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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計，產(chǎn)品設計以及高分子新材料的使用條件。因此了解聚合物的力學(xué)性能數據，是我們掌握高分子材料的必要前提�！　【酆衔锪W(xué)性能數據主要是模量（E），強度（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的各種模量、強度、形變等可以代表聚合物受力不同的各種數據。由于高分子材料類(lèi)型的不同，實(shí)際應用及受力情況有很大的差變，因此對不同類(lèi)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)能材料試驗機，換上拉伸實(shí)驗的樣品夾具，在恒定的溫度、濕度和拉伸速度下，對按一定標準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)記錄被測樣品在不同拉伸時(shí)間樣品的形變值和對應此形變值樣品所受到的拉力（張力）值，同時(shí)自動(dòng)畫(huà)出應力－應變曲線(xiàn)。根據應力-應變曲線(xiàn)，我們可找出樣品的屈服點(diǎn)及相應的屈服應力值，斷裂點(diǎn)及相應的斷裂應力值，樣品的斷裂伸長(cháng)值。將屈服應力，斷裂應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度σ屈和拉伸強度（抗張強度）σ拉值。樣品斷裂伸長(cháng)值除以樣品原長(cháng)度，即是聚合物的斷裂伸長(cháng)率ε。應力－應變曲線(xiàn)中，對應小形變的曲線(xiàn)中（即曲線(xiàn)中直線(xiàn)部分）的斜率，即是聚合物的拉伸模量（也稱(chēng)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（厚或寬的尺寸）的變化值除以試樣的斷裂伸長(cháng)率ε值，即為聚合物樣品的“泊松比”（μ）的數值。
　　
（2）壓縮性能、彎曲性能、剪切性的表征。
用萬(wàn)能材料試驗機，分別用壓縮試驗，彎曲試驗，剪切試驗的樣品夾具，在恒定的溫度、濕度及應變速度下進(jìn)行不同方式的力學(xué)試驗。并根據不同的計算公式，求出聚合物的壓縮模量、壓縮強度、彎曲模量、彎曲強度、剪切模量、剪切強度等數據。

（3）沖擊性能的表征。
采用擺錘式?jīng)_擊試驗機，按一定標準制備樣品，在恒定溫度、濕度下，用擺錘迅速沖擊被測試樣，根據擺錘的質(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樣品的截面積，按一定公式計算聚合物試樣的沖擊強度（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�？傻玫饺舾筛叻肿渔湵焕鞎r(shí)的拉伸力和拉伸長(cháng)度曲線(xiàn)，由此曲線(xiàn)可估算單個(gè)高分子鏈的長(cháng)度和單個(gè)高分子從凝聚態(tài)中被拉出時(shí)的“抗張強度”。
所用儀器

萬(wàn)能材料試驗機
擺錘式?jīng)_擊試驗機
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計，產(chǎn)品設計以及高分子新材料的使用條件。因此了解聚合物的力學(xué)性能數據，是我們掌握高分子材料的必要前提。
　　聚合物力學(xué)性能數據主要是模量（E），強度（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的各種模量、強度、形變等可以代表聚合物受力不同的各種數據。由于高分子材料類(lèi)型的不同，實(shí)際應用及受力情況有很大的差變，因此對不同類(lèi)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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