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影响高分子材料力学强度因素总结

作者:
和晟仪器
来源:
上海和晟仪器科技有限公司
发布时间:
2019/08/19 17:06
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影响聚合材料力学强度的因素,可以根据以下因素逐一排查导致材料力学性能降低的原因,也可以通过以下因素改善材料的力学性质。

1、材料的化学结构,分子链结构,分子链支化,主要因素和根本因素。

凡是能够化学键和分子间作用力的因素都会影响材料强度,比如氢键和分子极性,芳杂环极性高于脂肪链。分子间作用力越大材料强度和模量一般是越高。比如:PA6强于硬质PVC,硬质PVC强于LDPE,因为PA6是极性聚合物而且存在氢键,PVC为极性聚合物,而LDPE极性很小。芳香族尼龙强度大于脂肪族尼龙的强度,聚苯醚强度大于脂肪族聚醚强度,因为苯环的引入增大了分子间的作用力,苯环的极性大于脂肪链,苯环直接存在共轭电子效应等。

分子链的支化显著影响材料的力学性能。直链高分子材料力学一般优于侧链高分子的力学性能,比如主链型的液晶高分子材料,力学性能远远高于侧链型的液晶高分子。原因在于侧链高分子分子间距离增大,分子间作用力减小。由上,可以推断出材料支化后分子间距离增大,相互作用力减小,拉伸强度减小。

交联又是一个可以显著影响材料强度的因素。一般交联程度增加,拉伸强度材料模量增大。但是实际情况比较复杂,有的材料交联增加强度降低(特别是对于结晶聚合物),有时增加适当增加交联度可以提高材料的断裂伸长率,有时又会降低材料的断裂伸长率。鉴于交联剂含量对材料力学影响结果多样,所以工程师在研究材料交联时需要仔细研究其影响。

2、材料的分子量

根据经验,分子量增大,材料的拉伸强度冲击强度增大,著名的超高分子量聚乙烯UHWPE纤维强度超高(有多高?百度一下吧,反正高于碳纤维)。但是并不是所有材料强度随分子量增加而增加,而且分子量增长到一定数值时,分子量对强度的影响不明显。分子量影响材料加工流动性明显。

3、结晶和取向对材料的影响

一般,结晶度提高可以提高材料的拉伸强度和模量,包括弯曲强度,但是降低材料的韧性、冲击强度和断裂伸长率。取向对材料的影响同样重要,主链型液晶高分子取向和侧链型高分子取向情况不一致,使力学性能差异较大。经过取向处理的材料与未处理时力学性能不一致。

4、材料缺陷和应力集中的影响

材料内部的气泡、银纹、裂纹和空隙等因素往往降低材料的强度,因为这些缺陷往往造成材料在缺陷上产生应力集中,破坏材料的强度。

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