第七章 高聚物的力学性能
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内容
概述

描述力学性能的基本物理量 高聚物力学性能的特点 应力-应变曲线 玻璃态非晶高聚物的拉伸 结晶高聚物的拉伸 真应力-应变曲线几其屈服判据
高分子的应力-应变行为

高聚物的强度
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1、概述
z拉伸
拉伸强度：拉伸（杨氏）模量，断裂伸长率，屈服 强度，100％定伸应力…
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¾ 粘弹性：力学行为对温度和时间有强烈的依赖关系 ——为高聚物独特的力学行为 σ（应力） ε（应变） T（温度） t（时间） ¾ 比强度特高 比强度——单位重量材料能承受的最大负荷。
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在研究高聚物力学行为 时必须同时考虑
几种金属材料和塑料(增强)的比强度
材 料 名 称 高级合金钢 A3钢 铝合金 铸铁 聚乙烯 尼龙66 玻璃增强尼龙66 聚酯玻璃钢 环氧玻璃钢 酚醛玻璃钢 玻璃增强聚碳酸酯 玻璃增强聚砜 玻璃增强ABS 比 重 8.0 7.85 2.8 7.4 0.95 1.12 1.3～1.5 1.8 1.73 1.75 1.4 1.45 1.23～1.36 拉伸强度（MPa） 1280 400 420 240 30 83 98～218 290 500 200 120～130 126 59～133 比强度 160 50 160 32 31.6 74.1 143 160 280 115 92.9 86.9 97.8
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不同材料的泊松比 材料名称 锌 钢 铜 铝 铅 汞 泊松比 0.21 0.25~0.35 0.31~0.34 0.32~0.36 0.45 0.50 材料名称 玻璃 石料 聚苯乙烯 聚乙烯 赛璐珞 橡胶类 泊松比 0.25 0.16~0.34 0.33 0.38 0.39 0.49~0.50
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（2）常用的几种力学强度
软~硬：模量
σ
σy σb
Y Y’ B’
B
α
0
εy
εb
ε
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应力-应变曲线的类型
序号 类型 曲线 模量 拉伸强度 断裂伸长率 断裂能 实例 高 中 小 小 PS PMMA 酚醛树脂 高 高 中 中 硬PVC AS 高 高 大 大 PC ABS HDPE 低 中 很大 大 硫化橡胶 软PVC 低 低 中 小 未硫化橡胶 齐聚物 1 硬而脆 2 硬而强 3 强而韧 4 软而韧 5 软而弱
z
拉伸强度σt= P/bd （最大负荷/截面积)Mpa 1 Mpa = 9.8 kg/cm2 ≈ 10 kg/cm2 弯曲强度 σf = 1.5(Plo/bd2) MPa
z
z
冲击强度 σi = W/bd Kg cm/cm2
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常见塑料的拉伸和弯曲强度
塑料名称 低压聚乙烯 聚苯乙烯 ABS塑料 有机玻璃 聚丙烯 聚氯乙烯 尼龙66 尼龙6 尼龙1010 聚甲醛 聚碳酸酯 聚砜 聚酰亚胺 拉伸强度 （MPa） 22～39 35.2～63.3 16.9～63.3 49.2～77.3 33.7～42.2 35.2～63.3 83 74～78 52～55 62～68 67 72～85 94.5 伸长率 % 60～150 12～25 10～140 2～10 200～700 20～40 60 150 100～250 60～75 60～100 20～100 68 拉伸模量 （GPa） 0.84～0.95 2.8～3.5 0.7～2.9 3.2 1.2～1.4 2.5～4.2 3.2～3.3 2.6 1.6 2.8 2.2～2.4 2.5～2.9 弯曲强度 （MPa） 25～40 61.2～98.4 25.3～94.9 91.4～119 42.2～56.2 70.3～112 100～110 100 89 91～92 98～106 108～127 ＞100 2.9～3.0 2.4～2.6 1.3 2.6 2.0～3.0 2.8 3.2 1.2～1.6 3.0 弯曲模量 （GPa） 1.1～1.4
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1、高分子的应力-应变行为
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2、高分子的应力-应变行为
应力-应变曲线 拉伸应力
F σ= A0
l − l 0 Δl ε= = l0 l0
A0
AF
拉伸应变
l0
l
真应力
F σ’ = A
Δl F
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1）应力-应变曲线 Y:屈服点
σy: 屈服强度 εy: Байду номын сангаас服伸长率
B:断裂点 σb: 断裂强度 εy: 断裂伸长率 拉伸强度：σ t = Ι (σ y , σ b ) 杨氏模量： E = tan α 断裂能：OYB面积
聚苯醚
氯化聚醚 线性聚酯 聚四氟乙烯
86.5～89.5
42.3 80 14～25
30～80
60～160 200 250～350
2.6～2.8
1.1 2.9 0.4
98～137
70～77 117 11～14
2.0～2.1
0.9
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2）高聚物力学性能的特点 ¾ 高弹性——高聚物特有 显示高弹性的温度范围（Tg~Tf）； 分子量增大，温度范围（Tg~Tf）增宽； （Tg~Tf）的范围决定了橡胶的使用温度范围。
σS F = G= γ A 0 tgθ
P B= ΔV V0
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三种应变模量的关系 对于各向同性的材料有 E = 2G (1+ν) = 3B (1-2ν) ν(泊松比)：横向形变与纵向形变之比。
Δm
ν = − Δλ
m0 λ0
(横向形变 ) − ε t = (纵向形变 ) ε
一般材料ν约为0.2~0.5。
z冲击
悬臂梁，简支梁，落锤… 缺口，无缺口 z弯曲 强度，模量 z摩擦 摩擦系数，磨损量… z…
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1）描述力学性质的基本物理量 受 简单拉伸 力 方 式 简单剪切 均匀压缩
受 力 特 点
外力F是与截面 垂直，大小相 等，方向相反， 作用在同一直线 上的两个力。
外力F是与界面 材料受到的是 围压力。 平行，大小相 等，方向相反的 两个力。
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（1）三种基本应变的模量 ¾拉伸: 杨氏模量 E (MPa) σ-应力 ε-应变 F-拉伸力 AO-试样原始截面积 λO-试样原始长度 Δλ-伸长长度
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A0 σ E= = ε Δλ λ0
F
¾ 剪切: 剪切模量:G (MPa) σs ―剪切应力 γ ―剪切应变 = tgθ ¾ 压缩: 体积模量 B (Kg) P ―流体静压力 ΔV ―体积变化 VO ―原始体积