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高分子材料的力學(xué)性能及表征方法

　　聚合物的力學(xué)性能是高分子聚合物在作為高分子材料使用時(shí)所要考慮的最主要性能。它牽涉到高分子新材料的材料設(shè)計(jì)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及高分子新材料的使用條件。因此了解聚合物的力學(xué)性能數(shù)據(jù)，是我們掌握高分子材料的必要前提。　　聚合物力學(xué)性能數(shù)據(jù)主要是模量（E），強(qiáng)度（σ），極限形變（ε）及疲勞性能（包括疲勞極限和疲勞壽命）。由于高分子材料在應(yīng)用中的受力方式不同，聚合物的力學(xué)性能表征又按不同受力方式定出了拉伸（張力）、壓縮、彎曲、剪切、沖擊、硬度、摩擦損耗等不同受力方式下的表征方法及相應(yīng)的各種模量、強(qiáng)度、形變等可以代表聚合物受力不同的各種數(shù)據(jù)。由于高分子材料類型的不同，實(shí)際應(yīng)用及受力情況有很大的差變，因此對(duì)不同類型的高分子材料，又有各自的特殊表征方法、例纖維、橡膠的力學(xué)性能表征。
表征方法及原理
　�。�1）拉伸性能的表征
用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，換上拉伸實(shí)驗(yàn)的樣品夾具，在恒定的溫度、濕度和拉伸速度下，對(duì)按一定標(biāo)準(zhǔn)制備的聚合物試樣進(jìn)行拉伸，直至試樣被拉斷。儀器可自動(dòng)記錄被測(cè)樣品在不同拉伸時(shí)間樣品的形變值和對(duì)應(yīng)此形變值樣品所受到的拉力（張力）值，同時(shí)自動(dòng)畫出應(yīng)力－應(yīng)變曲線。根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線，我們可找出樣品的屈服點(diǎn)及相應(yīng)的屈服應(yīng)力值，斷裂點(diǎn)及相應(yīng)的斷裂應(yīng)力值，樣品的斷裂伸長(zhǎng)值。將屈服應(yīng)力，斷裂應(yīng)力分別除以樣品斷裂處在初制樣時(shí)樣品截面積，即可分別求出該聚合物的屈服強(qiáng)度σ屈和拉伸強(qiáng)度（抗張強(qiáng)度）σ拉值。樣品斷裂伸長(zhǎng)值除以樣品原長(zhǎng)度，即是聚合物的斷裂伸長(zhǎng)率ε。應(yīng)力－應(yīng)變曲線中，對(duì)應(yīng)小形變的曲線中（即曲線中直線部分）的斜率，即是聚合物的拉伸模量（也稱抗張模量）E值。聚合物試樣拉伸斷裂時(shí)，試樣斷面單維尺寸（厚或?qū)挼某叽纾┑淖兓党栽嚇拥臄嗔焉扉L(zhǎng)率ε值，即為聚合物樣品的“泊松比”（μ）的數(shù)值。
　　
（2）壓縮性能、彎曲性能、剪切性的表征。
用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，分別用壓縮試驗(yàn)，彎曲試驗(yàn)，剪切試驗(yàn)的樣品夾具，在恒定的溫度、濕度及應(yīng)變速度下進(jìn)行不同方式的力學(xué)試驗(yàn)。并根據(jù)不同的計(jì)算公式，求出聚合物的壓縮模量、壓縮強(qiáng)度、彎曲模量、彎曲強(qiáng)度、剪切模量、剪切強(qiáng)度等數(shù)據(jù)。

（3）沖擊性能的表征。
采用擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)，按一定標(biāo)準(zhǔn)制備樣品，在恒定溫度、濕度下，用擺錘迅速?zèng)_擊被測(cè)試樣，根據(jù)擺錘的質(zhì)量和剛好使試樣產(chǎn)生裂痕或破壞時(shí)的臨界下落高度及被測(cè)樣品的截面積，按一定公式計(jì)算聚合物試樣的沖擊強(qiáng)度（或沖擊韌性單位為J/cm2）。

（4）聚合物單分子鏈的力學(xué)性能。
用原子力顯微鏡（AFM）。將聚合物樣品配成稀溶液，鋪展在干凈玻璃片上，除去溶劑后得到一吸附在玻璃片上的聚合物薄膜（厚度約90mm）。用原子力顯微鏡針尖接觸、掃描樣品膜，由于針間與樣品中高分子的相互作用，高分子鏈將被拉起，記錄單個(gè)高分子鏈被拉伸時(shí)拉力的變化，直至拉力突然降至為零。可得到若干高分子鏈被拉伸時(shí)的拉伸力和拉伸長(zhǎng)度曲線，由此曲線可估算單個(gè)高分子鏈的長(zhǎng)度和單個(gè)高分子從凝聚態(tài)中被拉出時(shí)的“抗張強(qiáng)度”。
所用儀器

萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)
擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)
原子力顯微鏡AFM
聚合物的力學(xué)性能是高分子聚合物在作為高分子材料使用時(shí)所要考慮的最主要性能。它牽涉到高分子新材料的材料設(shè)計(jì)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及高分子新材料的使用條件。因此了解聚合物的力學(xué)性能數(shù)據(jù)，是我們掌握高分子材料的必要前提。
　　聚合物力學(xué)性能數(shù)據(jù)主要是模量（E），強(qiáng)度（σ），極限形變（ε）及疲勞性能（包括疲勞極限和疲勞壽命）。由于高分子材料在應(yīng)用中的受力方式不同，聚合物的力學(xué)性能表征又按不同受力方式定出了拉伸（張力）、壓縮、彎曲、剪切、沖擊、硬度、摩擦損耗等不同受力方式下的表征方法及相應(yīng)的各種模量、強(qiáng)度、形變等可以代表聚合物受力不同的各種數(shù)據(jù)。由于高分子材料類型的不同，實(shí)際應(yīng)用及受力情況有很大的差變，因此對(duì)不同類型的高分子材料，又有各自的特殊表征方法、例纖維、橡膠的力學(xué)性能表征。
 


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