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高分子材料的力学性能及表征方法

发布于:2015-12-11__来源:伟德国际1946官网__点击量:【相关产品信息请进入>>伟德国际1946备用网址>>

用    途
  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(σ),极限形变(ε)及疲劳性能(包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材料,又有各自的特殊表征方法、例纤维、橡胶的力学性能表征。
表征方法及原理
  (1)拉伸性能的表征
用万能材料试验机,换上拉伸实验的样品夹具,在恒定的温度、湿度和拉伸速度下,对按一定标准制备的聚合物试样进行拉伸,直至试样被拉断。仪器可自动记录被测样品在不同拉伸时间样品的形变值和对应此形变值样品所受到的拉力(张力)值,同时自动画出应力-应变曲线。根据应力-应变曲线,我们可找出样品的屈服点及相应的屈服应力值,断裂点及相应的断裂应力值,样品的断裂伸长值。将屈服应力,断裂应力分别除以样品断裂处在初制样时样品截面积,即可分别求出该聚合物的屈服强度σ屈和拉伸强度(抗张强度)σ拉值。样品断裂伸长值除以样品原长度,即是聚合物的断裂伸长率ε。应力-应变曲线中,对应小形变的曲线中(即曲线中直线部分)的斜率,即是聚合物的拉伸模量(也称抗张模量)E值。聚合物试样拉伸断裂时,试样断面单维尺寸(厚或宽的尺寸)的变化值除以试样的断裂伸长率ε值,即为聚合物样品的“泊松比”(μ)的数值。
  
(2)压缩性能、弯曲性能、剪切性的表征。
用万能材料试验机,分别用压缩试验,弯曲试验,剪切试验的样品夹具,在恒定的温度、湿度及应变速度下进行不同方式的力学试验。并根据不同的计算公式,求出聚合物的压缩模量、压缩强度、弯曲模量、弯曲强度、剪切模量、剪切强度等数据。

(3)冲击性能的表征。
采用摆锤式冲击试验机,按一定标准制备样品,在恒定温度、湿度下,用摆锤迅速冲击被测试样,根据摆锤的质量和刚好使试样产生裂痕或破坏时的临界下落高度及被测样品的截面积,按一定公式计算聚合物试样的冲击强度(或冲击韧性单位为J/cm2)。

(4)聚合物单分子链的力学性能。
用原子力显微镜(AFM)。将聚合物样品配成稀溶液,铺展在干净玻璃片上,除去溶剂后得到一吸附在玻璃片上的聚合物薄膜(厚度约90mm)。用原子力显微镜针尖接触、扫描样品膜,由于针间与样品中高分子的相互作用,高分子链将被拉起,记录单个高分子链被拉伸时拉力的变化,直至拉力突然降至为零。可得到若干高分子链被拉伸时的拉伸力和拉伸长度曲线,由此曲线可估算单个高分子链的长度和单个高分子从凝聚态中被拉出时的“抗张强度”。
所用仪器

万能材料试验机
摆锤式冲击试验机
原子力显微镜AFM
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(σ),极限形变(ε)及疲劳性能(包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材料,又有各自的特殊表征方法、例纤维、橡胶的力学性能表征。

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