影响高聚物拉伸强度的因素

,*,*,*,高 分 子 物 理,课程团队：李彩虹 余旺旺 栗娟 苏珺,1.,聚合物结构,（,1,）高分子链结构,a,高分子材料强度上限取决于,主链化学键力,和,分子链间作用力,，,增加极性或形成氢键可提高强度,。,HDPE ,t,=21.638.2MPa PVC,t,=49MPa,尼龙,610,t,=58.8MPa,（极性和氢键）,值得指出的是：极性基团密度过大或取代基过大，虽然强度有所提高，但链运动受到阻碍，不能产生强迫高弹形变，呈脆性。,影响高聚物拉伸强度的因素,1,、结构因素,2,、外在条件,b.,高分子链刚性,增加，强度增加，韧性下降,，故主链或侧基含有芳杂环结构的聚合物强度和模量比脂肪族主链要高。如,PS,：,35.260MPa,PE,：,24.5MPa,c.,支化,：支化破坏了链的规整性使结晶度降低，还增加了分子间距离分子间作用力减少，都使强度下降。如,LDPE,：,715MPa HDPE,：,2127MPa,d,交联：,适当,交联,，总是提高聚合物的强度，但如果交联度太大，会使其脆性太大而失去应用价值。,例如聚乙烯交联后，强度提高一倍。橡胶交联后，强度大幅度提高。过度交联会使材料变硬、脆，材料强度下降，限制了应用。,交联剂当量浓度,0.1,0.3,1.0,2.5,3.5,8.0,b,1000,920,680,440,280,90,断裂强度,Pa,6.47,16,21.7,16.4,6.78,4.6,分子量是对高分子材料力学性能（包括强度、弹性、韧性）起决定性作用的结构参数。,强度,分子量,当分子量很小时，强度随着分子量增加而增加：此时,分子间作用力小于化学键,，破坏发生在分子间,当分子量大到一定值，强度与分子量无关：此时,分子间作用力大于化学键,，破坏发生在化学键上,e,分子量,分子量分布：分布宽，尤其是存在低分子量部分时，此时这些低分子物相当于增塑剂，因而强度,下降。,结晶度：,微晶与物理交联相似，因而,结晶度提高，拉伸强度、抗弯强度、弹性模量均提高，,韧性下降,，,以,PE,为例。,聚乙烯强度与结晶度的关系,结晶度（）,65,75,85,断裂强度,14.4,18,25,断裂伸长,500,300,100,结晶度对应力应变曲线的影响,（,2,）,结晶和取向,晶体尺寸：,球晶尺寸（,m,）,抗拉强度（,N/m,2,）,断裂伸长,(%),10,300,500,20,225,25,30,125,25,小球晶：,t,、,E,、断裂伸长率、,i,高,大球晶：下降,球晶大小对应力应变曲线的影响,取向,：,可使材料强度提高几倍几十倍，对纤维和薄膜，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，断裂时主价键比例增大，而使聚合物强度提高。,注意：当外力与取向方向平行，强度高，垂直，强度低,。,应力集中物主要是指材料中的裂缝、空隙、缺口、银纹和杂质。,受力时，这些缺陷附近范围应力急剧增加,，可达平均应力值几十倍至几百倍，导致材料破坏。,产生原因：,混炼不均，塑化不足，夹气,混入杂质,冷却速度不同，产生内应力,（,4,）,增塑剂,加入增塑剂，降低分子间作用力，,从而使材料的拉伸强度下降，冲击强度升高,。,（,3,）,应力集中物,（,1,）,拉伸速度,拉伸强度、屈服强度随拉伸速度提高而提高,。,原因：,高聚物作为一种粘弹性材料，其破坏过程是一个松弛过程。当拉伸速度提高时，链段运动跟不上外力作用，,为使材料屈服需要更大的外力，材料的屈服强度提高,。,拉伸时，如果破坏发生在分子间，当拉伸速度提高时，链段运动跟不上外力作用，,为使材料破坏需要更大的外力，材料的拉伸断裂强度提高。,2,外界条件,（,2,）,温度,当时间一定时，,升高温度，链段活动容易，屈服应力降低，屈服强度低,。相反降低温度会使材料的链段运动能力降低，材料在更高的外力下发生脆性断裂。,Conclution,：,随温度的降低或拉伸速率的提高，,t,、,y,、,E,增大，,i,、断裂伸长率减少，聚合物的破坏方式由韧性趋向脆性破坏,考虑分子结构因素,极性基团或氢键,主链上含芳杂环结构,适度的交联,结晶度大,取向好,高,低,拉伸强度,t,加入增塑剂,缺陷存在,THE END,Thank You！,