个工府仰 的2言 高分子材料具有大分子链构和特寶的近动 决定了它具寶与低分子材料不同的物理性在。高 分子村料的力学行茵震大持点是它具有高弹性和 能网络课程 粘弹性。在外力和能量作用下,比金属材抖更 烈她受到温废和时间芋因素的影啪,其和学性 POLYTCHA 能变化幅度大。 材料科学与工程学院王泓主编
高分子材料具有大分子链结构和特有的热运动, 决定了它具有与低分子材料不同的物理性态。高 分子材料的力学行为最大特点是它具有高弹性和 粘弹性。在外力和能量作用下,比金属材料更为 强烈地受到温度和时间等因素的影响,其力学性 能变化幅度较大。 12.1 引言
个工府仰 米性晶态古分子衬的力骨符酋 尔界村料的给拘和力学行西特点 高分子材料与低尔子材料的主要国别列入表12-1f 性浓晶在高歌物是指结枸上无交联,歌集态无结晶 的高分子材料。随所处帕温度不同,这类高分子材 能网络课程 哿可处子玻嫣态,高弹在和粘篪态等力学性能三志 1见12-1。相态角看,力学性能三态属子 ,即尔子间的掀列是无序帕。其主要差刑是交 形能力不同,棋量不同,因而称作力学性能三态。 材料科学与工程学院王泓主编
12.2 线性非晶态高分子材料的力学行为 12.2.1 高分子材料的结构和力学行为特点 高分子材料与低分子材料的主要区别列入表12-1。线 性非晶态高聚物是指结构上无交联、聚集态无结晶 的高分子材料。随所处的温度不同,这类高分子材 料可处于玻璃态、高弹态和粘流态等力学性能三态 (见图12-1)。从相态角度看,力学性能三态均属于 液相,即分子间的排列是无序的。其主要差别是变 形能力不同,模量不同,因而称作力学性能三态
个工府仰 袁一1高尔子材料⑤尔子的特点 材料 高分子材料 低分子材料 特点 分子量 103~10 500 分子可否分割可分割成短链 不可分割 能网络课程 热运动单元链节、链段、整链等多重热运动单元整个分子或原子 结晶程度 非晶态或部分结晶 大部分或完全结晶 分子间力 加和后可大于主键力 极小 POLYTCHA 熔点 软化温度区间 固定 物理状态 只有液态和固态(包括高弹态) 气、液、固三态 材料料学与工程学院王泓主编
高 分 子 材 料 低 分 子 材 料 材料 特点 表12-1 高分子材料与低分子材料的特点 分子量 103~106 < 500 分子可否分割 热运动单元 结晶程度 分子间力 熔点 物理状态 可分割成短链 不可分割 链节、链段、整链等多重热运动单元 整个分子或原子 非晶态或部分结晶 大部分或完全结晶 加和后可大于主键力 极小 软化温度区间 固定 只有液态和固态(包括高弹态) 气、液、固三态
个工府仰 E A一玻璃态; B过渡态 C高弹态 D过渡态 B E—粘流态; A Th脆化温度 T玻璃化温度; 能网络课程 T粘流温度 温度/℃ anc 图B高费物在但定戴作用下的变形温度的我(但和速果 材料科学与工程学院王泓主编
图12-1 高聚物在恒定载荷作用下的变形温度-曲线(恒加载速率) A-玻璃态; B—过渡态; C—高弹态; D—过渡态; E—粘流态; Tb—脆化温度; Tg—玻璃化温度; Tf—粘流温度
个工府仰 温威佤于玻化温废T时,高贾物的力部构类似 于玻,故被猕玻璃态。室媪下处于玻嫣态舶高 聚物称必塑料。 能网络课程 岁温废Tb,高敷物处于硬玻璃态,拉抻试验 时发兰脆性断裂,试件的延仲很小,断口与拨力 古向垂应,弹性摸望地其它收在下的弹性摸量都要 大,无弹性俤后,弹性变形望很小。因此,将这种 弹性变形称普弹性变形。 材料科学与工程学院王泓主编
12.2.2 玻璃态 温度低于玻璃化温度 Tg 时,高聚物的内部结构类似 于玻璃,故被称为玻璃态。室温下处于玻璃态的高 聚物称为塑料。 当温度 T<Tb ,高聚物处于硬玻璃态,拉抻试验 时发生脆性断裂,试件的延伸率很小,断口与拉力 方向垂直,弹性模量比其它状态下的弹性模量都要 大,无弹性滞后,弹性变形量很小。因此,将这种 弹性变形称普弹性变形
个工府仰 其拔伸曲线见妇只中的曲熊a。因此,将1b称历塑的麗化温度。 T Tb Anc 程 下畅0-E曲线 材料科学与工程学院王泓主编
图12-2 脆性温度Tb 示意图 图12-3 线型无定高聚物在不同温度 下的σ-ε曲线(Ta <Tb <Tc <Td ) a Tb 其拉伸曲线见图12-3中的曲线a 。因此,将 Tb 称为塑料的脆化温度
个工府仰 当Tb<7<7g时,高物处子负玻嫦状态。普弹性 变形后的口S段所产的或形为受迫高弹性变形。在 外力除去后,受迫高弹性变形救娱留下来,成 久变形”,其数鱼题~100090。这种变 形在中质上是可逆的,但只寶加热到以上,变形 网的校夏才有了能 anc 程 材料科学与工程学院王泓主编
当Tb<T<Tg时,高聚物处于软玻璃状态。普弹性 变形后的 段所产生的变形为受迫高弹性变形。在 外力除去后,受迫高弹性变形被保留下来,成为 “永久变形”,其数值可达 。这种变 形在本质上是可逆的,但只有加热到 以上,变形 的恢复才有可能。 a s 300% ~1000% Tg
个工府仰 玻璃态的温度餐低,分子热动能力僚,处于所谓的“冻结”状态。 除链段和链节的热振动、键长和键角的变化外,链段不能作其它形式的 运动。因此,受力时产生的普弹性变形来源于键长及键角的改变 -0000082-4(a)示意地表 示主键受拉伸时产生 能@强Q伸长 弹性变形。而在受迫 高弹性变形时,外力 回缩 强迫本来不可运动的 取向 链段发生运动,导致 网络课程 分子沿受力方向取向 图12-4长链聚合物变形方式 材料料学与工程学院王泓主编
图12-4(a)示意地表 示主键受拉伸时产生 弹性变形。而在受迫 高弹性变形时,外力 强迫本来不可运动的 链段发生运动,导致 分子沿受力方向取向 图12-4 长链聚合物变形方式 玻璃态的温度较低,分子热运动能力低,处于所谓的“冻结”状态。 除链段和链节的热振动、键长和键角的变化外,链段不能作其它形式的 运动。因此,受力时产生的普弹性变形来源于键长及键角的改变