聚合物材料的力学性能(5)
发布时间:2021-06-12
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凡是能增加分子間作用力和鏈段運動阻力的結構因素,均能提高聚合物抗蠕變和應力鬆
弛能力。如:主鏈剛性大;相對分子品質高;分子極性強,分子間作用力大;聚合物交聯等。
聚四氟乙烯分子鏈雖然剛性大,但分子間作用力小,所以抗蠕變鬆弛能力弱。
聚氨脂橡膠由於分子極性強,分子間作用力大,所以抗蠕變性能好。
聚氯乙烯塑膠抗蠕變性能差,在架空時會因蠕變而逐漸彎曲。
二、動態粘彈性——內耗
聚合物的應變隨時間的變化始終落後于應力的變化,這一滯後效應稱為動態粘彈性現
象。由於存在滯後效應,使聚合物在交變應力作用下,應變來不及完全恢復。未能釋放的彈
性能消耗于克服分子間的內摩擦上,即產生了內耗。這種內耗轉化為熱能。
§10-5 聚合物的力學性能
1、強度 比金屬低得多,一般為20~80MPa,比強度較金屬的高。
實際強度僅為其理論值的1/200。此與其結構缺陷(如裂紋、雜質、氣泡、空洞和表面劃
痕等)和分子鏈斷裂不同時性有關。
主要的結構因素有:
(1)高分子鏈極性大或形成氫鍵能顯著提高強度。
(2)主鏈剛性大,強度高,但是鏈剛性太大,會使材料變脆。
(3)分子鏈支化程度增加,降低抗拉強度。
(4)分子間適度進行交聯,提高抗拉強度;但交聯過多,因影響分子鏈取向,反而降低
強度。
2、銀紋與斷裂過程
在拉應力作用下,非晶態聚合物的某些薄弱地區,可應力集中產生局部塑性變形,結果在其
表面和內部會出現閃亮的、細長形的“類裂紋”,稱為銀紋(Craze)。
“類裂紋”中有空洞,還有稱為銀紋質的聚合物。
銀紋區仍有力學強度,但其密度較低,銀紋具有可逆性,在壓應力作用下或經玻璃化溫度以
上退火處理,銀紋將會減少和消失。
銀紋是非晶態聚合物塑性變形的一種特殊形式,銀紋的形成增加聚合物的韌性,因為它
使聚合物的應力得到鬆弛;同時,銀紋中的微纖維表面積大,可吸收能量,對增加韌性也有
作用。
聚合物形成銀紋類似於金屬韌性斷裂前產生的微孔。
3、硬度與耐磨性
(1)硬度 聚合物的硬度也比金屬低得多。
由於聚合物具有較大的柔性和彈性,故在不少場合下顯示出較高的抗劃傷能力。
(2)耐磨性
聚合物的化學組成和結構與金屬相差很大,兩者的粘著傾向很小。
在幹摩擦條件下,聚合物一金屬摩擦副的耐磨性通常優於大多數金屬與金屬配對
的摩擦副。大多數液體對塑膠具有潤滑減摩作用。
特有的高彈性,可使接觸表面產生變形而不是切削犁溝損傷,故具有較好的抗磨粒磨損能力。
但在鑿削式磨粒磨損情況下,聚合物的耐磨性比較差。
4、疲勞強度 聚合物的疲勞強度低於金屬。
聚合物的疲勞破壞過程有兩種方式:①因大範圍滯後能累加產生的熱量使其軟化,喪失承
載能力,是為熱疲勞破壞。②粘性流動是熱疲勞破壞的主要原因;②在疲勞載荷作用下裂紋萌生、
擴展引起的機械疲勞斷裂。