高分子材料的物理化學性質課件

高分子材料的物理化學性質高分子材料的物理化學性質1（一）彈性模量

應變：材料在受外力作用而不產生慣性移動時，物體相應外力所產生的形變?yōu)閼儭?/p>

應力：材料宏觀變形時，其內部產生與外力相抗衡的力，稱為應力。一、高分子材料的力學性能（一）彈性模量應變：材料在受外力作用而不產生慣性移動時，2A0l0lDlAFF材料受力方式主要有以下三種基本類型：簡單拉伸A0l0lDlAFF材料受力方式主要有以下三種基本類型：簡3簡單剪切A0FF形狀改變而體積不變簡單剪切A0FF形狀改變而體積不變4均勻壓縮A0體積改變而形狀不變均勻壓縮A0體積改變而形狀不變5

是指在彈性形變范圍內單位應變所需應力的大小。是材料剛性的一種表征。分別對應于以上三種材料受力和形變的基本類型的模量如下：

拉伸模量（楊氏模量）E：E=/

剪切模量（剛性模量）G：G=s/

體積模量（本體模量）B：B=p/V彈性模量是指在彈性形變范圍內單位應變所需應力的大小。6硬度：是衡量材料表面承受外界壓力能力的一種指標。 硬度的大小與材料的拉伸強度和彈性模量有關。強度：是衡量材料抵抗外力破壞的能力，是指在一定條件下材料所能承受的最大應力。（二）硬度和強度硬度：是衡量材料表面承受外界壓力能力的一種指標。強度：是7厚度d寬度bP

試樣斷裂前所受的最大負荷P與試樣橫截面積之比為抗張強度t：t=P/b?

d1、拉伸強度衡量材料抵抗拉伸破壞的能力，也稱拉伸強度。厚度d寬度bP試樣斷裂前所受的最大負荷P與試樣橫截8Pdbl0/2l0/2抗彎強度測定試驗示意圖2、抗彎強度也稱撓曲強度或彎曲強度。設試驗過程中最大的負荷為P，則抗彎強度f為：f=1.5Pl0/bd2Pdbl0/2l0/2抗彎強度測定試驗示意圖2、抗彎強度93、沖擊強度（i）沖擊強度也稱抗沖強度,定義為試樣受沖擊負荷時單位截面積所吸收的能量。是衡量材料韌性的一種指標。沖擊頭，以一定速度對試樣實施沖擊Pbl0/2l0/2d3、沖擊強度（i）沖擊頭，以一定速度對試樣實施沖擊Pbl010（1）聚合物自身的結構：主鏈中引入芳雜環(huán)，可增加鏈的剛性，分子鏈易于取向，強度增加；適度交聯，有利于強度的提高。（2）結晶和取向：結晶和取向可使分子鏈規(guī)整排列，增加強度，但結晶度過高，可導致抗沖強度和斷裂伸長率降低，使材料變脆。（3）分子量：在一定范圍內分子量增加，強度增加。（4）應力集中：若材料中存在某些缺陷，受力時，缺陷附近局部范圍內的應力會急劇增加，稱為應力集中。應力集中首先使其附近的高分子鏈斷裂和相對位移，然后應力再向其它部位傳遞。4、聚合物強度的影響因素（1）聚合物自身的結構：主鏈中引入芳雜環(huán)，可增加鏈的剛性，分11（5）惰性填料：有時為了降低成本，在聚合物中加入一些只起稀釋作用的惰性填料，如在聚合物中加入粉狀碳酸鈣。惰性填料往往使聚合物材料的強度降低。（6）增塑：增塑劑的加入可使材料強度降低，只適于對彈性、韌性的要求遠甚于強度的軟塑料制品。（7）外界因素：溫度、外力作用速度和作用時間對強度都有影響。（5）惰性填料：有時為了降低成本，在聚合物中加入一些只起稀釋12高聚物力學性質隨時間而變化的現象稱為力學松弛或粘彈現象粘彈性分類靜態(tài)粘彈性動態(tài)粘彈性蠕變、應力松弛滯后、內耗（三）粘彈性高聚物力學性質隨時間而變化的現象稱為力學松弛或粘彈現象粘彈性13e1e2+e3e1e2e3t2t1te應用：蠕變影響了材料的尺寸穩(wěn)定性。例如，精密的機械零件必須采用蠕變小的工程塑料制造；相反聚四氟乙烯的蠕變性很大，利用這一特點可以用作很好的密封材料（即用于密封水管接口等的“生料帶”）1、蠕變

在恒溫下施加較小的恒定外力時，材料的形變隨時間而逐漸增大的力學松弛現象。如掛東西的塑料繩慢慢變長。去外力e1e2+e3e1e2e3t2t1te應用：蠕變影響了材料的14

2、應力松弛所謂應力松弛，就是在固定的溫度和形變下，聚合物內部的應力隨時間增加而逐漸衰減的現象。例如橡膠松緊帶開始使用時感覺比較緊，用過一段時間后越來越松。也就是說，實現同樣的形變量，所需的力越來越少。應力松弛同樣也有重要的實際意義。成型過程中總離不開應力，在固化成制品的過程中應力來不及完全松弛，或多或少會被凍結在制品內。這種殘存的內應力在制品的存放和使用過程中會慢慢發(fā)生松弛，從而引起制品翹曲、變形甚至應力開裂。消除的辦法是退火或溶脹（如纖維熱定形時吹入水蒸汽）以加速應力松弛過程。2、應力松弛應力松弛同樣也有重要的實際意義。153.滯后現象

當外力不是靜力，而是交變力（即應力大小呈周期性變化）時，應力和應變的關系就會呈現出滯后現象。所謂滯后現象，是指應變隨時間的變化一直跟不上應力隨時間的變化的現象。例如，自行車行駛時橡膠輪胎的某一部分一會兒著地，一會兒離地，因而受到的是一個交變力（圖7-58）。在這個交變力作用下，輪胎的形變也是一會兒大一會兒小的變化。形變總是落后于應力的變化，這種滯后現象的發(fā)生是由于鏈段在運動時要受到內摩擦力的作用。當外力變化時，鏈段的運動跟不上外力的變化，所以落后于應力，有一個相位差δ。相位差越大，說明鏈段運動越困難。3.滯后現象當外力不是靜力，而是交變力（即應力大小呈164.內耗輪胎在高速行使相當長時間后，立即檢查內層溫度，為什么達到燙手的程度？高聚物受到交變力作用時會產生滯后現象，上一次受到外力后發(fā)生形變在外力去除后還來不及恢復，下一次應力又施加了，以致總有部分彈性儲能沒有釋放出來。這樣不斷循環(huán)，那些未釋放的彈性儲能都被消耗在體系的自摩擦上，并轉化成熱量放出。這種由于力學滯后而使機械功轉換成熱的現象，稱為內耗。4.內耗輪胎在高速行使相當長時間后，立即檢查內層溫度，為什么17相關應用對于作輪胎的橡膠，則希望它有最小的力學損耗才好對于作為防震材料，要求在常溫附近有較大的力學損耗（吸收振動能并轉化為熱能）對于隔音材料和吸音材料，要求在音頻范圍內有較大的力學損耗（當然也不能內耗太大，否則發(fā)熱過多，材料易于熱態(tài)化）相關應用18二、高分子材料的其他性能（一）滲透性及透氣性高分子材料通過擴散和吸收過程，使氣體或液體透過一個表面?zhèn)鬟f到另一表面滲出、從濃度高的一側擴散到濃度低的一側，這種現象稱為滲透性。

影響滲透性的主要因素：溫度、極性、分子大小、鏈的柔性等。二、高分子材料的其他性能（一）滲透性及透氣性高分子材料通19

高聚物的透氣性能應用

高聚物透氣性能的應用透氣性能越大越好包裝薄膜透氣性能越小越好輪胎氣球真空包裝氣墊船橡皮水壩橡皮水壩選擇性滲透海水淡化污水處理富氧氣體物料分離

高聚物的透氣性能應用

高聚物透氣性能的應用20（二）膠粘性膠粘性：粘合行為及被粘合行為粘合過程：

第一階段：液體膠黏劑分子借助于布朗運動向被粘物表面擴散，使兩者的急性基團或鏈節(jié)相互靠近；第二階段是吸附力的產生，當膠黏劑與被粘物兩處分子間距離達到