第六章
高聚物的力学性能
§ 1 概述
1-1 描述力学性能的基本物理量
1-2 高聚物力学性能的特点
§ 2 高聚物的拉伸行为
2-1 应力应变曲线
2-2 玻璃态非晶高聚物的拉伸
2-3 结晶高聚物的拉伸
2-4 真应力 -应变曲线几其屈服判据
§ 3 高聚物的强度
§ 1概述
1-1 描述力学性质的基本物理量
应力 ;应变 (形变 );模强度 ;硬度等
拉伸强度 (断裂强度 )σ;断裂伸长率 ε
三种基本的应变类型
简单拉伸 简单剪切 均匀压缩
三种基本应变的模量
? 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
lO-试样原始长度
Δ l-伸长长度
0
0
A
F
E
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三种基本应变的模量
? 剪切,
剪切模量,G (MPa)
σs ― 剪切应力
γ ― 剪切应变 = tg θ
?
?
?
?
?
tgA
F
G
0
S
三种基本应变的模量
? 压缩,
体积模量 B (Kg)
P ― 流体静压力
ΔV ― 体积变化
VO ― 原始体积
0
V
V
P
B
?
?
三种应变模量的关系
对于各向同性的材料有
E = 2G (1+ν) = 3B (1-2 ν)
ν(泊松比 ):横向形变与纵向形变之比
一般材料 ν约为 0.2~0.5
注意 !上述四个参数中只有两个是独立的
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m
m
t
t
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纵向形变
横向形变
不同材料的泊松比
材料名称 泊松比 材料名称 泊松比
锌 0.21 玻璃 0.25
钢 0.25~0.35 石料 0.16~0.34
铜 0.31~0.34 聚苯乙系 0.33
铝 0.32~0.36 聚乙烯 0.38
铅 0.45 赛璐珞 0.39
汞 0.50 橡胶类 0.49~0.50
常用的几种力学强度
? 拉伸强度 σ t= P/bd （最大负荷 /截面积 )Mpa
1 Mpa = 9.8 kg/cm2 ≈ 10 kg/cm 2
? 弯曲强度 σ f = 1.5(Plo/bd) MPa
? 冲击强度 σ i = W/bd Kg cm/cm2
注意 !不同方法测量结果会有不同
常见塑料的拉伸和弯曲强度
塑料名称 拉伸强度
（ MPa）
伸长率
%
拉伸模量
（ GPa）
弯曲强度
（ MPa）
弯曲模量
（ GPa）
低压聚乙烯 22～ 39 60～ 150 0.84～ 0.95 25～ 40 1.1～ 1.4
聚苯乙烯 35.2～ 63.3 12～ 25 2.8～ 3.5 61.2～ 98.4
ABS塑料 16.9～ 63.3 10～ 140 0.7～ 2.9 25.3～ 94.9 3.0
有机玻璃 49.2～ 77.3 2～ 10 3.2 91.4～ 119
聚丙烯 33.7～ 42.2 200～ 700 1.2～ 1.4 42.2～ 56.2 1.2～ 1.6
聚氯乙烯 35.2～ 63.3 20～ 40 2.5～ 4.2 70.3～ 112
尼龙 66 83 60 3.2～ 3.3 100～ 110 2.9～ 3.0
尼龙 6 74～ 78 150 2.6 100 2.4～ 2.6
尼龙 1010 52～ 55 100～ 250 1.6 89 1.3
聚甲醛 62～ 68 60～ 75 2.8 91～ 92 2.6
聚碳酸酯 67 60～ 100 2.2～ 2.4 98～ 106 2.0～ 3.0
聚砜 72～ 85 20～ 100 2.5～ 2.9 108～ 127 2.8
聚酰亚胺 94.5 68 ＞ 100 3.2
聚苯醚 86.5～ 89.5 30～ 80 2.6～ 2.8 98～ 137 2.0～ 2.1
氯化聚醚 42.3 60～ 160 1.1 70～ 77 0.9
线性聚酯 80 200 2.9 117
聚四氟乙烯 14～ 25 250～ 350 0.4 11～ 14
1-2 高聚物力学性能的特点
? 高弹性 —— 高聚物特有
显示高弹性的温度范围 (Tg~Tf)
分子量 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
1-2 高聚物力学性能的特点
? 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） 在研究高聚物力学行为
T（温度） 时必须同时考虑
t（时间）
1-2 高聚物力学性能的特点
? 比强度特高
比强度 —— 单位重量材料能承受的
最大负荷
几种金属材料和塑料 (增强 )的比强度
材 料 名 称 比 重 拉伸强度（ MPa） 比 强 度
高级合金钢 8.0 1280 160
A3钢 7.85 400 50
铝合金 2.8 420 160
铸铁 7.4 240 32
聚乙烯 0.95 30 31.6
尼龙 66 1.12 83 74.1
玻璃增强尼龙 66 1.3～ 1.5 98～ 218 143
聚酯玻璃钢 1.8 290 160
环氧玻璃钢 1.73 500 280
酚醛玻璃钢 1.75 200 115
玻璃增强聚碳酸酯 1.4 120～ 130 92.9
玻璃增强聚乙烯 1.1 63 57.3
玻璃增强聚丙烯 1.05～ 1.24 42～ 63 50.8
玻璃增强聚苯乙烯 1.2～ 1.3 63～ 84 64.6
玻璃增强聚砜 1.45 126 86.9
玻璃增强 ABS 1.23～ 1.36 59～ 133 97.8
§ 2 高聚物的拉伸行为
1— 1 应力 σ ～应变 ε 曲线
最常用于描述高聚物的力学性能
应力～应变曲线的形状取决于,
化学组成,结构
化学结构 分子量及其分布
支化交联
结局及取向
物理结构 晶区大小与形状
加工形态
试验测试条件 —— 温度、速率等
典型的 σ～ ε 曲线
典型的 σ～ ε 曲线
? 屈服点 Y, d σ /d ε = 0
Y前部 —— 弹性区域 E大形变小可逆
Y后部 —— 塑性区域 E小形变大不可逆
? 拉伸 (断裂 )强度 σ X
屈服点 Y前断裂 —— 脆性断裂
屈服点 Y后断裂 —— 韧性断裂
2 — 2 玻璃态非晶高聚物的拉伸
<1>温度影响
a) T << Tg 脆性断裂、形变小,σ ∝ ε
b) T < Tg 出现屈服点形变稍大
前部 σ ∝ ε
c) T < Tg 韧性断裂,形变大
前部 σ ∝ ε (有些高聚物出现 )
d) T > Tg 进入高弹态、形变大
不出现屈服点
2 — 2 玻璃态非晶高聚物的拉伸
2 — 2 玻璃态非晶高聚物的拉伸
<2> 拉伸速率的影响
断裂强度
拉伸速率 相当于温度
断裂伸长率
拉伸速率 相当于温度
2 — 2 玻璃态非晶高聚物的拉伸
<3> 受迫高弹态
有些玻璃态高聚物在大应力作用下
能产生大的形变 (高弹形变 )
? 产生 原因,外力使链段运动松弛时间
Δ E,活化能 σ,外力
α, 材料常数 τ, 松弛时间
R, 气体常数 T, 温度
<3> 受迫高弹态
? 出现条件
屈服应力 σY >
断裂应力 σX
温度范围 Tb<T<Tg
Tb为脆化温度
拉伸速率适当
2— 3 结晶高聚物的拉伸
曲线可分为三个阶段
? 试样均匀拉伸应力随应变线性 至 Y
? 出现,细径,并不断扩展,应力几乎恒定
? 成径后继续均匀拉伸,应力 直至断裂
2-3 结晶高聚物的拉伸
? 分子机理,发热软化理论
? 外力作用
? 缩径区分子链取向
? 构象熵 S 减小,?S<0 放热
? 缩径区附近温度 ↑
? 屈服强度 ↓
? 容易变形使缩径进一步扩大
2-4 真应力 -应变曲线及其屈服判据
? 拉伸形变时截面积生变化 使
? 若形变时体积不发生变化则有
? 令,伸长比
? 则有,
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2-4 真应力 -应变曲线及其屈服判据
? 按照定义,屈服点为
? 则有,
为 曲线上屈线的斜率
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2-4 真应力 -应变曲线及其屈服判据
当 ? ?01010/ ??????????? 或时
§ 3 高聚物的强度
3-1 拉伸强度
<1>高聚物的理论强度
化学键破坏
高聚物拉断 分子间滑脱
次价力破坏
<1>高聚物的理论强度
? 化学键破坏 —— 分析思路
共价键的键能
每根键的键能
拉断一根键的力
拉断单位面积的力 (拉断强度 )
* C-C键的键能 U,350千焦 /克分子
* 每根键的键能, E=U/N≈6*10 -12尔格 /键
* 共价键的原子位移,
* 拉断一根键的力, F=E/d≈4*10 -4达因 /键A51d ???
<1>高聚物的理论强度
? 化学键破坏
PE的理论强度
由 PE晶胞计算得每 cm2有 ~5*1014根分子链
∴ σ ≈ (4*10-4达因 /键 )*(5*1014键 /cm2)
≈ 2*105 kg/cm2
PE 的实际强度, 200~400 kg/cm2
<1>高聚物的理论强度
? 分子间滑脱
? 分子链之间的次价力 (氢 +范 )全部破坏
? 一般 5A长度之间的次价力
约为 20千焦 /克分子
? 1000A长的分子链之间的次价力
可达, ~ 4000千焦 /克分子 ≈ 11U
对于不存在氢键的情况其作用为 3U
<1>高聚物的理论强度
? 次价力破坏 —— 局部破坏
? 氢键解离能 ~ 20 kJ/mol 作用距离 ~3A
破坏一个氢键约需作用力, 1× 10-10牛顿 /个
? 范德化力解离能 ~8 kJ/mol 作用距离 ~4A
破坏一个范德化力约需, 3× 10-11牛顿 /个
? 假定在 25A2上有一个氢键和一个范德化力
? 理论强度, 氢键作用 σ≈ 3× 103 kg/cm2
范德化力作用 σ≈ 1× 103 kg/cm2
? 与高度取向纤维的强度达到同一数量级
液晶聚芳酯纤维 σ≈ 1176 kg/cm2
<1>高聚物的理论强度
? 高聚物破坏的过程
首先 —— 在未取向部分的次价力 (局部 )
被破坏
然后 —— 由于应力集中使分子主链 (局
部 )断裂
最后 —— 继续由于应力集中使出现宏观
上的断裂
3-1 拉伸强度
<2> 影响聚合物强度的因素
? 高聚物分子结构的影响
* 增加分子链间的作用力可提高拉伸强度
* 引入极性基团和形成氢键的基团 σ
聚酰胺 (氢键 ) >聚氯乙烯 (极性基团 )>聚异丁烯
* 刚性链的结构因素使 σ和 E 均
<2> 影响聚合物强度的因素
? 结晶、取向和交联
? 结晶使分子间排列紧密 ——
分子间作用力 ↑ ∴ σ↑
? 取向 —— 分子链协同作用 ↑ ∴ σ↑
? 适度交联使分子间作用力 ↑ ∴ σ↑
过度交联将使材料变脆弱
<2> 影响聚合物强度的因素
? 分子量的影响
原因,
? 分子链的链端对强度无贡献
? 分子量越高端链所占比例越
少,强度越高
? 极性聚合物 (PA等 )
分子量应达 20000或以上
? 非极性聚合物 (PE等 )
分子量应达 50000或以上
<2> 影响聚合物强度的因素
? 共聚和共混
共聚和共混是改善力学性能的重要手段
脆性聚合物 + 韧性聚合物
两相体系
PS共混 —— HIPS(高抗冲聚苯乙烯 )
PS三元共聚 —— ABS
<2> 影响聚合物强度的因素
? 增塑剂和填充料
增塑剂加入使分子间作用 ↓σ↓
惰性填料 (CaCO3等 )—— 降低成本 σ↓
填料 活性填料 (碳黑等 ) —— 增强作用 σ ↑
功能性填料 —— 赋于高聚物某些特殊的功能
阻燃性, Mg(OH)2 ;Al(OH)3 等
减摩润滑性, 石墨 ;二硫化钼等
导电性, 导电碳黑,金属粉等
磁性, 铁氧体,稀土类元素
隔音性, 高密度金属粉
压电性, 钛酸锆钛酸铅等
<2> 影响聚合物强度的因素
? 应力集中
<2> 影响聚合物强度的因素
? 应力集中
当 a = b 时 σt≈ 3σo
当 a > b 时 σt≈ 10σo 甚至更大
<2> 影响聚合物强度的因素
? 拉伸温度影响, T↑
σ↓
? 拉伸速度影响, 速度 ↑
屈服强度 ↑ σ ↑
提高 (降低 )拉伸速率
降低 (升高 )拉伸温度
3-2 冲击强度 (韧性 )
<1>影响冲击强度的因素
结晶性, 高弹态下结晶的存在使冲击强度 ↑
玻璃态下结晶的寸在使冲击强度 ↓
填充料, 纤维状填充料可提高冲击强度
粉末状填充料一般使冲击强度 ↓
温度, 热塑性塑料在 Tg附近 T↑ 冲击强度 ↑
热固性塑料温度影响不明显
增塑剂, 加入后 冲击强度 ↑ 但拉伸强度 ↓
3-2 冲击强度 (韧性 )
<2>高聚物的增韧
? 开发高韧性 (高拉伸强度 )聚合物
工程塑料 —— 聚碳酸酯,聚砜,聚芳酯等
? 对通用塑料改性增韧
常用方法是橡胶增韧塑料
3-2 冲击强度 (韧性 )
? 1区, T<Tg(塑料 )
脆性 ;冲击强度低 ;
断面粗糙
? 2区, T>Tg(橡胶 )
强度开始增加
部分断面粗糙
? 3区, T>>Tg(橡胶 )
韧性,强度速增加
断面平滑
拉伸速度对增韧 PS力学性能的影响
拉伸速度
（吋 /分）
屈服强度
（相对值）
断裂伸长率
（ %）
0.05 239 22.2
0.25 268 26.0
1.25 317 22.3
5.0 353 12.0
20.0 334 3.5
高聚物的力学性能
§ 1 概述
1-1 描述力学性能的基本物理量
1-2 高聚物力学性能的特点
§ 2 高聚物的拉伸行为
2-1 应力应变曲线
2-2 玻璃态非晶高聚物的拉伸
2-3 结晶高聚物的拉伸
2-4 真应力 -应变曲线几其屈服判据
§ 3 高聚物的强度
§ 1概述
1-1 描述力学性质的基本物理量
应力 ;应变 (形变 );模强度 ;硬度等
拉伸强度 (断裂强度 )σ;断裂伸长率 ε
三种基本的应变类型
简单拉伸 简单剪切 均匀压缩
三种基本应变的模量
? 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
lO-试样原始长度
Δ l-伸长长度
0
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A
F
E
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三种基本应变的模量
? 剪切,
剪切模量,G (MPa)
σs ― 剪切应力
γ ― 剪切应变 = tg θ
?
?
?
?
?
tgA
F
G
0
S
三种基本应变的模量
? 压缩,
体积模量 B (Kg)
P ― 流体静压力
ΔV ― 体积变化
VO ― 原始体积
0
V
V
P
B
?
?
三种应变模量的关系
对于各向同性的材料有
E = 2G (1+ν) = 3B (1-2 ν)
ν(泊松比 ):横向形变与纵向形变之比
一般材料 ν约为 0.2~0.5
注意 !上述四个参数中只有两个是独立的
? ?
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t
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纵向形变
横向形变
不同材料的泊松比
材料名称 泊松比 材料名称 泊松比
锌 0.21 玻璃 0.25
钢 0.25~0.35 石料 0.16~0.34
铜 0.31~0.34 聚苯乙系 0.33
铝 0.32~0.36 聚乙烯 0.38
铅 0.45 赛璐珞 0.39
汞 0.50 橡胶类 0.49~0.50
常用的几种力学强度
? 拉伸强度 σ t= P/bd （最大负荷 /截面积 )Mpa
1 Mpa = 9.8 kg/cm2 ≈ 10 kg/cm 2
? 弯曲强度 σ f = 1.5(Plo/bd) MPa
? 冲击强度 σ i = W/bd Kg cm/cm2
注意 !不同方法测量结果会有不同
常见塑料的拉伸和弯曲强度
塑料名称 拉伸强度
（ MPa）
伸长率
%
拉伸模量
（ GPa）
弯曲强度
（ MPa）
弯曲模量
（ GPa）
低压聚乙烯 22～ 39 60～ 150 0.84～ 0.95 25～ 40 1.1～ 1.4
聚苯乙烯 35.2～ 63.3 12～ 25 2.8～ 3.5 61.2～ 98.4
ABS塑料 16.9～ 63.3 10～ 140 0.7～ 2.9 25.3～ 94.9 3.0
有机玻璃 49.2～ 77.3 2～ 10 3.2 91.4～ 119
聚丙烯 33.7～ 42.2 200～ 700 1.2～ 1.4 42.2～ 56.2 1.2～ 1.6
聚氯乙烯 35.2～ 63.3 20～ 40 2.5～ 4.2 70.3～ 112
尼龙 66 83 60 3.2～ 3.3 100～ 110 2.9～ 3.0
尼龙 6 74～ 78 150 2.6 100 2.4～ 2.6
尼龙 1010 52～ 55 100～ 250 1.6 89 1.3
聚甲醛 62～ 68 60～ 75 2.8 91～ 92 2.6
聚碳酸酯 67 60～ 100 2.2～ 2.4 98～ 106 2.0～ 3.0
聚砜 72～ 85 20～ 100 2.5～ 2.9 108～ 127 2.8
聚酰亚胺 94.5 68 ＞ 100 3.2
聚苯醚 86.5～ 89.5 30～ 80 2.6～ 2.8 98～ 137 2.0～ 2.1
氯化聚醚 42.3 60～ 160 1.1 70～ 77 0.9
线性聚酯 80 200 2.9 117
聚四氟乙烯 14～ 25 250～ 350 0.4 11～ 14
1-2 高聚物力学性能的特点
? 高弹性 —— 高聚物特有
显示高弹性的温度范围 (Tg~Tf)
分子量 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
1-2 高聚物力学性能的特点
? 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） 在研究高聚物力学行为
T（温度） 时必须同时考虑
t（时间）
1-2 高聚物力学性能的特点
? 比强度特高
比强度 —— 单位重量材料能承受的
最大负荷
几种金属材料和塑料 (增强 )的比强度
材 料 名 称 比 重 拉伸强度（ MPa） 比 强 度
高级合金钢 8.0 1280 160
A3钢 7.85 400 50
铝合金 2.8 420 160
铸铁 7.4 240 32
聚乙烯 0.95 30 31.6
尼龙 66 1.12 83 74.1
玻璃增强尼龙 66 1.3～ 1.5 98～ 218 143
聚酯玻璃钢 1.8 290 160
环氧玻璃钢 1.73 500 280
酚醛玻璃钢 1.75 200 115
玻璃增强聚碳酸酯 1.4 120～ 130 92.9
玻璃增强聚乙烯 1.1 63 57.3
玻璃增强聚丙烯 1.05～ 1.24 42～ 63 50.8
玻璃增强聚苯乙烯 1.2～ 1.3 63～ 84 64.6
玻璃增强聚砜 1.45 126 86.9
玻璃增强 ABS 1.23～ 1.36 59～ 133 97.8
§ 2 高聚物的拉伸行为
1— 1 应力 σ ～应变 ε 曲线
最常用于描述高聚物的力学性能
应力～应变曲线的形状取决于,
化学组成,结构
化学结构 分子量及其分布
支化交联
结局及取向
物理结构 晶区大小与形状
加工形态
试验测试条件 —— 温度、速率等
典型的 σ～ ε 曲线
典型的 σ～ ε 曲线
? 屈服点 Y, d σ /d ε = 0
Y前部 —— 弹性区域 E大形变小可逆
Y后部 —— 塑性区域 E小形变大不可逆
? 拉伸 (断裂 )强度 σ X
屈服点 Y前断裂 —— 脆性断裂
屈服点 Y后断裂 —— 韧性断裂
2 — 2 玻璃态非晶高聚物的拉伸
<1>温度影响
a) T << Tg 脆性断裂、形变小,σ ∝ ε
b) T < Tg 出现屈服点形变稍大
前部 σ ∝ ε
c) T < Tg 韧性断裂,形变大
前部 σ ∝ ε (有些高聚物出现 )
d) T > Tg 进入高弹态、形变大
不出现屈服点
2 — 2 玻璃态非晶高聚物的拉伸
2 — 2 玻璃态非晶高聚物的拉伸
<2> 拉伸速率的影响
断裂强度
拉伸速率 相当于温度
断裂伸长率
拉伸速率 相当于温度
2 — 2 玻璃态非晶高聚物的拉伸
<3> 受迫高弹态
有些玻璃态高聚物在大应力作用下
能产生大的形变 (高弹形变 )
? 产生 原因,外力使链段运动松弛时间
Δ E,活化能 σ,外力
α, 材料常数 τ, 松弛时间
R, 气体常数 T, 温度
<3> 受迫高弹态
? 出现条件
屈服应力 σY >
断裂应力 σX
温度范围 Tb<T<Tg
Tb为脆化温度
拉伸速率适当
2— 3 结晶高聚物的拉伸
曲线可分为三个阶段
? 试样均匀拉伸应力随应变线性 至 Y
? 出现,细径,并不断扩展,应力几乎恒定
? 成径后继续均匀拉伸,应力 直至断裂
2-3 结晶高聚物的拉伸
? 分子机理,发热软化理论
? 外力作用
? 缩径区分子链取向
? 构象熵 S 减小,?S<0 放热
? 缩径区附近温度 ↑
? 屈服强度 ↓
? 容易变形使缩径进一步扩大
2-4 真应力 -应变曲线及其屈服判据
? 拉伸形变时截面积生变化 使
? 若形变时体积不发生变化则有
? 令,伸长比
? 则有,
/???
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2-4 真应力 -应变曲线及其屈服判据
? 按照定义,屈服点为
? 则有,
为 曲线上屈线的斜率
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2-4 真应力 -应变曲线及其屈服判据
当 ? ?01010/ ??????????? 或时
§ 3 高聚物的强度
3-1 拉伸强度
<1>高聚物的理论强度
化学键破坏
高聚物拉断 分子间滑脱
次价力破坏
<1>高聚物的理论强度
? 化学键破坏 —— 分析思路
共价键的键能
每根键的键能
拉断一根键的力
拉断单位面积的力 (拉断强度 )
* C-C键的键能 U,350千焦 /克分子
* 每根键的键能, E=U/N≈6*10 -12尔格 /键
* 共价键的原子位移,
* 拉断一根键的力, F=E/d≈4*10 -4达因 /键A51d ???
<1>高聚物的理论强度
? 化学键破坏
PE的理论强度
由 PE晶胞计算得每 cm2有 ~5*1014根分子链
∴ σ ≈ (4*10-4达因 /键 )*(5*1014键 /cm2)
≈ 2*105 kg/cm2
PE 的实际强度, 200~400 kg/cm2
<1>高聚物的理论强度
? 分子间滑脱
? 分子链之间的次价力 (氢 +范 )全部破坏
? 一般 5A长度之间的次价力
约为 20千焦 /克分子
? 1000A长的分子链之间的次价力
可达, ~ 4000千焦 /克分子 ≈ 11U
对于不存在氢键的情况其作用为 3U
<1>高聚物的理论强度
? 次价力破坏 —— 局部破坏
? 氢键解离能 ~ 20 kJ/mol 作用距离 ~3A
破坏一个氢键约需作用力, 1× 10-10牛顿 /个
? 范德化力解离能 ~8 kJ/mol 作用距离 ~4A
破坏一个范德化力约需, 3× 10-11牛顿 /个
? 假定在 25A2上有一个氢键和一个范德化力
? 理论强度, 氢键作用 σ≈ 3× 103 kg/cm2
范德化力作用 σ≈ 1× 103 kg/cm2
? 与高度取向纤维的强度达到同一数量级
液晶聚芳酯纤维 σ≈ 1176 kg/cm2
<1>高聚物的理论强度
? 高聚物破坏的过程
首先 —— 在未取向部分的次价力 (局部 )
被破坏
然后 —— 由于应力集中使分子主链 (局
部 )断裂
最后 —— 继续由于应力集中使出现宏观
上的断裂
3-1 拉伸强度
<2> 影响聚合物强度的因素
? 高聚物分子结构的影响
* 增加分子链间的作用力可提高拉伸强度
* 引入极性基团和形成氢键的基团 σ
聚酰胺 (氢键 ) >聚氯乙烯 (极性基团 )>聚异丁烯
* 刚性链的结构因素使 σ和 E 均
<2> 影响聚合物强度的因素
? 结晶、取向和交联
? 结晶使分子间排列紧密 ——
分子间作用力 ↑ ∴ σ↑
? 取向 —— 分子链协同作用 ↑ ∴ σ↑
? 适度交联使分子间作用力 ↑ ∴ σ↑
过度交联将使材料变脆弱
<2> 影响聚合物强度的因素
? 分子量的影响
原因,
? 分子链的链端对强度无贡献
? 分子量越高端链所占比例越
少,强度越高
? 极性聚合物 (PA等 )
分子量应达 20000或以上
? 非极性聚合物 (PE等 )
分子量应达 50000或以上
<2> 影响聚合物强度的因素
? 共聚和共混
共聚和共混是改善力学性能的重要手段
脆性聚合物 + 韧性聚合物
两相体系
PS共混 —— HIPS(高抗冲聚苯乙烯 )
PS三元共聚 —— ABS
<2> 影响聚合物强度的因素
? 增塑剂和填充料
增塑剂加入使分子间作用 ↓σ↓
惰性填料 (CaCO3等 )—— 降低成本 σ↓
填料 活性填料 (碳黑等 ) —— 增强作用 σ ↑
功能性填料 —— 赋于高聚物某些特殊的功能
阻燃性, Mg(OH)2 ;Al(OH)3 等
减摩润滑性, 石墨 ;二硫化钼等
导电性, 导电碳黑,金属粉等
磁性, 铁氧体,稀土类元素
隔音性, 高密度金属粉
压电性, 钛酸锆钛酸铅等
<2> 影响聚合物强度的因素
? 应力集中
<2> 影响聚合物强度的因素
? 应力集中
当 a = b 时 σt≈ 3σo
当 a > b 时 σt≈ 10σo 甚至更大
<2> 影响聚合物强度的因素
? 拉伸温度影响, T↑
σ↓
? 拉伸速度影响, 速度 ↑
屈服强度 ↑ σ ↑
提高 (降低 )拉伸速率
降低 (升高 )拉伸温度
3-2 冲击强度 (韧性 )
<1>影响冲击强度的因素
结晶性, 高弹态下结晶的存在使冲击强度 ↑
玻璃态下结晶的寸在使冲击强度 ↓
填充料, 纤维状填充料可提高冲击强度
粉末状填充料一般使冲击强度 ↓
温度, 热塑性塑料在 Tg附近 T↑ 冲击强度 ↑
热固性塑料温度影响不明显
增塑剂, 加入后 冲击强度 ↑ 但拉伸强度 ↓
3-2 冲击强度 (韧性 )
<2>高聚物的增韧
? 开发高韧性 (高拉伸强度 )聚合物
工程塑料 —— 聚碳酸酯,聚砜,聚芳酯等
? 对通用塑料改性增韧
常用方法是橡胶增韧塑料
3-2 冲击强度 (韧性 )
? 1区, T<Tg(塑料 )
脆性 ;冲击强度低 ;
断面粗糙
? 2区, T>Tg(橡胶 )
强度开始增加
部分断面粗糙
? 3区, T>>Tg(橡胶 )
韧性,强度速增加
断面平滑
拉伸速度对增韧 PS力学性能的影响
拉伸速度
（吋 /分）
屈服强度
（相对值）
断裂伸长率
（ %）
0.05 239 22.2
0.25 268 26.0
1.25 317 22.3
5.0 353 12.0
20.0 334 3.5
