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1、附件一：科研训练选题表选题名称 高分子力学性能特点学生姓名 杨根存 专业 高分子材料与工程手 机 18256970263年级学号 2012 级2012211972 联系方式E-mail 指导教师 郝文涛 职称内容要求实施计划项目成果提交方式指导教师意见系（中心）意见学院意见科研训练报告书项目名称： 分子力学性能特点学生姓名： 杨根存 学 号： 2012211972 专业班级： 高分子材料与工程-2 班 指导教师： 郝文涛 目录1 摘要：.12 正文：2.1 概念.12.2 不同材料力学性能.22.3 力学性能指标和特点：.42.4 高分子材料力学实验：.62.5 应用：.63 研究心得：10参
2、考文献和资料：摘要：高分子是有机高聚物，是相对分子质量较高的物质。材料包括金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料。高分子材料性能是高分子聚合物在结构上所具有的力学性能，在受外力作用下高分子材料产生一定的形变。与金属材料、无机非金属材料相比高分子在粘弹性特征、松弛特性、高弹性、冲击韧性、抗张强度方面又具有一定的优越性。高分子材料按特性又可分为橡胶、纤维、塑料。塑料又包括通用型塑料、工程塑料。橡胶又包括天然橡胶和合成橡胶。今天，我想就高分子材料为主线，简单研究一下高分子材料所具有的一些方面的力学性能。概念：从我们以前学过的化学知识中可以知道，高分子材料其实是有机化合物, 有机化合物是碳元素的化合
3、物除碳原子外, 其他元素主要是氢、氧、氮等碳原子与碳原子之间, 碳原子与其他元素的原子之间, 能形成为数众多的、具有不同结构的有机化合物。有机化合物具有很独特的功能高分子中可以把某些有机物结构替换, 以改变高分子的特性。不同材料力学性能特点：高分子材料可以分为塑料、橡胶和合成纤维三大类，其中塑料可作为工程结构材料使用。聚合物的力学性能是高分子聚合物在作为高分子材料使用时所要考虑的最主要性能。它牵涉到高分子新材料的材料设计，产品设计以及高分子新材料的使用条件。因此了解聚合物的力学性能数据，是我们掌握高分子材料的必要前提。聚合物力学性能数据主要是模量（E） ，强度（） ，极限形变（）及疲劳性能（包
4、括疲劳极限和疲劳寿命） 。由于高分子材料在应用中的受力方式不同，聚合物的力学性能表征又按不同受力方式定出了拉伸（张力） 、压缩、弯曲、剪切、冲击、硬度、摩擦损耗等不同受力方式下的表征方法及相应的各种模量、强度、形变等可以代表聚合物受力不同的各种数据。由于高分子材料类型的不同，实际应用及受力情况有很大的差变，因此对不同类型的高分子，其力学性能也不同。高分子力学性能的主要特点有可挤压性.可模塑性可延展性.可防性等等。具体是材料受挤压作用时获取和保持形状的能力.在温度和压力作用下产生形变和在模具中控制成型能力.在一个或两个方向上受到压延或拉伸的形变能力.通过成型而形成连续固态纤维的能力。材料性能也称
5、为机械性能。任何材料受力后都要产生变形，变形到一定程度即发生断裂。这种在外载作用下材料所表现的变形与断裂的行为叫力学行为，它是由材料内部的物质结构决定的，是材料固有的属性。同时, 环境如温度、和加载速率对于高分子材料的力学行为有很大的影响。因此高分子材料的力学行为是外加载荷与环境因素共同作用的结果。聚合物材料力学性能是材料抵抗外加载荷引起的变形和断裂的能力。在力学性能方面，它的高弹性、粘弹性和其力学性能对时间与温度强烈的依赖关系，是高分子材料与金属材料显著的差别。高分子材料包括塑料、纤维、橡胶（1）塑料是热塑性塑料和热固性塑料总称。按力学性能可分为两类，一类是塑性很好，延伸率可达几十几百，一部
6、分热塑性材料属于这种情况；一类是比较脆，其拉伸过程简单，拉伸曲线与铸铁类似，热固性材料都属于这种情况。以尼龙位例，尼龙作为工程塑料，与其他塑料相比，有其显著的特点。尼龙是一种半硬质塑料，质地坚韧，有较好的机械性能，特别是耐冲击性能，是其他塑料不可比拟的。但尼龙作为结构件，它蠕变性大，耐热性低，收缩率大，尺寸稳定性差。用玻璃纤维增强后其力学性能、热性能显著提高，特别是拉伸强度和弯曲强度成倍增长。 （2）橡胶是一种伸缩性优异的高分子材料。在应用橡胶材料的过程中，通常在胶料加入各种填料，以提高橡胶的性能，满足现代工程所需要的强度、耐磨性、抗老化等各种性能。(3)纤维一般弹性较大，弹性纤维具有高断裂伸
7、长、低模量和高回弹性的合成纤维. 根据弹性机理差异，弹性纤维可分为软、硬链段镶嵌的本征弹性纤维，如氨纶、橡胶丝、热塑性聚酯弹性体 （TPEE） 。高分子材料力学试验：（1）材料在外力作用下所表现的力学行为称为材料的力学性能.材料的力学性能与材料本身的部分、结构、工艺条件等许多因素有关，材料的力学性能数据有实验来确定。均质各项同性材料具有简单的力学性能，最简单的一个杠杆在外力作用下，其单位面积上所受的应力=F/S。 （2）材料的拉伸压缩试验，拉伸试验，是在实验机上，对试样施加载荷值至断裂来测定试样所能承受的最大载荷及相应的形变，也称应力-应变曲线图。应力应变曲线拉伸实验是最常用的一种力学实验，由
8、实验测定的应力应变曲线，可以得出评价材料性能的屈服强度，断裂强度和断裂伸长率等表征参数，不同的高聚物、不同的测定条件，测得的应力应变曲线是不同的。应力与应变之间的关系，即： Pbd01%tIE式中应力，MPa；应变，；E弹性模量，MPa；A 为屈服点，A 点所对应力叫屈服应力或屈服强度。的为断裂点，D 点所对应力角断裂应力或断裂强度由于不同的高分子材料，在结构上不同，表现为应力-应变曲线的形状也不同目前大致可归纳成 5 种类型 (a)的特点是软而弱。拉伸强度低，弹性模量小，且伸长率也不大，如溶胀的凝胶等。(b)的特点是硬而脆。拉伸强度和弹性模量较大，断裂伸长率小，如聚苯乙烯等。 (c)的特点是
9、硬而强。拉伸强度和弹性模量大，且有适当的伸长率，如硬聚氯乙烯等。(d)的特点是软而韧。断裂伸长率大，拉伸强度也较高，但弹性模量低，如天然橡胶、顺丁橡胶等。(e)的特点是硬而韧。弹性模量大、拉伸强度和断裂伸长率也大，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙等。（3）冲击强度与硬度试验：冲击强度是评价材料抵抗冲击的能力或判断材料脆性或韧性的程度，对于高分子材料，它把材料的抗冲击性能放在很重要的地位，它的抗冲击性受温度、湿度、冲击速度、几何形状。材料历史和应力方式等因素的影响。硬度是物体抵抗其他物体压入的能力，或是：一个硬物压在材料表面上时，材料抵抗弹性、塑性和破坏的能力。硬度试验可用三种方式确定，即抗凹痕、回
10、弹效率和抗划伤.（4）纤维复合材料力学试验：纤维复合材料刚度、强度大，疲劳性能好，要想把复合材料用到结构件上，则必须解决其基本力学性能数据、环境条件下的力学性能、疲劳损伤和无损检测等，对于复合材料来说重点是提供设计数据和质量检测。（5）高分子材料的黏弹特性：高分子材料力学行为的特点是高弹性和黏弹性.理想的弹性材料服从胡可定理。高分子材料的黏弹性表现在它有突出的力学松弛现象，同时，温度对其力学性能影响也很大，特别是热塑性塑料，温度的变化可以使其呈现三种不同的力学状态，即玻璃态、高弹态和粘流态.在一定的温度下，不同的外力作用速率也能使热塑性塑料呈现不同的力学状态。力学性能指标：（1）聚合物材料的力
11、学性能通过材料的强度、刚度、硬度、塑性、韧性等方面来反映。定量描述这些性能的是力学性能指标。力学性能指标包括屈服强度、抗拉强度、延伸率、截面收缩率、冲击韧性、疲劳极限、断裂韧性等。这些力学性能指标是通过一系列试验测定的。实验包括静载荷试验、循环载荷试验、冲击载荷试验以及裂纹扩展试验。其中静载荷拉伸试验是测定大部分材料常用力学性能指标的通用办法。 （2）高分子材料的应力一应变特性一般可分为 5 种类型: 软而弱，此类材料模量低，强度低，而断裂伸长为中等水平。硬而脆，模量较高，强度大，但断裂伸长率低。硬而强，模量、强度高，断裂伸长率可达5%。软而韧，模量及屈服应力低，断裂伸长率大。硬而韧，模量、强
12、度及断裂伸长均大，屈服应力大，拉伸过程中出现细颈和冷拉现象。高分子材料的应力一应变特性对温度和时间具有很强的依赖性。应用：高分子化合物具有质量轻强度高和加工性能好等优点。广泛应用于交通.土木工程等领域。然而高分子材料在使用过程中因长时间受到外力.化学物质.热和光等作用。容易形成裂纹，从而影响使用寿命。若能对材料的裂纹进行修复，恢复其力学性能，则可延长其使用寿命，传统的修复方法包括焊接.打补丁和新树脂固化等。但仅能修复材料表面的裂纹，无法对其内部的裂纹进行修复，并且耗费大量的人力和物力。目前，世界上有机高分子材料的研究正在不断地加强和深入一方面，对重要的通用有机高分子材料继续进行改进和推广，使它
13、们的性能不断提高，应用范围不断扩大例如，塑料一般作为绝缘材料被广泛使用，但是近年来，为满足电子工业需求，又研制出具有优良导电性能的导电塑料导电塑料已用于制造电池等，并可望在工业上获得更广泛的应用另一方面，与人类自身密切相关、具有特殊功能的材料的研究也在不断加强，并且取得了一定的进展，如仿生高分子材料、高分子智能材料等这类高分子材料在宇航、建筑、机器人、仿生和医药领域已显示出潜在的应用前景总之，有机高分子材料的应用范围正在逐渐扩展，高分子材料必将对人们的生产和生活产生越来越大的影响纤维混凝土是在混凝土中掺入适量的纤维从而改善力学性能和脆性破坏特性，达到减少裂缝，提高混凝土力学强度韧性及抗冲击性能
14、的效果，但纤维的品种较多，弹性模量的高低不同，不同弹性模量的纤维对混凝土基体的增强作用也不一样。与普通混凝土相比，聚丙烯腈纤维混凝土在延性、耐久性、抗冲击性、抗疲劳性、抗折强度、抗弯强度等方面具有比较优异的特性。将聚丙烯纤维掺入水泥混凝土中的力学性能在国内外已有一定的研究，并取得了较好的效果。弹性纤维是指具有高断裂伸长、低模量和高回弹性的合成纤维。含有弹性纤维的衣物，既贴合人体体型，展现美的天然曲线，增加美感；又不会对人体的活动造成束缚，迎合了人们对舒适性的要求。因此，人们越来越多地将弹性纤维应用到各种织物上去，例如泳装、滑雪服、球衣、弹性胸罩、紧身衣、丝袜等。研究心得：通过对高分子材料力学性
15、能的研究，了解了很多关于高分子的知识，知道了什么是高分子，高分子材料的力学性能特点，与金属材料相比，与无机非金属材料相比，高分子材料独特的粘弹性特征，高分子材料的松弛特性、高分子材料的高弹性、高分子材料力学性能的测试与表征；高分子材料的应力-应变曲线特点，了解了高分子材料的强而韧、软而韧、硬而强、硬而脆、软而弱，应力-应变曲线与温度、变速率的关系，高分子材料的冲击韧性、高分子材料力学性能与分子结构以及分子运动的一般关系。常见高分子材料的力学性能特点（拉伸，或抗张强度范围，断裂伸长率范围，冲击韧性范围，弯曲强度范围，硬度；不同种类塑料的力学性能特点。通用型塑料：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯 ABS 树脂；工程塑料；不同种类橡胶的力学性能（与上述塑料不同，无冲击韧性指标，无硬度指标和弯曲强度指标；天然橡胶；合成橡胶：乙丙橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、丙烯酸酯橡胶不同种类纤维的力学性能；聚丙烯腈纤维、尼龙纤维、超高分子量聚乙烯纤维；上述这些高分子材料，在其力学性能方面都有其力学性能的优越性。参考文献：分子材料 化学工业出版社 主编：高俊刚 李源宣分子材料力学实验 科学出版社 主编：许凤和高分子物理 （第
