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《高分子物理》課程團(tuán)隊:李彩虹余旺旺栗娟蘇珺知識點(diǎn):影響聚合物拉伸強(qiáng)度的因素

1.聚合物結(jié)構(gòu)(1)高分子鏈結(jié)構(gòu)a.高分子材料強(qiáng)度上限取決于主鏈化學(xué)鍵力和分子鏈間作用力,增加極性或形成氫鍵可提高強(qiáng)度。

HDPEσt=21.6~38.2MPa;PVCσt=49MPa;

尼龍610σt=58.8MPa(極性和氫鍵)

極性基團(tuán)密度過大或取代基過大,雖然強(qiáng)度有所提高,但鏈運(yùn)動受到阻礙,不能產(chǎn)生強(qiáng)迫高彈形變,呈脆性。

1、結(jié)構(gòu)因素

2、外在條件b.高分子鏈剛性增加,強(qiáng)度增加,韌性下降,故主鏈或側(cè)基含有芳雜環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物強(qiáng)度和模量比脂肪族主鏈要高。如PS:35.2~60MPa>PE:24.5MPac.支化: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)度下降。如LDPE:7~15MPa<HDPE:21~27MPad.交聯(lián):適當(dāng)交聯(lián),總是提高聚合物的強(qiáng)度,但如果交聯(lián)度太大,會使其脆性太大而失去應(yīng)用價值。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。過度交聯(lián)會使材料變硬、脆,材料強(qiáng)度下降,限制了應(yīng)用。分子量是對高分子材料力學(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)。強(qiáng)度分子量當(dāng)分子量很小時,強(qiáng)度隨著分子量增加而增加:此時分子間作用力小于化學(xué)鍵,破壞發(fā)生在分子間當(dāng)分子量大到一定值,強(qiáng)度與分子量無關(guān):此時分子間作用力大于化學(xué)鍵,破壞發(fā)生在化學(xué)鍵上e.分子量分子量分布:分布寬,尤其是存在低分子量部分時,此時這些低分子物相當(dāng)于增塑劑,因而強(qiáng)度下降。①結(jié)晶度:微晶與物理交聯(lián)相似,因而結(jié)晶度提高,拉伸強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、彈性模量均提高,韌性下降,以PE為例。聚乙烯強(qiáng)度與結(jié)晶度的關(guān)系結(jié)晶度(%)657585斷裂強(qiáng)度14.41825斷裂伸長500300100結(jié)晶度對應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響(2)結(jié)晶和取向②晶體尺寸:球晶尺寸(

m)抗拉強(qiáng)度(N/m2)斷裂伸長(%)1030050020225253012525小球晶:斷裂伸長率、

i

高大球晶:下降球晶大小對應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響③取向:可使材料強(qiáng)度提高幾倍~幾十倍,對纖維和薄膜,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,斷裂時主價鍵比例增大,而使聚合物強(qiáng)度提高。當(dāng)外力與取向方向平行,強(qiáng)度高,垂直,強(qiáng)度低。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)。受力時,這些缺陷附近范圍應(yīng)力急劇增加,可達(dá)平均應(yīng)力值幾十倍至幾百倍,導(dǎo)致材料破壞。產(chǎn)生原因:①混煉不均,塑化不足,夾氣②混入雜質(zhì)③冷卻速度不同,產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力(4)增塑劑加入增塑劑,降低分子間作用力,從而使材料的拉伸強(qiáng)度下降,沖擊強(qiáng)度升高。(3)應(yīng)力集中物(1)拉伸速度拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度隨拉伸速度提高而提高。原因:高聚物作為一種粘彈性材料,其破壞過程是一個松弛過程。當(dāng)拉伸速度提高時,鏈段運(yùn)動跟不上外力作用,為使材料屈服需要更大的外力,材料的屈服強(qiáng)度提高。2.外界條件(2)溫度當(dāng)時間一定時,升高溫度,鏈段活動容易,屈服應(yīng)力降低,屈服強(qiáng)度低。相反降低溫度會使材料的鏈段運(yùn)動能力降低,材料在更高的外力下發(fā)生脆性斷裂??偨Y(jié):隨溫度的降低或拉伸速率的提高,

t

、y、E增大,i、斷裂伸長率減少,聚合物的破壞方式由韌

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