影響聚合物拉伸強(qiáng)度的因素

《高分子物理》課程團(tuán)隊(duì)：李彩虹余旺旺栗娟蘇珺知識(shí)點(diǎn)：影響聚合物拉伸強(qiáng)度的因素

1.聚合物結(jié)構(gòu)（1）高分子鏈結(jié)構(gòu)a.高分子材料強(qiáng)度上限取決于主鏈化學(xué)鍵力和分子鏈間作用力,增加極性或形成氫鍵可提高強(qiáng)度。

HDPEσt=21.6~38.2MPa;PVCσt=49MPa;

尼龍610σt=58.8MPa（極性和氫鍵）

極性基團(tuán)密度過(guò)大或取代基過(guò)大，雖然強(qiáng)度有所提高，但鏈運(yùn)動(dòng)受到阻礙，不能產(chǎn)生強(qiáng)迫高彈形變，呈脆性。

1、結(jié)構(gòu)因素

2、外在條件b.高分子鏈剛性增加，強(qiáng)度增加，韌性下降，故主鏈或側(cè)基含有芳雜環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物強(qiáng)度和模量比脂肪族主鏈要高。如PS：35.2~60MPa>PE：24.5MPac.支化：支化破壞了鏈的規(guī)整性使結(jié)晶度降低，還增加了分子間距離分子間作用力減少，都使強(qiáng)度下降。如LDPE：7~15MPa<HDPE：21~27MPad.交聯(lián)：適當(dāng)交聯(lián)，總是提高聚合物的強(qiáng)度，但如果交聯(lián)度太大，會(huì)使其脆性太大而失去應(yīng)用價(jià)值。例如聚乙烯交聯(lián)后，強(qiáng)度提高一倍。橡膠交聯(lián)后，強(qiáng)度大幅度提高。過(guò)度交聯(lián)會(huì)使材料變硬、脆，材料強(qiáng)度下降，限制了應(yīng)用。分子量是對(duì)高分子材料力學(xué)性能（包括強(qiáng)度、彈性、韌性）起決定性作用的結(jié)構(gòu)參數(shù)。強(qiáng)度分子量當(dāng)分子量很小時(shí)，強(qiáng)度隨著分子量增加而增加：此時(shí)分子間作用力小于化學(xué)鍵，破壞發(fā)生在分子間當(dāng)分子量大到一定值，強(qiáng)度與分子量無(wú)關(guān)：此時(shí)分子間作用力大于化學(xué)鍵，破壞發(fā)生在化學(xué)鍵上e.分子量分子量分布：分布寬，尤其是存在低分子量部分時(shí)，此時(shí)這些低分子物相當(dāng)于增塑劑，因而強(qiáng)度下降。①結(jié)晶度：微晶與物理交聯(lián)相似，因而結(jié)晶度提高，拉伸強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、彈性模量均提高，韌性下降，以PE為例。聚乙烯強(qiáng)度與結(jié)晶度的關(guān)系結(jié)晶度（％）657585斷裂強(qiáng)度14.41825斷裂伸長(zhǎng)500300100結(jié)晶度對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響（2）結(jié)晶和取向②晶體尺寸：球晶尺寸（

m）抗拉強(qiáng)度（N/m2）斷裂伸長(zhǎng)(%)1030050020225253012525小球晶：斷裂伸長(zhǎng)率、

i

高大球晶：下降球晶大小對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響③取向：可使材料強(qiáng)度提高幾倍～幾十倍，對(duì)纖維和薄膜，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，斷裂時(shí)主價(jià)鍵比例增大，而使聚合物強(qiáng)度提高。當(dāng)外力與取向方向平行，強(qiáng)度高，垂直，強(qiáng)度低。應(yīng)力集中物主要是指材料中的裂縫、空隙、缺口、銀紋和雜質(zhì)。受力時(shí)，這些缺陷附近范圍應(yīng)力急劇增加，可達(dá)平均應(yīng)力值幾十倍至幾百倍，導(dǎo)致材料破壞。產(chǎn)生原因：①混煉不均，塑化不足，夾氣②混入雜質(zhì)③冷卻速度不同，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力（4）增塑劑加入增塑劑，降低分子間作用力，從而使材料的拉伸強(qiáng)度下降，沖擊強(qiáng)度升高。（3）應(yīng)力集中物（1）拉伸速度拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度隨拉伸速度提高而提高。原因：高聚物作為一種粘彈性材料，其破壞過(guò)程是一個(gè)松弛過(guò)程。當(dāng)拉伸速度提高時(shí)，鏈段運(yùn)動(dòng)跟不上外力作用，為使材料屈服需要更大的外力，材料的屈服強(qiáng)度提高。2．外界條件（2）溫度當(dāng)時(shí)間一定時(shí)，升高溫度，鏈段活動(dòng)容易，屈服應(yīng)力降低，屈服強(qiáng)度低。相反降低溫度會(huì)使材料的鏈段運(yùn)動(dòng)能力降低，材料在更高的外力下發(fā)生脆性斷裂。總結(jié)：隨溫度的降低或拉伸速率的提高，

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、y、E增大，i、斷裂伸長(zhǎng)率減少，聚合物的破壞方式由韌