一般刻痕试样的冲击强度小于这一数值为脆性断裂，大
于这一数值时为韧性断裂。但这一指标并不是绝对的，
例如玻璃纤维增强的聚酯塑料，甚至在脆性破坏时也有
很高的冲击强度。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
2. 高聚物的理论强度 从分子结构的角度来看，高聚物的断裂要破坏分子 内的化学键，分子间的范德华力与氢键。
7.2 高弹态聚合物的力学性质
加入增塑剂虽然可以降低Tg，但有利条件，因此选
用增塑法来降低Tg必须考虑结晶速度增大和结晶形成的 可能性。
7.2 高弹态聚合物的力学性质
（2）共聚法
共聚法也能降低聚合物的Tg，如：PS的主链上带有体 积庞大的苯基，聚丙烯腈有强极性腈基存在，Tg都在室温 以上，只能作为塑料和纤维使用，如果用丁二烯分别与苯 乙烯和丙烯腈共聚可得丁苯橡胶和丁腈橡胶，使Tg下降。 例如：丁苯30，Tg=-53℃，丁腈26，Tg=-42℃。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（3）当温度升高到Tg以下几十度范围内，如曲线③，过
了屈服点后，应力先降后升，应变增大很多，直到C点断裂，
C点的应力称为断裂应力，对应的应变称为断裂伸长率ε 。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（4）当温度升至Tg以上，试样进入高弹态，在应力不大
时，就可发生高弹形变，如曲线④，无屈服点，而呈现一段
应力称为屈服应力或屈服强度。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
屈服点之后，应力有所下降，在较小的负荷下即可产生形 变，称为应变软化。之后应力几乎不变的情况下应变有很大 程度的增加，最后应力又随应变迅速增加，直到材料断裂。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
四、几类高聚物的拉伸行为 1. 玻璃态高聚物的拉伸
细颈部长不断扩展，直到整个试样完全细变为止，在这个
阶段，应力变化不大，而应变增加幅度很大。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（3）变为细颈的试样重新被均匀拉伸，直到出现断裂 。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
比较玻璃态高聚物的拉伸与结晶态高聚物的拉伸相同点与区别
（ 1） 相同点：两种拉伸过程都经历弹性变形，屈 服（“成颈”），发展大形变，应变硬化。断裂前的大 形变在室温时都不能自发恢复，加热后才能恢复原状态。
7.2 高弹态聚合物的力学性质
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
3. 影响聚合物实际强度的因素 影响聚合物实际强度的因素是比较多，也比较复 杂，但总的来说可分为两类：
1. 与材料本身有关：聚合物的结构、分子量及其分布、支
化与交联、结晶与取向、增塑与共混等； 2. 与外界条件有关：温度与湿度、氧化与老化、光照等；
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
五、高聚物的强度与破坏 1. 脆性断裂与韧性断裂
（1） 应力-应变曲线：如果材料只发生普弹形变，在
屈服之前就发生断裂，则这种断裂为脆性断裂；如果材
料发生屈服或高弹形变后才断裂，则为韧性断裂。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（2）断裂能量 ：以冲击强度为2KJ/M2作为临界指标。
力下降，因此材料的拉伸强度下降，但冲击强度增加。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（4）交联 适度的交联可有效增加分子链间的联系，使分子 不易发生相对滑移。随着交联度的增加，往往不易发 生大的形变，强度增大。例如：PE交联后，拉伸强度 可提高一倍，冲击强度可提高3-4倍。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
3. 聚合物的力学松弛－粘弹性
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
一、 描述力学性质的基本物理量
1. 应力与应变
（1）应力：单位面积上的附加内力，其值与单位面 积上所受的外力相等。 （2）应变：当材料受到外力时，其几何形状和尺寸 将发生变化，这种变化称为应变。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（5）分子量 分子量低时，拉伸强度和冲击强度都低，随着分 子量的增加，二者都会提高。但当分子量超过一定的 数值后，拉伸强度的变化就不大了，而冲击强度则继
续增大。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（5）结晶与取向 随着结晶度的增加，拉伸强度也会增加，但如果 结晶度过大，就会使冲击强度下降，导致材料变脆。 取向可使材料的强度大幅度提高，在合成纤维、
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（1） 高聚物的结构 （a）极性和氢键 极性聚合物比非极性聚合物有更大的分子间作用力， 因此在高分子链上引入极性基团将使材料的强度提高。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
例如：PE的拉伸强度15-16MPa，而PVC的拉伸强
度为 50MPa 。但是，从材料的韧性考虑，如果极性基
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（2） 不相同点： ① 冷拉温度范围不同 a. 玻璃态高聚物拉伸温度区间是：Tb－Tg
b. 结晶态高聚物拉伸温度区间是：Tg－Tm
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
②
本质差别
a. 玻璃态高聚物只发生分子链的取向，不发生相变
b. 结晶态高聚物发生结晶的破坏，取向，再结晶。
较长的平台，直到试样断裂前，曲线又出现急剧的上升。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
2. 结晶态高聚物的拉伸
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（1）应力随应变线性增加，试样被均匀的拉长， 伸长率可达百分之几到十几。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（2）到B点后，被拉伸的试样出现一个或几个“细颈”，
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
2. 弯曲强度（挠曲强度） 弯曲强度是在规定试验条件下，对标准试样施力。 静弯曲力矩直到试样折断为止 。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
3. 冲击强度 冲击强度是衡量材料韧性的一种强度指标，表征 材料抵抗冲击载荷破坏的能力。通常定义为试样受冲 击载荷而折断时单位载面积所吸收的能量。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（3） 添加剂
（a） 增塑剂
增塑剂的加入对聚合物起了稀释作用，使分子间 相互作用力减弱，因而会使材料的拉伸强度下降，冲 击强度提高。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（2）填料（粉状、纤维状）
固体填料和聚合物是不相容的，因此在聚合物中 加入填料将形成多相复合材料。加入填料的目的是： ① 通过加入廉价填料以降低成本，这类填料一般只起
他因素的破坏，很少能在120℃以上长期使用。
7.2 高弹态聚合物的力学性质
例如：硫化天然橡胶在102℃经8小时后，扯断强度
损失 25% ，丁腈橡胶在 121℃以上浸入燃料油中，很快 就会出现表面龟裂。因此为了提高橡胶的耐热性，必须 从改变橡胶的化学结构和选择合适的配方来解决。
7.2 高弹态聚合物的力学性质
稀释作用，称为惰性填料，它将使材料的强度降低。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
② 提高材料的强度，这类填料称为活性填料，这时不 把降低成本作为追求目标。复合材料的强度同填料本身 的强度有关，也与填料与聚合物的亲和程度有关。
7.2 高弹态聚合物的力学性质
一、橡胶的使用温度范围 高弹态是高聚物特有的一种力学状态，由于橡胶的
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
3. 机械强度 机械强度是材料力学性能的重要指标，它是指材 料抵抗外力破坏的能力。机械强度的测试是参照国际 标准和本国标准进行。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
二、 几种常用力学性能的指标 1. 拉伸强度 拉伸强度是在规定的试验温度、湿度和试验速度 下，在标准试样上沿轴向施加拉伸载荷，直到试样被 拉断为止。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
4. 硬度
硬度是衡量材料表面抵抗机械压力的能力的一种
指标。常见的硬度有布氏、洛氏、和邵氏等名称，通 常布氏硬度最为常见。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
三、 屈服现象
1. 应力与应变曲线
图7－9
玻璃态和结晶态高聚物的应力-应变曲线
高分子的力学性能
Polymer Mechanical Properties
引 言
高聚物作为材料使用时，总是要求高聚物具有必 要的力学性能，可以说，对于其大部分应用而言，力 学性能比高聚物的其他物理性能显得更为重要。
引 言
随着高分子材料的大量应用，人们迫切需要了解 和掌握聚合物的力学性质的一般规律和特点及其与结 构之间的关系，以恰当选择所需要的高分子材料，正 确地控制加工的条件以获得所需的力学性能，并合理
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（1） B点以前是弹性部分，应力与应变成正比，去 除应力，材料可恢复原样，不产生永久形变，由直线 的斜率可求出材料的弹性模量。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（2） B点以后，材料呈现塑性行为，去除应力，材
料无法复原，留有永久形变。 B 点为屈服点，对应的
2. 降低Tg，避免结晶，改善耐寒性 Tg是橡胶类高聚物使用的最低温度，耐寒性差的原
因是由于在低温下橡胶会发生玻璃化转变或发生结晶，
从而导致橡胶变硬变脆而丧失弹性。
7.2 高弹态聚合物的力学性质
（1）增塑法
加入增塑剂可降低聚合物的Tg和提高耐寒性，如：氯 丁胶Tg=-45℃，用癸二酸二丁酯（Tg=-80℃）增塑，使Tg 降至-62℃，因此增塑效应不仅取决于增塑剂的化学结构 和浓度，而且还与增塑剂本身的Tg有关，增塑剂的Tg愈低， 则增塑后的聚合物的Tg也愈低。
应用日益广泛，对其性能提出了越来越多的要求，其中
扩大使用温度范围就是一个重要方面。