段，應(yīng)力變化不大，而應(yīng)變?cè)黾臃群艽蟆?/p>

第二十七頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第27頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

（3）變?yōu)榧?xì)頸的試樣重新被均勻拉伸，直到出現(xiàn)斷裂。第二十八頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第28頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)比較玻璃態(tài)高聚物的拉伸與結(jié)晶態(tài)高聚物的拉伸相同點(diǎn)與區(qū)別

（1）相同點(diǎn)：兩種拉伸過(guò)程都經(jīng)歷彈性變形，屈服（“成頸”），發(fā)展大形變，應(yīng)變硬化。斷裂前的大形變?cè)谑覝貢r(shí)都不能自發(fā)恢復(fù)，加熱后才能恢復(fù)原狀態(tài)。第二十九頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第29頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

（2）不相同點(diǎn)：①冷拉溫度范圍不同a.

玻璃態(tài)高聚物拉伸溫度區(qū)間是：Tb－Tgb.

結(jié)晶態(tài)高聚物拉伸溫度區(qū)間是：Tg－Tm第三十頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第30頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)②本質(zhì)差別a.

玻璃態(tài)高聚物只發(fā)生分子鏈的取向，不發(fā)生相變

b.

結(jié)晶態(tài)高聚物發(fā)生結(jié)晶的破壞，取向，再結(jié)晶。

第三十一頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第31頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

五、高聚物的強(qiáng)度與破壞

1.脆性斷裂與韌性斷裂

（1）應(yīng)力-應(yīng)變曲線：如果材料只發(fā)生普彈形變，在屈服之前就發(fā)生斷裂，則這種斷裂為脆性斷裂；如果材料發(fā)生屈服或高彈形變后才斷裂，則為韌性斷裂。第三十二頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第32頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

（2）斷裂能量：以沖擊強(qiáng)度為2KJ/M2作為臨界指標(biāo)。一般刻痕試樣的沖擊強(qiáng)度小于這一數(shù)值為脆性斷裂，大于這一數(shù)值時(shí)為韌性斷裂。但這一指標(biāo)并不是絕對(duì)的，例如玻璃纖維增強(qiáng)的聚酯塑料，甚至在脆性破壞時(shí)也有很高的沖擊強(qiáng)度。第三十三頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第33頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

2.

高聚物的理論強(qiáng)度

從分子結(jié)構(gòu)的角度來(lái)看，高聚物的斷裂要破壞分子內(nèi)的化學(xué)鍵，分子間的范德華力與氫鍵。第三十四頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第34頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)第三十五頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第35頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

3.影響聚合物實(shí)際強(qiáng)度的因素

影響聚合物實(shí)際強(qiáng)度的因素是比較多，也比較復(fù)雜，但總的來(lái)說(shuō)可分為兩類：

1.

與材料本身有關(guān)：聚合物的結(jié)構(gòu)、分子量及其分布、支化與交聯(lián)、結(jié)晶與取向、增塑與共混等；

2.

與外界條件有關(guān)：溫度與濕度、氧化與老化、光照等；第三十六頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第36頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

（1）

高聚物的結(jié)構(gòu)極性聚合物比非極性聚合物有更大的分子間作用力，因此在高分子鏈上引入極性基團(tuán)將使材料的強(qiáng)度提高。

（a）極性和氫鍵第三十七頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第37頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)例如：PE的拉伸強(qiáng)度15-16MPa，而PVC的拉伸強(qiáng)度為50MPa。但是，從材料的韌性考慮，如果極性基團(tuán)過(guò)密或取代基體積過(guò)大，不利于分子運(yùn)動(dòng)，雖然能使強(qiáng)度增大，但可能導(dǎo)致材料變脆。第三十八頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第38頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

在高分子主鏈或側(cè)基上引入剛性基團(tuán)，將使材料的模量升高，因此這類材料通常有較高的拉伸與彎曲強(qiáng)度，但沖擊強(qiáng)度有所下降。

（b）鏈的剛性第三十九頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第39頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

隨著支化度的增加，使分子間距增加，分子間作用力下降，因此材料的拉伸強(qiáng)度下降，但沖擊強(qiáng)度增加。

（3）支化

第四十頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第40頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

適度的交聯(lián)可有效增加分子鏈間的聯(lián)系，使分子不易發(fā)生相對(duì)滑移。隨著交聯(lián)度的增加，往往不易發(fā)生大的形變，強(qiáng)度增大。例如：PE交聯(lián)后，拉伸強(qiáng)度可提高一倍，沖擊強(qiáng)度可提高3-4倍。

（4）交聯(lián)第四十一頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第41頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

分子量低時(shí)，拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度都低，隨著分子量的增加，二者都會(huì)提高。但當(dāng)分子量超過(guò)一定的數(shù)值后，拉伸強(qiáng)度的變化就不大了，而沖擊強(qiáng)度則繼續(xù)增大。

（5）分子量第四十二頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第42頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

隨著結(jié)晶度的增加，拉伸強(qiáng)度也會(huì)增加，但如果結(jié)晶度過(guò)大，就會(huì)使沖擊強(qiáng)度下降，導(dǎo)致材料變脆。

（5）結(jié)晶與取向

取向可使材料的強(qiáng)度大幅度提高，在合成纖維、薄膜、板材的生產(chǎn)中，常利用取向來(lái)提高強(qiáng)度。第四十三頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第43頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

（2）材料缺陷

一般認(rèn)為高分子材料的實(shí)際強(qiáng)度與理論強(qiáng)度的巨大差距主要起因于材料內(nèi)部的應(yīng)力分布不均勻，在材料的缺陷部分的應(yīng)力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)應(yīng)力的平均值，造成應(yīng)力集中現(xiàn)象。第四十四頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第44頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)缺陷就是應(yīng)力集中物，如裂縫，空隙，銀紋，缺口，雜質(zhì)等。材料的破壞就是從這些弱點(diǎn)開(kāi)始。各種材料缺陷存在在聚合物成型加工中是相當(dāng)普通。第四十五頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第45頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

（3）添加劑增塑劑的加入對(duì)聚合物起了稀釋作用，使分子間相互作用力減弱，因而會(huì)使材料的拉伸強(qiáng)度下降，沖擊強(qiáng)度提高。

（a）增塑劑第四十六頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第46頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

固體填料和聚合物是不相容的，因此在聚合物中加入填料將形成多相復(fù)合材料。加入填料的目的是：

（2）填料（粉狀、纖維狀）

①通過(guò)加入廉價(jià)填料以降低成本，這類填料一般只起稀釋作用，稱為惰性填料，它將使材料的強(qiáng)度降低。

第四十七頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第47頁(yè)，共73頁(yè)。7.1玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)②提高材料的強(qiáng)度，這類填料稱為活性填料，這時(shí)不把降低成本作為追求目標(biāo)。復(fù)合材料的強(qiáng)度同填料本身的強(qiáng)度有關(guān)，也與填料與聚合物的親和程度有關(guān)。第四十八頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第48頁(yè)，共73頁(yè)。7.2高彈態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

一、橡膠的使用溫度范圍

高彈態(tài)是高聚物特有的一種力學(xué)狀態(tài)，由于橡膠的應(yīng)用日益廣泛，對(duì)其性能提出了越來(lái)越多的要求，其中擴(kuò)大使用溫度范圍就是一個(gè)重要方面。第四十九頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第49頁(yè)，共73頁(yè)。7.2高彈態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

1.

改善其高溫耐老化性能，提高耐熱性；

2.

另一方面則需設(shè)法降低其Tg，改善其耐寒性。第五十頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第50頁(yè)，共73頁(yè)。7.2高彈態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

1.改善高溫耐老化性能，提高耐熱性

橡膠經(jīng)過(guò)硫化后，具有交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其耐熱性按說(shuō)應(yīng)是很好的，但實(shí)際上，無(wú)論天然橡膠還是合成橡膠，在高溫下很快會(huì)發(fā)生臭氧龜裂、氧化裂解、交聯(lián)以及其他因素的破壞，很少能在120℃以上長(zhǎng)期使用。

第五十一頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第51頁(yè)，共73頁(yè)。7.2高彈態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

例如：硫化天然橡膠在102℃經(jīng)8小時(shí)后，扯斷強(qiáng)度損失25%，丁腈橡膠在121℃以上浸入燃料油中，很快就會(huì)出現(xiàn)表面龜裂。因此為了提高橡膠的耐熱性，必須從改變橡膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)和選擇合適的配方來(lái)解決。

第五十二頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第52頁(yè)，共73頁(yè)。7.2高彈態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

2.降低Tg，避免結(jié)晶，改善耐寒性

Tg是橡膠類高聚物使用的最低溫度，耐寒性差的原因是由于在低溫下橡膠會(huì)發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變或發(fā)生結(jié)晶，從而導(dǎo)致橡膠變硬變脆而喪失彈性。

第五十三頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第53頁(yè)，共73頁(yè)。7.2高彈態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

（1）增塑法

加入增塑劑可降低聚合物的Tg和提高耐寒性，如：氯丁膠Tg=-45℃，用癸二酸二丁酯（Tg=-80℃）增塑，使Tg降至-62℃，因此增塑效應(yīng)不僅取決于增塑劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)和濃度，而且還與增塑劑本身的Tg有關(guān)，增塑劑的Tg愈低，則增塑后的聚合物的Tg也愈低。第五十四頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第54頁(yè)，共73頁(yè)。7.2高彈態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

加入增塑劑雖然可以降低Tg，但它也使分子鏈的活動(dòng)性增加，這為形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了有利條件，因此選用增塑法來(lái)降低Tg必須考慮結(jié)晶速度增大和結(jié)晶形成的可能性。

第五十五頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第55頁(yè)，共73頁(yè)。7.2高彈態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

（2）共聚法

共聚法也能降低聚合物的Tg，如：PS的主鏈上帶有體積龐大的苯基，聚丙烯腈有強(qiáng)極性腈基存在，Tg都在室溫以上，只能作為塑料和纖維使用，如果用丁二烯分別與苯乙烯和丙烯腈共聚可得丁苯橡膠和丁腈橡膠，使Tg下降。例如：丁苯30，Tg=-53℃，丁腈26，Tg=-42℃。第五十六頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第56頁(yè)，共73頁(yè)。7.2高彈態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

二、橡膠的主要特點(diǎn)

橡膠的彈性形變?yōu)楦邚椥巫?，其形變量很大，可達(dá)100~1000%，彈性模量小，一般為105~107Pa；而普彈形變（如塑料），其形變量較小，為0.01~0.1%，但彈性模量大，可達(dá)1010~1011Pa。

1.彈性模量很小，而形變量很大第五十七頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第57頁(yè)，共73頁(yè)。7.2高彈態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)橡膠受到外力壓縮成拉伸時(shí)，形變總是隨時(shí)間而發(fā)展，最后達(dá)到最大形變

這種現(xiàn)象成為蠕變。

2.形變需要時(shí)間第五十八頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第58頁(yè)，共73頁(yè)。7.2高彈態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

拉緊的橡皮帶會(huì)逐漸變松，這種應(yīng)力隨時(shí)間而下降或消失的現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛。蠕變和應(yīng)力松弛統(tǒng)稱為力學(xué)松弛。第五十九頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第59頁(yè)，共73頁(yè)。7.2高彈態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)

橡膠在拉長(zhǎng)或回縮時(shí)會(huì)放熱或吸熱，這種現(xiàn)象稱為熱彈效應(yīng)。

3.形變時(shí)有熱效應(yīng)第六十頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第60頁(yè)，共73頁(yè)。7.3聚合物的力學(xué)松弛

材料在外力作用下要產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)—應(yīng)變。理想的彈性體服從虎克定律：F=kx，在外力作用下，平衡形變瞬間完成，與時(shí)間無(wú)關(guān)；而理想的粘性體，在外力作用下，形變隨時(shí)間變化。

第六十一頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第61頁(yè)，共73頁(yè)。7.3聚合物的力學(xué)松弛

高分子材料的形變性質(zhì)也與時(shí)間有關(guān)，它介于理想彈性體和理想粘性體之間，因此，高分子材料常被稱為粘彈性材料。

第六十二頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第62頁(yè)，共73頁(yè)。7.3聚合物的力學(xué)松弛高分子材料的力學(xué)性質(zhì)隨時(shí)間的變化稱為力學(xué)松弛。常觀察的力學(xué)松弛現(xiàn)象有蠕變，應(yīng)力松弛，滯后和力學(xué)損耗等。

第六十三頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第63頁(yè)，共73頁(yè)。7.3聚合物的力學(xué)松弛

蠕變是指在一定溫度和較小的恒定外力（拉力，壓力或扭力等）作用下，材料的形變隨時(shí)間的增加而逐漸增大的現(xiàn)象。

1.蠕變第六十四頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第64頁(yè)，共73頁(yè)。7.3聚合物的力學(xué)松弛

蠕變與溫度高低和外力大小有關(guān):第六十五頁(yè)，編輯于星期日：五點(diǎn)四十四分。第65頁(yè)，共73頁(yè)。7.3聚合物的力學(xué)松弛

（1）當(dāng)溫度低，外力較小，蠕變也很小而且很慢，在短時(shí)間不易覺(jué)察。

（2）