高聚物的結(jié)構(gòu)與性能-聚合物的力學(xué)性能

7.7聚合物的力學(xué)性能

聚合物的力學(xué)性能指的是其受力后的響應(yīng)，如形變大小、形變的可逆性及抗破損性能等，這些響應(yīng)可用一些基本的指標(biāo)來表征。第七章聚合物的結(jié)構(gòu)與性能7.7.1表征力學(xué)性能的基本指標(biāo)（1）應(yīng)變與應(yīng)力材料在外力作用下，其幾何形狀和尺寸所發(fā)生的變化稱應(yīng)變或形變，通常以單位長度（面積、體積）所發(fā)生的變化來表征。

材料在外力作用下發(fā)生形變的同時(shí)，在其內(nèi)部還會(huì)產(chǎn)生對抗外力的附加內(nèi)力，以使材料保持原狀，當(dāng)外力消除后，內(nèi)力就會(huì)使材料回復(fù)原狀并自行逐步消除。當(dāng)外力與內(nèi)力達(dá)到平衡時(shí)，內(nèi)力與外力大小相等，方向相反。單位面積上的內(nèi)力定義為應(yīng)力。材料受力方式不同，發(fā)生形變的方式亦不同，材料受力方式主要有以下三種基本類型：（i）簡單拉伸（drawing)：材料受到一對垂直于材料截面、大小相等、方向相反并在同一直線上的外力作用。第七章聚合物的結(jié)構(gòu)與性能拉伸應(yīng)力

=F/A0（A0為材料的起始截面積）拉伸應(yīng)變（相對伸長率）e=（l-l0）/l0=Dl/l0簡單拉伸示意圖A0l0lDlAFF

材料在拉伸作用下產(chǎn)生的形變稱為拉伸應(yīng)變，也稱相對伸長率（e）。第七章聚合物的結(jié)構(gòu)與性能（ii）簡單剪切(shearing)

材料受到與截面平行、大小相等、方向相反，但不在一條直線上的兩個(gè)外力作用，使材料發(fā)生偏斜。其偏斜角的正切值定義為剪切應(yīng)變（

）。A0FF

簡單剪切示意圖

剪切應(yīng)變

=tg

剪切應(yīng)力s=F/A0第七章聚合物的結(jié)構(gòu)與性能（iii）均勻壓縮（pressurizing)

材料受到均勻壓力壓縮時(shí)發(fā)生的體積形變稱壓縮應(yīng)變（

V）。A0材料經(jīng)壓縮以后，體積由V0縮小為V，則壓縮應(yīng)變：

V=（V0-V）/V0=DV/V0第七章聚合物的結(jié)構(gòu)與性能材料受力方式除以上三種基本類型外，還有彎曲和扭轉(zhuǎn)。（iv）彎曲（bending)

對材料施加一彎曲力矩，使材料發(fā)生彎曲。主要有兩種形式：F一點(diǎn)彎曲（1-pointbending）F三點(diǎn)彎曲（3-pointbending）第七章聚合物的結(jié)構(gòu)與性能（v）扭轉(zhuǎn)（torsion）：對材料施加扭轉(zhuǎn)力矩。FF第七章聚合物的結(jié)構(gòu)與性能（2）彈性模量是指在彈性形變范圍內(nèi)單位應(yīng)變所需應(yīng)力的大小。是材料剛性的一種表征。分別對應(yīng)于以上三種材料受力和形變的基本類型的模量如下：

拉伸模量（楊氏模量）E：E=/

剪切模量（剛性模量）G：G=s/

體積模量（本體模量）B：B=p/V（3）硬度：是衡量材料表面承受外界壓力能力的一種指標(biāo)。（4）機(jī)械強(qiáng)度當(dāng)材料所受的外力超過材料的承受能力時(shí)，材料就發(fā)生破壞。機(jī)械強(qiáng)度是衡量材料抵抗外力破壞的能力，是指在一定條件下材料所能承受的最大應(yīng)力。根據(jù)外力作用方式不同，主要有以下三種：第七章聚合物的結(jié)構(gòu)與性能（i）抗張強(qiáng)度衡量材料抵抗拉伸破壞的能力，也稱拉伸強(qiáng)度。厚度d寬度b

在規(guī)定試驗(yàn)溫度、濕度和實(shí)驗(yàn)速度下，在標(biāo)準(zhǔn)試樣上沿軸向施加拉伸負(fù)荷，直至試樣被拉斷。PP

試樣斷裂前所受的最大負(fù)荷P與試樣橫截面積之比為抗張強(qiáng)度

t：

t=P/b?d第七章聚合物的結(jié)構(gòu)與性能（ii）抗彎強(qiáng)度也稱撓曲強(qiáng)度或彎曲強(qiáng)度?？箯潖?qiáng)度的測定是在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，對標(biāo)準(zhǔn)試樣施加一靜止彎曲力矩，直至試樣斷裂。

設(shè)試驗(yàn)過程中最大的負(fù)荷為P，則抗彎強(qiáng)度

f為：

f=1.5Pl0/bd2Pdbl0/2l0/2抗彎強(qiáng)度測定試驗(yàn)示意圖第七章聚合物的結(jié)構(gòu)與性能（iii）沖擊強(qiáng)度（impactstength)（

i）沖擊強(qiáng)度也稱抗沖強(qiáng)度,定義為試樣受沖擊負(fù)荷時(shí)單位截面積所吸收的能量。是衡量材料韌性的一種指標(biāo)。測定時(shí)基本方法與抗彎強(qiáng)度測定相似，但其作用力是運(yùn)動(dòng)的，不是靜止的。

試樣斷裂時(shí)吸收的能量等于斷裂時(shí)沖擊頭所做的功W，因此沖