高分子材料性能與評(píng)價(jià)

1、高分子材料性能與評(píng)價(jià)高分子材料性能與評(píng)價(jià)中石化北京燕山分公司駱獻(xiàn)輝，2014年6月目目 錄錄第一章第一章 高分子基礎(chǔ)知識(shí)高分子基礎(chǔ)知識(shí)第二章第二章 高分子材料高分子材料的的力學(xué)性能力學(xué)性能第三章第三章 高分子材料高分子材料的化學(xué)分析的化學(xué)分析方法方法第四章第四章 高分子溶液高分子溶液第一章第一章高分子基礎(chǔ)知識(shí)高分子基礎(chǔ)知識(shí)高分子概念高分子概念 高分子高分子 分子質(zhì)量分子質(zhì)量1 1萬(wàn)以上的有機(jī)化合物稱為高分子材料。它萬(wàn)以上的有機(jī)化合物稱為高分子材料。它是由許多小分子聚合而成，故又稱為聚合物或高聚物。是由許多小分子聚合而成，故又稱為聚合物或高聚物。 原子之間由共價(jià)鍵結(jié)合，稱為主價(jià)鍵；原子之間由共價(jià)

2、鍵結(jié)合，稱為主價(jià)鍵； 分子之間由分子之間由范德華鍵范德華鍵連接，稱為次價(jià)鍵。連接，稱為次價(jià)鍵。 由于分子太大，分子間由于分子太大，分子間次價(jià)鍵力之和遠(yuǎn)超過(guò)分子中原子間主價(jià)鍵次價(jià)鍵力之和遠(yuǎn)超過(guò)分子中原子間主價(jià)鍵的的結(jié)合力結(jié)合力。拉伸時(shí)常常先發(fā)生原子鍵的。拉伸時(shí)常常先發(fā)生原子鍵的斷裂，而斷裂，而不是分子鏈之間的滑不是分子鏈之間的滑脫。脫。 聚合物聚合物 聚合物聚合物的小分子化合物稱為單體，組成聚合物長(zhǎng)鏈的的小分子化合物稱為單體，組成聚合物長(zhǎng)鏈的基本基本結(jié)構(gòu)單元?jiǎng)t稱為鏈節(jié)。結(jié)構(gòu)單元?jiǎng)t稱為鏈節(jié)。 聚合物聚合物長(zhǎng)鏈的重復(fù)鏈節(jié)數(shù)目，稱為聚合度。長(zhǎng)鏈的重復(fù)鏈節(jié)數(shù)目，稱為聚合度。 天然的聚合物有天然的聚合物有

3、 木材、橡膠、棉花、絲、毛發(fā)和角等。木材、橡膠、棉花、絲、毛發(fā)和角等。 人工人工合成聚合物有塑料、合成纖維、合成橡膠等。合成聚合物有塑料、合成纖維、合成橡膠等。5聚合物聚合物的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) 長(zhǎng)支鏈 短支鏈 線型交聯(lián)分子鏈 三維交聯(lián)分子鏈高分子高分子發(fā)展史發(fā)展史15世紀(jì) 美洲瑪雅人用天然橡膠做容器，雨具等生活用品。1839年 美國(guó)人古德伊爾(Charles Goodyear)發(fā)現(xiàn)天然橡膠與硫磺共熱后明顯地改變了性能，使它從硬度較低、遇熱發(fā)粘軟化、遇冷發(fā)脆斷裂的不實(shí)用的性質(zhì)，變?yōu)楦挥袕椥浴⒖伤苄缘牟牧稀?869年 美國(guó)的海厄特(John Wesley Hyatt，1837-1920)把硝化纖

4、維、樟腦和乙醇的混合物在高壓下共熱，制造出了第一種人工合成塑料“賽璐珞”(cellulose)。 1887年 Count Hilaire de Chardonnet用硝化纖維素的溶液進(jìn)行紡絲，制得了人造絲。1909年 美國(guó)人貝克蘭 (Leo Baekeland)用苯酚與甲醛反應(yīng)制造出第一種完全人工合成的塑料-酚醛樹酯。1920年施陶丁格 (Hermann Staudinger)發(fā)表了“關(guān)于聚合反應(yīng)” 的論文提出：高分子物質(zhì)是由具有相同化學(xué)結(jié)構(gòu)的單體經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)(聚合)，通過(guò)化學(xué)鍵連接在一起的大分子化合物，高分子或聚合物一詞即源于此。 1932年施陶丁格又總結(jié)了自己的大分子理論，出版了劃時(shí)代的巨

5、著高分子有機(jī)化合物，成為高分子化學(xué)作為一門新興學(xué)科建立的標(biāo)志。1926年 瑞典化學(xué)家斯維德貝格等人用超離心機(jī)測(cè)量出蛋白質(zhì)的分子量：證明高分子的分子量的確是從幾萬(wàn)到幾百萬(wàn)。 1926年 美國(guó)化學(xué)家 Waldo Semon合成了聚氯乙烯（PVC），并于1927年實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。 1930年 聚苯乙烯(PS)發(fā)明。 1935年 美國(guó)杜邦公司（Du pont)卡羅瑟斯 (Wallace H. Carothers，合成出聚酰胺-66，即尼龍-66。 1930年 德國(guó)人用金屬鈉作為催化劑，用丁二烯合成出丁鈉橡膠和丁苯橡膠。 1940年 英國(guó)人溫費(fèi)爾德 (T.R.Whinfield，1901-1966)合

6、成出聚酯纖維(PET)。 1950s 德國(guó)人齊格勒(Karl Ziegler)與意大利人納塔(Giulio Natta)分別用金屬絡(luò)合催化劑合成了聚乙烯（PE）與聚丙烯（PP）。 1955年 美國(guó)人利用齊格勒-納塔（Ziegler Natta)催化劑聚合異戊二烯，首次用人工方法合成了結(jié)構(gòu)與天然橡膠基本一樣的合成天然橡膠異戊橡膠。齊格勒齊格勒納塔納塔1971年 Stephanie Kwolek 發(fā)明可耐300高溫的Kevlar。12 金屬材料金屬材料 無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料 高分子材料高分子材料 復(fù)合材料復(fù)合材料材料分類材料分類131.塑料塑料熱固性塑料熱固性塑料(酚醛、脲醛等酚醛、脲醛等

7、)熱塑性塑料熱塑性塑料(PE,PP,PVC,PS,PMMA等等) 塑料的彈性模量介于橡膠和纖維之間，約塑料的彈性模量介于橡膠和纖維之間，約107108Pa；受力形變可達(dá)百分之幾至幾百。；受力形變可達(dá)百分之幾至幾百。 142.橡膠：橡膠：天然橡膠天然橡膠(聚異戊二烯聚異戊二烯)合成橡膠合成橡膠( 順丁順丁,丁苯丁苯,丁腈丁腈,氯丁橡膠氯丁橡膠)室溫彈性高；形變大（可達(dá)室溫彈性高；形變大（可達(dá)1000%1000%），外力去除后，能迅速恢復(fù)原狀；彈性模量小，），外力去除后，能迅速恢復(fù)原狀；彈性模量小，約約10105 510104 4PaPa。153.纖維纖維聚酯纖維聚酯纖維(滌綸，如滌綸，如PET)

8、聚酰胺纖維（如尼龍，錦綸）聚酰胺纖維（如尼龍，錦綸）腈綸腈綸(PAN)丙綸丙綸(PP)維綸（維綸（PVA）彈性模量較大，約彈性模量較大，約1091010Pa。形變小，機(jī)械性能隨溫度變化不大形變小，機(jī)械性能隨溫度變化不大 高分子高分子的的分子量分子量平均分子量平均分子量的概念的概念 數(shù)均分子量數(shù)均分子量MnMn：體系總重量為分子總數(shù)所平均：體系總重量為分子總數(shù)所平均 重均分子量重均分子量Mw: Mw: 各分子量分子的重量分?jǐn)?shù)與其相應(yīng)的分各分子量分子的重量分?jǐn)?shù)與其相應(yīng)的分 子量的乘積的總和。子量的乘積的總和。 MnMn對(duì)低分子敏感，對(duì)低分子敏感，MwMw對(duì)高分子敏感對(duì)高分子敏感 粘均分子量粘均分子

9、量M ：=K( M ) ，可通過(guò)高分子溶液可通過(guò)高分子溶液的特性粘數(shù)的特性粘數(shù)測(cè)定。測(cè)定。 Z Z均分子量均分子量MzMz：按：按Z Z量統(tǒng)計(jì)平均，沒(méi)有具體的物理意義。量統(tǒng)計(jì)平均，沒(méi)有具體的物理意義。對(duì)單一純物質(zhì)：對(duì)單一純物質(zhì)： 對(duì)高聚物：對(duì)高聚物：三大材料中橡膠分子量最大三大材料中橡膠分子量最大高分子的力學(xué)三態(tài)（三態(tài)兩轉(zhuǎn)變）e eTTgTf玻璃態(tài)玻璃態(tài)高彈態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)粘流態(tài)粘流態(tài)粘流態(tài)TgTfET玻璃態(tài)玻璃態(tài)高彈態(tài)高彈態(tài)1. 玻璃態(tài)玻璃態(tài)：溫度：溫度低，低，鏈段被鏈段被“凍結(jié)凍結(jié)” ，只有小運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)。，只有小運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)。質(zhì)硬而脆，質(zhì)硬而脆，類似玻璃類似玻璃。受受力后，力后，形變形

10、變(e e)很很小小，彈性模量彈性模量(E)高高，外力去除形變恢復(fù)，外力去除形變恢復(fù)，普彈性普彈性。2. 玻璃化轉(zhuǎn)變玻璃化轉(zhuǎn)變Tg 玻璃態(tài)到高彈態(tài)的轉(zhuǎn)變玻璃態(tài)到高彈態(tài)的轉(zhuǎn)變 ，鏈段的運(yùn)動(dòng)被激發(fā)，形變?cè)黾?，模量下降。，鏈段的運(yùn)動(dòng)被激發(fā)，形變?cè)黾樱Ａ肯陆怠?. 高彈態(tài)（橡膠高彈態(tài)（橡膠-彈性平臺(tái)區(qū)）彈性平臺(tái)區(qū)）：當(dāng)：當(dāng)T Tg，鏈段運(yùn)動(dòng)，鏈段運(yùn)動(dòng), 受力后形變很大，模量低，外力去受力后形變很大，模量低，外力去除后形變恢復(fù)（可逆形變），聚合物表現(xiàn)出橡膠行為，呈現(xiàn)高彈性。高彈態(tài)是聚合物特除后形變恢復(fù)（可逆形變），聚合物表現(xiàn)出橡膠行為，呈現(xiàn)高彈性。高彈態(tài)是聚合物特有的力學(xué)狀態(tài)。高彈形變是鏈段運(yùn)動(dòng)使高分

11、子鏈發(fā)生伸展或卷曲運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)。有的力學(xué)狀態(tài)。高彈形變是鏈段運(yùn)動(dòng)使高分子鏈發(fā)生伸展或卷曲運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)。4. 粘彈轉(zhuǎn)變粘彈轉(zhuǎn)變Tf ：鏈段熱運(yùn)動(dòng)劇烈導(dǎo)致大分子的重心發(fā)生位移，聚合物呈現(xiàn)流動(dòng)性，模量：鏈段熱運(yùn)動(dòng)劇烈導(dǎo)致大分子的重心發(fā)生位移，聚合物呈現(xiàn)流動(dòng)性，模量再次下降。對(duì)應(yīng)溫度為再次下降。對(duì)應(yīng)溫度為Tf5. 粘流態(tài)粘流態(tài)：TTf，分子鏈運(yùn)動(dòng)，形變大且無(wú)法回復(fù)，模量低，與小分子液體類似。，分子鏈運(yùn)動(dòng)，形變大且無(wú)法回復(fù)，模量低，與小分子液體類似。TgTg是表征聚合物性能的一個(gè)重要指標(biāo)，是表征聚合物性能的一個(gè)重要指標(biāo)，塑料的最高使用溫度和塑料的最高使用溫度和橡膠的最低使用溫度。橡膠的最低使用溫度。

12、從分子運(yùn)動(dòng)的角度看，它是鏈段開始從分子運(yùn)動(dòng)的角度看，它是鏈段開始“凍結(jié)凍結(jié)”的溫度，因此的溫度，因此凡是凡是使鏈的柔性增加，使分子間作用力降低的結(jié)構(gòu)因素均導(dǎo)致使鏈的柔性增加，使分子間作用力降低的結(jié)構(gòu)因素均導(dǎo)致TgTg下降下降；凡是凡是導(dǎo)致鏈段的活動(dòng)能力下降的因素均使導(dǎo)致鏈段的活動(dòng)能力下降的因素均使TgTg升高升高。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及其影響因素玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及其影響因素 （1 1） 主鏈結(jié)構(gòu)（主鏈的柔順性）主鏈結(jié)構(gòu)（主鏈的柔順性）： 飽和主鏈飽和主鏈1.1.化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響：化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響：CH2OnSiOnCH3CH3CH2CH2n硅橡膠硅橡膠Tg = -123 聚甲醛聚甲醛Tg = -83 PE

13、 PE Tg=-68 主鏈上有芳環(huán)、芳雜環(huán)：主鏈上有芳環(huán)、芳雜環(huán)：OCOCOCH3CH3nOCH3CH3n聚碳酸酯（聚碳酸酯（PC）Tg=150Tg=150聚苯醚聚苯醚( (PPO）Tg=220Tg=220 主鏈上有孤立雙鍵時(shí)：主鏈上有孤立雙鍵時(shí)：CH2CHCHCH2nCH2CHCHCH2CCHH2yxCH2CHCH2nCCH3Tg=-105Tg=-105（順式）（順式）Tg=-83(Tg=-83(反式）反式）Tg=-73Tg=-73（順式）（順式）Tg=-60(Tg=-60(反式）反式）Tg=-61Tg=-61（2 2）取代基結(jié)構(gòu)：）取代基結(jié)構(gòu)：CH2CHFnCH2CHClnCH2CHCH3

14、nPP Tg=-20 PP Tg=-20 Tg=40 Tg=40 Tg=87 Tg=87 CH2CHCH3CH2CHn PE Tg=-68 PE Tg=-68 PP Tg=-20 PP Tg=-20 PS Tg=100 PS Tg=100 CH2CHH極性極性位阻位阻對(duì)稱性對(duì)稱性由于對(duì)稱性使極性部分相互抵消，柔性增加，由于對(duì)稱性使極性部分相互抵消，柔性增加， Tg Tg 下降。下降。PVC Tg=87PVC Tg=87C C聚偏二氯乙烯聚偏二氯乙烯PVDC Tg= -19PVDC Tg= -19C CPP Tg= -10PP Tg= -10C C聚異丁烯聚異丁烯 PIB Tg= -70PIB

15、Tg= -70C C CH2CCH3nCH3CH2CHCH3nCH2HCClnCH2CClnCl對(duì)稱性好對(duì)稱性好 TgTg小小(3)(3)構(gòu)型構(gòu)型順式順式Tg Tg 反式反式TgTg Poly(1,4-butadiene)Cis-Cis-順式順式, , T Tg g= -102= -102C C Trans-Trans-反式反式, , T Tg g= -48= -48C C nggMKTT)(T Tg g( ( ) ) 臨界分子量臨界分子量M Mc c時(shí)聚合物的時(shí)聚合物的T Tg gMMMMMMc c, T, Tg g與與M M無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)分子量低的聚合物有更多的鏈末端分子量低的聚合物有更多的鏈末

16、端鏈末端比鏈中間部分有較大的自由體積鏈末端比鏈中間部分有較大的自由體積(4)(4)分子量分子量柔性柔性T Tg g(5) (5) 鏈間相互作用鏈間相互作用 極性極性： PP PP T Tg g=-18=-18C C PVC PVC T Tg g=87=87C C PAN PAN T Tg g=103=103C C氫鍵：氫鍵： 分子間氫鍵可使分子間氫鍵可使TgTg顯著提高。顯著提高。 聚辛二酸丁二酯聚辛二酸丁二酯 PA66PA66（分子間氫鍵）（分子間氫鍵） OCH2OCO2CH24CONHCH26CH24CONHCOTg= -70 Tg= -70 Tg= 50 Tg= 50 金屬離子：金屬離子

17、：聚合物合成中加入金屬離子形成含離子聚合物可使其聚合物合成中加入金屬離子形成含離子聚合物可使其TgTg大幅度上升。大幅度上升。 聚丙烯酸聚丙烯酸 Tg 106Tg 106 聚丙烯酸鈉聚丙烯酸鈉 Tg 280Tg 280 聚丙烯酸銅聚丙烯酸銅Tg 500Tg 500(6)(6)支化、交聯(lián)、結(jié)晶的影響支化、交聯(lián)、結(jié)晶的影響支化的影響支化的影響支化對(duì)支化對(duì)TgTg的影響來(lái)自于兩種方面的綜合作用：的影響來(lái)自于兩種方面的綜合作用：l（1 1）鏈末端數(shù)目增加鏈末端數(shù)目增加, ,有較大自由體積導(dǎo)致鏈段的活動(dòng)性有較大自由體積導(dǎo)致鏈段的活動(dòng)性增加；增加；l（2 2）支化點(diǎn)的形成使得鏈段的運(yùn)動(dòng)受阻；支化點(diǎn)的形成使

18、得鏈段的運(yùn)動(dòng)受阻； 一般來(lái)說(shuō)一般來(lái)說(shuō)，鏈末端對(duì)玻璃化溫度的影響要大于支化點(diǎn)的，鏈末端對(duì)玻璃化溫度的影響要大于支化點(diǎn)的影響，因此綜合作用的結(jié)果是影響，因此綜合作用的結(jié)果是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨支化度增加玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨支化度增加而下降。而下降。因?yàn)榻Y(jié)晶聚合物中含有非結(jié)晶部分，因此仍有玻璃化因?yàn)榻Y(jié)晶聚合物中含有非結(jié)晶部分，因此仍有玻璃化溫度，但是由于微晶的存在，使非晶部分鏈段的活動(dòng)溫度，但是由于微晶的存在，使非晶部分鏈段的活動(dòng)能力受到牽制，一般結(jié)晶聚合物的能力受到牽制，一般結(jié)晶聚合物的TgTg要高于非晶態(tài)同要高于非晶態(tài)同種聚合物的種聚合物的TgTg。 例如：例如：PETPET（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯），對(duì)

19、于無(wú)定形（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯），對(duì)于無(wú)定形PETPET的的TgTg6969，而結(jié)晶，而結(jié)晶PETPET的的TgTg81(81(結(jié)晶度結(jié)晶度50%)50%)，隨結(jié)晶度的增加，隨結(jié)晶度的增加TgTg也增加也增加. .結(jié)晶結(jié)晶100100結(jié)晶結(jié)晶, , 無(wú)非晶區(qū)無(wú)非晶區(qū), , 沒(méi)有玻璃化轉(zhuǎn)變沒(méi)有玻璃化轉(zhuǎn)變TgTgx x=Tg+ K=Tg+ Kx x 單位體積的交聯(lián)密度單位體積的交聯(lián)密度KxKx特征常數(shù)特征常數(shù)TgTg未交聯(lián)物未交聯(lián)物TgTg交聯(lián)物的交聯(lián)物的Tg Tg 與交聯(lián)的關(guān)系：與交聯(lián)的關(guān)系：當(dāng)分子間存在化學(xué)交聯(lián)時(shí)，鏈段活動(dòng)能力下降，當(dāng)分子間存在化學(xué)交聯(lián)時(shí)，鏈段活動(dòng)能力下降，Tg升高。升高。交聯(lián)

20、點(diǎn)密度愈高，交聯(lián)點(diǎn)密度愈高，Tg增加愈甚。增加愈甚。交聯(lián)交聯(lián) 一般增塑劑分子與高分子具有較強(qiáng)的親和力，會(huì)使鏈分子一般增塑劑分子與高分子具有較強(qiáng)的親和力，會(huì)使鏈分子間作用減弱間作用減弱 ( (屏蔽效應(yīng)屏蔽效應(yīng)) ) ，同時(shí)，增塑劑分子小，活動(dòng)能，同時(shí)，增塑劑分子小，活動(dòng)能力強(qiáng)，可提供鏈段運(yùn)動(dòng)的空間，因此力強(qiáng)，可提供鏈段運(yùn)動(dòng)的空間，因此TgTg下降，同時(shí)流動(dòng)溫下降，同時(shí)流動(dòng)溫度度T Tf f也會(huì)降低，因而加入增塑劑后可以降低成型溫度，并也會(huì)降低，因而加入增塑劑后可以降低成型溫度，并可改善制品的耐寒性?？筛纳浦破返哪秃?。例如：例如：純聚氯乙烯的純聚氯乙烯的TgTg7878，室溫下為硬塑性，可制成板

21、材，但加入，室溫下為硬塑性，可制成板材，但加入202040% 40% DOPDOP（鄰苯二甲酸二辛酯）之后，（鄰苯二甲酸二辛酯）之后，TgTg可降至可降至-30-30，室溫下呈高彈態(tài)。，室溫下呈高彈態(tài)。(7)(7)增塑劑或稀釋劑的影響增塑劑或稀釋劑的影響(8)(8)共聚的共聚的影響（內(nèi)增塑）影響（內(nèi)增塑）共聚：共聚物的共聚：共聚物的TgTg通常是介于均聚物的通常是介于均聚物的TgTg 之間，并與之間，并與共聚方法共聚方法共聚單體性質(zhì)共聚單體性質(zhì)單體的配比單體的配比有關(guān)。有關(guān)。1ABABWWTgTgTg無(wú)規(guī)共聚物無(wú)規(guī)共聚物TgTg與單體組分的關(guān)系：與單體組分的關(guān)系： 分別為共聚物分別為共聚物A,

22、B A,B 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 分別為均聚物分別為均聚物A,BA,B的的Tg Tg ,WWBA,TgTgBA例如：苯乙烯例如：苯乙烯( (聚苯乙烯的聚苯乙烯的 Tg Tg 100)100)與丁二烯共聚后，由于在主鏈中與丁二烯共聚后，由于在主鏈中引入了柔性較大的丁二烯鏈，所以引入了柔性較大的丁二烯鏈，所以 Tg 下降。如果由于與第二組分共聚而下降。如果由于與第二組分共聚而使使TgTg下降，稱之為下降，稱之為“內(nèi)增塑作用內(nèi)增塑作用”因此可以通過(guò)共聚來(lái)調(diào)節(jié)因此可以通過(guò)共聚來(lái)調(diào)節(jié)T Tg g第二章第二章高分子材料的力學(xué)性能高分子材料的力學(xué)性能 高分子材料具有所有已知材料中高分子材料具有所有已知材料中

23、可變性范圍最寬可變性范圍最寬的力學(xué)性質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)，包括從液體、軟橡膠態(tài)到剛性固體。然，包括從液體、軟橡膠態(tài)到剛性固體。然而，與金屬材料相比，而，與金屬材料相比，高分子材料對(duì)溫度和時(shí)間的依高分子材料對(duì)溫度和時(shí)間的依賴型要強(qiáng)烈得多賴型要強(qiáng)烈得多，表現(xiàn)為高分子材料的粘彈性。高分，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)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。用提供了廣闊的選擇余地。微觀結(jié)構(gòu)不同微觀結(jié)構(gòu)不同微觀結(jié)構(gòu)相同而凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)不同微觀結(jié)構(gòu)相同而凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)不同微觀結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)都相同微觀結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)都相同可有不同的宏觀物性可有不

24、同的宏觀物性可有不同的宏觀物性可有不同的宏觀物性可有不同的宏觀物性可有不同的宏觀物性分分 子子 運(yùn)運(yùn) 動(dòng)動(dòng) 的的 不不 同同結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)宏觀物性宏觀物性強(qiáng)度強(qiáng)度形變形變流動(dòng)流動(dòng).分子運(yùn)動(dòng)分子運(yùn)動(dòng)分子運(yùn)動(dòng)與宏觀物性分子運(yùn)動(dòng)與宏觀物性39力學(xué)性能力學(xué)性能：彈性、塑性、硬度、韌度、強(qiáng)度：彈性、塑性、硬度、韌度、強(qiáng)度耐環(huán)境性能耐環(huán)境性能：耐腐蝕性、老化、抗輻照性：耐腐蝕性、老化、抗輻照性性能劃分性能劃分物理性能物理性能：熱學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)、光學(xué)：熱學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)、光學(xué)性能性能的劃分的劃分40力學(xué)性能：力學(xué)性能：材料在外加載荷作用下或載荷與環(huán)境聯(lián)合作用下所表現(xiàn)的行為材料在外

25、加載荷作用下或載荷與環(huán)境聯(lián)合作用下所表現(xiàn)的行為變形和斷裂。即材料抵抗外載引起變形和斷裂的能力。變形和斷裂。即材料抵抗外載引起變形和斷裂的能力。力學(xué)性能表征力學(xué)性能表征材料軟硬程度材料軟硬程度變形能力變形能力彈性、塑性彈性、塑性材料脆性材料脆性硬度硬度韌性韌性材料抵抗外力能力材料抵抗外力能力強(qiáng)度強(qiáng)度4142力學(xué)性能：高分子材料抵抗變形和斷裂的能力力學(xué)性能：高分子材料抵抗變形和斷裂的能力彈性彈性: :材料在外力作用下保持和恢復(fù)固有形狀和尺寸的能力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是材料在外力作用下發(fā)生不可逆的永久變形的能力強(qiáng)度

26、強(qiáng)度: :是材料對(duì)變形和斷裂的抗力是材料對(duì)變形和斷裂的抗力 壽命壽命: :是指材料在外力的長(zhǎng)期或重復(fù)作用下抵抗損傷和失效是指材料在外力的長(zhǎng)期或重復(fù)作用下抵抗損傷和失效 的能力的能力失效：失效：材料在載荷與環(huán)境作用下服役，無(wú)法抵抗變形和斷裂，材料在載荷與環(huán)境作用下服役，無(wú)法抵抗變形和斷裂，失去其預(yù)定的效能而損壞。失去其預(yù)定的效能而損壞。 常見(jiàn)的三大失效形式：常見(jiàn)的三大失效形式：磨損、腐蝕、斷裂磨損、腐蝕、斷裂 1. 玻璃態(tài)和結(jié)晶態(tài)玻璃態(tài)和結(jié)晶態(tài)聚合物（塑料）的聚合物（塑料）的力學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì) 2. 高彈態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)高彈態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì) 3. 聚合物的力學(xué)松弛粘彈性聚合物的力學(xué)松弛粘彈性

27、1 玻璃態(tài)玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì) 一、一、 描述力學(xué)性質(zhì)的基本物理量描述力學(xué)性質(zhì)的基本物理量 1. 應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力與應(yīng)變 （1）應(yīng)力：）應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上的附加內(nèi)力，其值與單位面單位面積上的附加內(nèi)力，其值與單位面積上所受的外力相等。積上所受的外力相等。 （2）應(yīng)變：）應(yīng)變：當(dāng)材料受到外力時(shí)，其幾何形狀和尺寸當(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。將發(fā)生變化，這種變化稱為應(yīng)變。 1 玻璃態(tài)玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)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：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)

28、力和拉伸應(yīng)變拉伸應(yīng)力和拉伸應(yīng)變 b. 剪切應(yīng)力和剪切應(yīng)變剪切應(yīng)力和剪切應(yīng)變 c. 圍壓力圍壓力和壓縮應(yīng)變和壓縮應(yīng)變 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)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：律：彈性模量彈性模量= =應(yīng)力應(yīng)力/ /應(yīng)變應(yīng)變 上述三種類型的彈性模量相應(yīng)地為：上述三種類型的彈性模量相應(yīng)地為： （1）楊氏模量：楊氏模量：E=/ （2）剪切模量：剪切模量：G=s/ （3）體積模量：體積模量：B=PV0/V 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì) 3. 機(jī)

29、械強(qiáng)度機(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。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。標(biāo)準(zhǔn)和本國(guó)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì) 二、二、 幾種常用力學(xué)性能的指標(biāo)幾種常用力學(xué)性能的指標(biāo) 1. 拉伸強(qiáng)度拉伸強(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。 拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度=最大力最大力/（試樣寬度（試樣寬度試樣厚度）試樣厚度）mm1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)玻璃態(tài)與結(jié)晶

30、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。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靜彎曲力矩直到試樣折斷為止 。 2. 彎曲強(qiáng)度（撓曲強(qiáng)度）彎曲強(qiáng)度（撓曲強(qiáng)度） 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì) 沖擊強(qiáng)度是衡量材料沖擊強(qiáng)度是衡量材料韌性韌性的一種強(qiáng)度指標(biāo)，表征材料抵的一種強(qiáng)度指標(biāo)，表征材料抵抗沖擊載荷破壞的能力。通?？箾_擊載荷破壞的能力。通常定義為試樣受沖擊載荷而折斷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。時(shí)單位載面積所吸收的能量。 3. 沖擊強(qiáng)度沖擊強(qiáng)度 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)玻璃態(tài)與

31、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)的硬度有指標(biāo)。常見(jiàn)的硬度有布氏、洛氏、和邵氏布氏、洛氏、和邵氏等名稱，通等名稱，通常布氏硬度最為常見(jiàn)。常布氏硬度最為常見(jiàn)。 4. 硬度硬度 三、三、 屈服現(xiàn)象屈服現(xiàn)象 1. 應(yīng)力與應(yīng)變曲線應(yīng)力與應(yīng)變曲線 玻璃態(tài)和結(jié)晶態(tài)高聚物的應(yīng)力玻璃態(tài)和結(jié)晶態(tài)高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)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，點(diǎn)以前是彈性部分，應(yīng)力與應(yīng)變成正比應(yīng)力與應(yīng)變成正比

32、，去，去除應(yīng)力，材料可恢復(fù)原樣，不產(chǎn)生永久形變，由直線除應(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。的斜率可求出材料的彈性模量。 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)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。料無(wú)法復(fù)原，留有永久形變。B點(diǎn)為屈服點(diǎn)點(diǎn)為屈服點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為應(yīng)力稱為屈服應(yīng)力或屈服強(qiáng)度屈服應(yīng)力或屈服強(qiáng)度。 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)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，屈服點(diǎn)之后，應(yīng)力有所下降應(yīng)力有所下降，在較小的負(fù)荷下即可產(chǎn)生形，在

33、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。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。 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì) 四、四、幾類高聚物的拉伸行為幾類高聚物的拉伸行為 1. 玻璃態(tài)高聚物的拉伸玻璃態(tài)高聚物的拉伸 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì) （1）當(dāng)當(dāng)TTg是，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，最后應(yīng)變是，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，最后應(yīng)變不到不到10%就發(fā)生斷裂的（就發(fā)生斷裂的（曲線曲線），稱為），稱為

34、脆性斷裂脆性斷裂。 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)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，但仍在當(dāng)溫度稍升高些，但仍在Tg以下，以下，曲線曲線上出現(xiàn)了一上出現(xiàn)了一個(gè)屈服點(diǎn)個(gè)屈服點(diǎn)B，過(guò)了，過(guò)了B點(diǎn)，應(yīng)力反而下降，試樣應(yīng)變?cè)龃螅^續(xù)拉點(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)伸，試樣將發(fā)生斷裂，總的應(yīng)變不超過(guò)20%，稱為，稱為韌性斷裂。韌性斷裂。 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì) （3）當(dāng)溫度升高到當(dāng)溫度升高到Tg以下幾十度范圍內(nèi)，如以下幾十度范圍內(nèi)，如曲線曲線，過(guò)，過(guò)了屈服點(diǎn)后，應(yīng)力先降后升，應(yīng)變?cè)龃蠛芏?，直到了?/p>

35、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，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。 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì) （4）當(dāng)溫度升至當(dāng)溫度升至Tg以上，試樣進(jìn)入高彈態(tài)，在應(yīng)力不大以上，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，如時(shí)，就可發(fā)生高彈形變，如曲線曲線，無(wú)屈服點(diǎn)，而呈現(xiàn)一段，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。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。 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)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

36、物的拉伸結(jié)晶態(tài)高聚物的拉伸 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)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)，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。伸長(zhǎng)率可達(dá)百分之幾到十幾。 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì) （2）到到B點(diǎn)后，被拉伸的試樣出現(xiàn)一個(gè)或幾個(gè)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”，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)細(xì)頸部長(zhǎng)不斷擴(kuò)展，直到整個(gè)試樣完全細(xì)變?yōu)橹梗谶@個(gè)階段，應(yīng)力變化不大，而應(yīng)變?cè)黾臃群艽?。階段，應(yīng)力變化不大，而應(yīng)變?cè)黾臃群艽蟆?1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性

37、質(zhì)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)斷裂變?yōu)榧?xì)頸的試樣重新被均勻拉伸，直到出現(xiàn)斷裂 。1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)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)：相同點(diǎn)：兩種拉伸過(guò)程都經(jīng)歷彈性變形，屈兩種拉伸過(guò)程都經(jīng)歷彈性變形，屈服（服（“成成頸頸”），發(fā)展大形變，應(yīng)變硬化。斷裂前的大），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)。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)。 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚

38、合物的力學(xué)性質(zhì)玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì) （2） 不同點(diǎn)不同點(diǎn)： 冷拉溫度范圍不同冷拉溫度范圍不同a. 玻璃態(tài)高聚物拉伸溫度區(qū)間是：玻璃態(tài)高聚物拉伸溫度區(qū)間是：TbTgb. 結(jié)晶態(tài)高聚物拉伸溫度區(qū)間是：結(jié)晶態(tài)高聚物拉伸溫度區(qū)間是：TgTm1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì) 本質(zhì)差別本質(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。結(jié)晶態(tài)高聚物發(fā)生結(jié)晶的破壞，取向，再結(jié)晶。 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì) 五、五、高聚物的強(qiáng)度與破

39、壞高聚物的強(qiáng)度與破壞 1. 脆性斷裂與韌性斷裂脆性斷裂與韌性斷裂 （1） 應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變曲線：應(yīng)變曲線：如果材料只發(fā)生普彈形變，在如果材料只發(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，則為料發(fā)生屈服或高彈形變后才斷裂，則為韌性斷裂韌性斷裂。 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)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）斷裂能量 ：以沖擊強(qiáng)度為以沖擊強(qiáng)度為2KJ/M2作為臨界指標(biāo)。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

40、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，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，甚至在脆性破壞時(shí)也有很高的沖擊強(qiáng)度。很高的沖擊強(qiáng)度。 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)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。內(nèi)的化學(xué)鍵，分子間的范德華力與氫鍵。 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)玻璃態(tài)與結(jié)

41、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 影響聚合物實(shí)際強(qiáng)度的因素是比較多，也比較復(fù)影響聚合物實(shí)際強(qiáng)度的因素是比較多，也比較復(fù)雜，雜，但總的來(lái)說(shuō)可分為兩類：但總的來(lái)說(shuō)可分為兩類： 1. 與材料本身有關(guān)：與材料本身有關(guān)：聚合物的結(jié)構(gòu)、分子量及其分布、支聚合物的結(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；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)：與外界條件有關(guān)：溫度與濕度、氧化與老化、光照等；溫度與濕度、氧化與老化、光照等；1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)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)高聚物的結(jié)構(gòu) 極性聚

42、合物比非極性聚合物有更大的分子間作用力，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。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）極性和氫鍵極性和氫鍵1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì) 例如：例如：PE的拉伸強(qiáng)度的拉伸強(qiáng)度15-16MPa，而，而PVC的拉伸強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度為度為50MPa。但是，從材料的韌性考慮，如果極性基。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。使強(qiáng)度增大，但可能導(dǎo)致材料變

43、脆。 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)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。強(qiáng)度，但沖擊強(qiáng)度有所下降。 （b）鏈的剛性鏈的剛性 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)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。力下降，因此材料的拉伸強(qiáng)度下降，但沖擊強(qiáng)度增加。 （3）支化支化 1 玻

44、璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)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)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：生大的形變，強(qiáng)度增大。例如：PE交聯(lián)后，拉伸強(qiáng)度交聯(lián)后，拉伸強(qiáng)度可提高一倍，沖擊強(qiáng)度可提高可提高一倍，沖擊強(qiáng)度可提高3-4倍。倍。 （4）交聯(lián)交聯(lián) 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)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

45、過(guò)一定的子量的增加，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。續(xù)增大。 （5）分子量分子量 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)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。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)晶與取向結(jié)晶與取向 取向可使材料的強(qiáng)度大幅度提高，在取向可使材料的強(qiáng)度大幅度提高，在合成纖維、合成纖維、薄膜、板材薄膜、板材的生產(chǎn)中，常利用取向來(lái)提高強(qiáng)度。的生產(chǎn)中

46、，常利用取向來(lái)提高強(qiáng)度。1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)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大差距主要起因于材料內(nèi)部的應(yīng)力分布不均勻材料內(nèi)部的應(yīng)力分布不均勻，在材，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)象應(yīng)力集中現(xiàn)象。 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)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，如缺陷就是應(yīng)力集中物，如裂縫，空隙，銀紋，缺裂縫，空隙，銀紋，缺口，雜質(zhì)口，雜質(zhì)等。材料的破壞就是從這

47、些弱點(diǎn)開始。各種等。材料的破壞就是從這些弱點(diǎn)開始。各種材料缺陷存在在聚合物成型加工中是相當(dāng)普通。材料缺陷存在在聚合物成型加工中是相當(dāng)普通。1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì) （3） 添加劑添加劑 增塑劑的加入對(duì)聚合物起了稀釋作用，使分子間增塑劑的加入對(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)使材料的相互作用力減弱，因而會(huì)使材料的拉伸強(qiáng)度下降，沖拉伸強(qiáng)度下降，沖擊強(qiáng)度提高。擊強(qiáng)度提高。 （a） 增塑劑增塑劑 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)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，因此在聚合物中固體填料和聚合物是不相容的，因此在聚合物中

48、加入填料將形成多相復(fù)合材料。加入填料的目的是：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）填料（粉狀、纖維狀） 通過(guò)加入廉價(jià)填料以降低成本，這類填料一般只起通過(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。稀釋作用，稱為惰性填料，它將使材料的強(qiáng)度降低。 1 玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)玻璃態(tài)與結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì) 提高材料的強(qiáng)度，這類填料稱為活性填料，這時(shí)不把提高材料的強(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

49、合物的親和程度有關(guān)。強(qiáng)度有關(guān)，也與填料與聚合物的親和程度有關(guān)。 塑料的一般檢測(cè)項(xiàng)目 1拉伸性能：包括拉伸強(qiáng)度，最大力，拉伸性能：包括拉伸強(qiáng)度，最大力，斷裂伸長(zhǎng)率等標(biāo)準(zhǔn)常見(jiàn)檢測(cè)項(xiàng)目斷裂伸長(zhǎng)率等標(biāo)準(zhǔn)常見(jiàn)檢測(cè)項(xiàng)目2沖擊強(qiáng)度沖擊強(qiáng)度3熔體流動(dòng)速率熔體流動(dòng)速率4維卡軟化溫度維卡軟化溫度5. 灰分灰分6. 硬度：包括邵氏硬度：包括邵氏A和邵氏和邵氏D7. 老化試驗(yàn)老化試驗(yàn)8. 膨脹性能膨脹性能 試樣試樣準(zhǔn)備和試驗(yàn)方法：準(zhǔn)備和試驗(yàn)方法：GB/T 1040-2006 GB/T 1040-2006 塑料，拉伸性能的測(cè)定塑料，拉伸性能的測(cè)定GB/T 3682-2000 GB/T 3682-2000 熱塑性塑料熔體

50、質(zhì)量流動(dòng)速率熱塑性塑料熔體質(zhì)量流動(dòng)速率GB/T 1633-2000 GB/T 1633-2000 熱塑性塑料維卡軟化溫度（熱塑性塑料維卡軟化溫度（VST)VST)的測(cè)定的測(cè)定GB/T 2411-2008 GB/T 2411-2008 塑料盒硬橡膠塑料盒硬橡膠 使用硬度計(jì)測(cè)定壓痕硬度（邵氏）使用硬度計(jì)測(cè)定壓痕硬度（邵氏）GB/T 1842-2008 GB/T 1842-2008 塑料塑料 懸臂梁沖擊強(qiáng)度的測(cè)定懸臂梁沖擊強(qiáng)度的測(cè)定其它每種塑料單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)等等。其它每種塑料單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)等等。注塑機(jī)注塑機(jī)開煉機(jī)開煉機(jī)壓片機(jī)壓片機(jī)制樣機(jī)制樣機(jī)一，拉伸性能一，拉伸性能高分子聚合物具有所有已知材料中可變性范圍最

51、寬的力學(xué)性質(zhì)，高分子聚合物具有所有已知材料中可變性范圍最寬的力學(xué)性質(zhì)，這是由于高聚物由長(zhǎng)鏈分子組成，分子運(yùn)動(dòng)具有明顯的松弛特這是由于高聚物由長(zhǎng)鏈分子組成，分子運(yùn)動(dòng)具有明顯的松弛特性的緣故。如高聚物材料具有相當(dāng)高的伸長(zhǎng)率，一般性的緣故。如高聚物材料具有相當(dāng)高的伸長(zhǎng)率，一般PEPE的斷裂的斷裂伸長(zhǎng)率在伸長(zhǎng)率在9090950950（其中線性低密度聚乙烯（其中線性低密度聚乙烯LLDPELLDPE的伸長(zhǎng)率的伸長(zhǎng)率較高），通過(guò)特殊的制作工藝，部分材料的伸長(zhǎng)率可在較高），通過(guò)特殊的制作工藝，部分材料的伸長(zhǎng)率可在10001000之上，而普通高聚物材料的斷裂伸長(zhǎng)率也多在之上，而普通高聚物材料的斷裂伸長(zhǎng)率也多在5

52、050100100之之間。通常對(duì)材料的拉伸性能要求較高的有熱收縮膜以及拉伸膜間。通常對(duì)材料的拉伸性能要求較高的有熱收縮膜以及拉伸膜等。等。 拉伸試驗(yàn)一般是將材料試樣兩端分別夾在兩個(gè)間隔一定拉伸試驗(yàn)一般是將材料試樣兩端分別夾在兩個(gè)間隔一定距離的夾具上，兩夾具以一定的速度分離并拉伸試樣，距離的夾具上，兩夾具以一定的速度分離并拉伸試樣，測(cè)定試樣上的應(yīng)力變化，直到試樣破壞為止。測(cè)定試樣上的應(yīng)力變化，直到試樣破壞為止。拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度=最大力最大力/（試樣寬度（試樣寬度試樣厚度）試樣厚度）mm實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析拉伸的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以反映材料的彈性，韌性，強(qiáng)度，拉伸的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以反映材料的彈性，韌性，強(qiáng)

53、度，延展性等力學(xué)性能延展性等力學(xué)性能材料名稱材料名稱拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度斷裂力斷裂力最大力最大力斷裂伸長(zhǎng)率斷裂伸長(zhǎng)率PVC3302PVC33025555699699222722272020PPPP3030650650123912392222LDPELDPE1010384384101101HDPEHDPE2222178178888888292292PAPA45451730173018501850620620透明透明ABSABS404011761176159415943333普通普通ABSABS4646728728181018106 6PSPS484810911091159215924 4PCPC55

54、55226022601313二，沖擊強(qiáng)度二，沖擊強(qiáng)度 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。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)?；境?shù)，其量值與實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)。 沖擊實(shí)驗(yàn)時(shí)，有時(shí)在試樣上預(yù)置缺口，有時(shí)不加缺口。沖擊實(shí)驗(yàn)時(shí)，有時(shí)

55、在試樣上預(yù)置缺口，有時(shí)不加缺口。有缺口試樣的抗沖強(qiáng)度遠(yuǎn)小于無(wú)缺口試樣，原因在于有缺有缺口試樣的抗沖強(qiáng)度遠(yuǎn)小于無(wú)缺口試樣，原因在于有缺口試樣已存在表觀裂紋，沖擊破壞吸收的能量主要用于裂口試樣已存在表觀裂紋，沖擊破壞吸收的能量主要用于裂紋擴(kuò)展。紋擴(kuò)展。 另外缺口本身有應(yīng)力集中效應(yīng)，缺口附近的高應(yīng)力使局另外缺口本身有應(yīng)力集中效應(yīng)，缺口附近的高應(yīng)力使局部材料變形增大，變形速率加快，材料發(fā)生韌部材料變形增大，變形速率加快，材料發(fā)生韌- -脆轉(zhuǎn)變，加脆轉(zhuǎn)變，加速破壞。缺口曲率半徑越小，應(yīng)力集中效應(yīng)越顯著，因此速破壞。缺口曲率半徑越小，應(yīng)力集中效應(yīng)越顯著，因此預(yù)置缺口必須按標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格操作。預(yù)置缺口必須按標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)

56、格操作。沖擊試驗(yàn)機(jī)沖擊試驗(yàn)機(jī)缺口制樣機(jī)缺口制樣機(jī)沖擊彈性試驗(yàn)儀沖擊彈性試驗(yàn)儀材料名稱材料名稱沖擊強(qiáng)度沖擊強(qiáng)度PPPP8 8PSPS1616ASAS2121ABSABS2222PCPC三，熔體流動(dòng)速率三，熔體流動(dòng)速率熔體流動(dòng)速率是表述塑料在一定溫度和壓力下熔體流動(dòng)性的參數(shù)熔體流動(dòng)速率是表述塑料在一定溫度和壓力下熔體流動(dòng)性的參數(shù)(MFR)(MFR)，也指熔融指數(shù)（，也指熔融指數(shù)（MIMI，melt indexmelt index），是指在一定時(shí)間（），是指在一定時(shí)間（1010分鐘）內(nèi)、一定溫度及壓力（各種材料標(biāo)準(zhǔn)不同）下，融化成塑分鐘）內(nèi)、一定溫度及壓力（各種材料標(biāo)準(zhǔn)不同）下，融化成塑料流體，然后

57、通過(guò)一直徑為料流體，然后通過(guò)一直徑為2.1mm2.1mm圓管所流出的克（圓管所流出的克（g g）數(shù)。其值）數(shù)。其值越大，則表示塑料熔融狀態(tài)下流動(dòng)性好，平均分子量低，制品的越大，則表示塑料熔融狀態(tài)下流動(dòng)性好，平均分子量低，制品的強(qiáng)度也就低，加工流動(dòng)性就越好；熔體流動(dòng)速率小，則表示塑料強(qiáng)度也就低，加工流動(dòng)性就越好；熔體流動(dòng)速率小，則表示塑料熔融狀態(tài)下流動(dòng)性差，平均分子量高，制品的強(qiáng)度也就高。熔融狀態(tài)下流動(dòng)性差，平均分子量高，制品的強(qiáng)度也就高。 除了熔體質(zhì)量流動(dòng)速率（除了熔體質(zhì)量流動(dòng)速率（MFRMFR），還可以用熔體體積流動(dòng)速率），還可以用熔體體積流動(dòng)速率（MVRMVR）來(lái)進(jìn)行測(cè)定。）來(lái)進(jìn)行測(cè)定。熔

58、體流動(dòng)速率儀熔體流動(dòng)速率儀材料名材料名稱稱數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)PAPA3232PPPP6 6PSPS2 2ASAS2828ABSABS1414PCPC7 7四，維卡軟化溫度四，維卡軟化溫度維卡軟化溫度（維卡軟化溫度（Vicat Softening TemperatureVicat Softening Temperature）是將熱塑）是將熱塑性塑料放于液體傳熱介質(zhì)中，在一定的負(fù)荷和一定的等速升性塑料放于液體傳熱介質(zhì)中，在一定的負(fù)荷和一定的等速升溫條件下，試樣被溫條件下，試樣被1 1平方毫米的壓針頭壓入平方毫米的壓針頭壓入1 1毫米時(shí)的溫度，毫米時(shí)的溫度，對(duì)應(yīng)的國(guó)標(biāo)是對(duì)應(yīng)的國(guó)標(biāo)是GB1633-79GB163

59、3-79（目前已被（目前已被GB/T 1633-2000GB/T 1633-2000所代所代替）替）; ;維卡軟化溫度是評(píng)價(jià)材料耐熱性能，反映制品在受熱維卡軟化溫度是評(píng)價(jià)材料耐熱性能，反映制品在受熱條件下物理力學(xué)性能的指標(biāo)之一。材料的維卡軟化溫度雖條件下物理力學(xué)性能的指標(biāo)之一。材料的維卡軟化溫度雖不不能直接用于評(píng)價(jià)材料的實(shí)際使用溫度，但可以用來(lái)指導(dǎo)材料能直接用于評(píng)價(jià)材料的實(shí)際使用溫度，但可以用來(lái)指導(dǎo)材料的質(zhì)量控制。維卡軟化溫度越高，表明材料受熱時(shí)的尺寸穩(wěn)的質(zhì)量控制。維卡軟化溫度越高，表明材料受熱時(shí)的尺寸穩(wěn)定性越好，熱變形越小，即耐熱變形能力越好，剛性越大，定性越好，熱變形越小，即耐熱變形能力越

60、好，剛性越大，模量越高模量越高 。維卡軟化溫度測(cè)試儀維卡軟化溫度測(cè)試儀材料名材料名稱稱數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)PAPA101101PPPP101101PSPS102102ASAS112112ABSABS104104PCPC100100五，灰分五，灰分灰分是指一種物質(zhì)中的固體無(wú)機(jī)物的含量。可以是包含有機(jī)物灰分是指一種物質(zhì)中的固體無(wú)機(jī)物的含量?？梢允前袡C(jī)物的無(wú)機(jī)物也可是不含有機(jī)物的無(wú)機(jī)物，可以是鍛燒后的殘留物的無(wú)機(jī)物也可是不含有機(jī)物的無(wú)機(jī)物，可以是鍛燒后的殘留物也可以是烘干后的剩余物。但灰分一定是某種物質(zhì)中的固體部也可以是烘干后的剩余物。但灰分一定是某種物質(zhì)中的固體部分而不是氣體或液體部分。分而不是氣體或液體