工程材料第4章-4塑料和橡膠(已修改)
2025-01-06 14:57 本頁面
【正文】 ? 塑料和橡膠是以高分子聚合物為基礎(chǔ)添加各種助劑而成的混合物體系，在常溫下有固定的形狀和強(qiáng)度，在高溫下具有可塑性的高分子材料。 ? 塑料和橡膠的區(qū)別是塑料在常溫下處于玻璃態(tài)，強(qiáng)度較高；橡膠在常溫下處于高彈態(tài)，彈性較大。 塑料 ? 根據(jù)塑料的用途，可以分為通用塑料、工程塑料和特種塑料三大類。 ? 大多數(shù)塑料都能在加熱時反復(fù)地塑化，稱之為熱塑性塑料。另外有一些塑料，它們只能在第一次加工時塑化，做成固定的形狀。以后再把它加熱，形狀不再發(fā)生變化，這類塑料稱為熱固性塑料。熱固性塑料由于其內(nèi)部高分子的交聯(lián)結(jié)構(gòu)使本身的機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性都較熱塑性塑料好。 ? 高聚物的模量和強(qiáng)度 ? 與金屬材料相比，高聚物的模量和強(qiáng)度要低得多，其最大可能的斷裂伸長率又比金屬高得多。高聚物的彈性模量范圍為 7～ 35GPa，金屬材料的模量范圍為 48～ 410GPa；高聚物的最大強(qiáng)度為240MPa，而金屬材料中某些合金的強(qiáng)度可達(dá)3000MPa；高彈態(tài)高聚物的斷裂伸長率可達(dá)到1000％，而金屬塑性變形中最大的斷裂伸長率不超過 100％。 粘彈性 ? 理想的彈性固體材料受力時產(chǎn)生的彈性變形與時間無關(guān)。即變形與外力是同步的。而塑料受力時產(chǎn)生的彈性變形流變是隨時間而發(fā)展的。 ? 表現(xiàn)為：蠕變和應(yīng)力松馳 蠕變 ? 是在恒定應(yīng)力作用下變形隨時間而增加的現(xiàn)象。例如架空的聚氯乙烯電線套管的緩慢變彎 應(yīng)力松馳 ? 是高聚物產(chǎn)生一定形變后，在保持變形量不變條件下，應(yīng)力隨時間發(fā)展而逐漸衰減的現(xiàn)象。例如，連接管道的法蘭盤的密封墊片 (硬橡膠制品 )經(jīng)一定時間后，由于應(yīng)力松馳而產(chǎn)生泄漏。對線型分子鏈經(jīng)足夠長時間后，應(yīng)力可降為零。 力學(xué)損耗 ?輪胎在高速行使相當(dāng)長時間后，立即檢查內(nèi)層溫度，為什么達(dá)到燙手的程度？ ?高聚物受到交變力作用時會產(chǎn)生滯后現(xiàn)象，上一次受到外力后發(fā)生形變在外力去除后還來不及恢復(fù)，下一次應(yīng)力又施加了，以致總有部分彈性儲能沒有釋放出來。這樣不斷循環(huán)，那些未釋放的彈性儲能都被消耗在體系的自摩擦上，并轉(zhuǎn)化成熱量放出。 ? 這種由于力學(xué)滯后而使機(jī)械功轉(zhuǎn)換成熱的現(xiàn)象，稱為 力學(xué)損耗或內(nèi)耗 。 ? 以應(yīng)力～應(yīng)變關(guān)系作圖時，所得的曲線在施加幾次交變應(yīng)力后就封閉成環(huán)，稱為滯后環(huán)或滯后圈，此圈越大，力學(xué)損耗越大 回縮曲線 拉伸曲線 ?? 高聚物的屈服 大多數(shù)高聚物有屈服現(xiàn)象，最明顯的屈服現(xiàn) 象是拉伸中出現(xiàn)的 細(xì)頸現(xiàn)象 。它是獨(dú)特的力 學(xué)行為。并不是所有的高聚物材料都表現(xiàn)出 屈服過程，這是由于溫度和時間對高聚物的 性能的影響往往掩蓋了屈服行為的普遍性， 有的高聚物出現(xiàn)細(xì)頸和冷拉，而有的高聚物 脆性易斷。 (1)屈服應(yīng)變大 ：高聚物的屈服應(yīng)變比 金屬大得多，金屬 ，高聚物 （例如 PMMA的切變屈服為 ，壓縮屈服為 ） (2)屈服過程有應(yīng)變軟化現(xiàn)象 ：許多高 聚物在過屈服點后均有一個應(yīng)力不太 大的下降，叫應(yīng)變軟化，這時應(yīng)變增 大，應(yīng)力反而下降。 (3)屈服應(yīng)力依賴應(yīng)變速率 ：應(yīng)變速率增大，屈服應(yīng)力增大。 應(yīng)變速率對 PMMA真應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響 應(yīng)變速率增大 1 2 3 4 1—— 真應(yīng)變 4—— /分 3—— /分 2—— /分 真應(yīng)力 (4)屈服應(yīng)力依賴于溫度： 溫度升高，屈服應(yīng)力下降。在溫度達(dá)到 時，屈服應(yīng)力等于 0 gT溫度對醋酸纖維素應(yīng)力～應(yīng)變曲線的影響 應(yīng)力 應(yīng)變 80℃ 65℃ 50℃ 25℃ 0℃ － 25℃ 高聚物的沖擊韌性 ? 各類高聚物的沖擊韌性相差很大。未改性的聚苯乙烯，有機(jī)玻璃等脆性高聚物的沖擊韌性大都小于 0. 25J/cm2，聚碳酸酯等韌性高聚物的值大于。 ? 提高沖擊韌性有兩條途徑。一是將高聚物和增強(qiáng)纖維復(fù)合，提高強(qiáng)度。二是將塑料和橡膠共混，增加斷裂伸展率。兩種方法都可以使材料在受沖擊載荷時吸收更多的能量。經(jīng)過改性的高聚物其沖擊韌性可達(dá) 8 J/cm2。 聚乙烯（ PE） ? 聚乙烯是發(fā)展最為迅速，產(chǎn)量最大的一種塑料品種。 ? 按照聚合反應(yīng)的壓力，可分為高壓法和低壓法。 ? 高壓法制成的聚乙烯。由于產(chǎn)品的密度較小，僅－ ，因此被稱為低密度聚乙烯（ LDPE）。用低壓法生產(chǎn)的聚乙烯密度高，達(dá)～ ，故稱為高密度聚乙烯（ HDPE）。 HDPE是不透明的白色粉末，力學(xué)性能是所有 PE產(chǎn)品中最好的。熔點也高于 LDPE。
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