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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所要考慮的最主要性能。它牽涉到高分子新材料的材料設(shè)計，產(chǎn)品設(shè)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(shù)據(jù)，是我們掌握高分子材料的必要前提。　　聚合物力學(xué)性能數(shù)據(jù)主要是模量（E），強(qiáng)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(yīng)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(yīng)的各種模量、強(qiáng)度、形變等可以代表聚合物受力不同的各種數(shù)據(jù)。由于高分子材料類型的不同，實際應(yīng)用及受力情況有很大的差變，因此對不同類型的高分子材料，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
用萬能材料試驗機(jī)，換上拉伸實驗的樣品夾具，在恒定的溫度、濕度和拉伸速度下，對按一定標(biāo)準(zhǔn)制備的聚合物試樣進(jìn)行拉伸，直至試樣被拉斷。儀器可自動記錄被測樣品在不同拉伸時間樣品的形變值和對應(yīng)此形變值樣品所受到的拉力（張力）值，同時自動畫出應(yīng)力－應(yīng)變曲線。根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線，我們可找出樣品的屈服點及相應(yīng)的屈服應(yīng)力值，斷裂點及相應(yīng)的斷裂應(yīng)力值，樣品的斷裂伸長值。將屈服應(yīng)力，斷裂應(yīng)力分別除以樣品斷裂處在初制樣時樣品截面積，即可分別求出該聚合物的屈服強(qiáng)度σ屈和拉伸強(qiáng)度（抗張強(qiáng)度）σ拉值。樣品斷裂伸長值除以樣品原長度，即是聚合物的斷裂伸長率ε。應(yīng)力－應(yīng)變曲線中，對應(yīng)小形變的曲線中（即曲線中直線部分）的斜率，即是聚合物的拉伸模量（也稱抗張模量）E值。聚合物試樣拉伸斷裂時，試樣斷面單維尺寸（厚或?qū)挼某叽纾┑淖兓党栽嚇拥臄嗔焉扉L率ε值，即為聚合物樣品的“泊松比”（μ）的數(shù)值。
　　
（2）壓縮性能、彎曲性能、剪切性的表征。
用萬能材料試驗機(jī)，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(yīng)變速度下進(jìn)行不同方式的力學(xué)試驗。并根據(jù)不同的計算公式，求出聚合物的壓縮模量、壓縮強(qiáng)度、彎曲模量、彎曲強(qiáng)度、剪切模量、剪切強(qiáng)度等數(shù)據(jù)。

（3）沖擊性能的表征。
采用擺錘式?jīng)_擊試驗機(jī)，按一定標(biāo)準(zhǔn)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(jù)擺錘的質(zhì)量和剛好使試樣產(chǎn)生裂痕或破壞時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(qiáng)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，記錄單個高分子鏈被拉伸時拉力的變化，直至拉力突然降至為零。可得到若干高分子鏈被拉伸時的拉伸力和拉伸長度曲線，由此曲線可估算單個高分子鏈的長度和單個高分子從凝聚態(tài)中被拉出時的“抗張強(qiáng)度”。
所用儀器

萬能材料試驗機(jī)
擺錘式?jīng)_擊試驗機(jī)
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所要考慮的最主要性能。它牽涉到高分子新材料的材料設(shè)計，產(chǎn)品設(shè)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(shù)據(jù)，是我們掌握高分子材料的必要前提。
　　聚合物力學(xué)性能數(shù)據(jù)主要是模量（E），強(qiáng)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(yīng)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(yīng)的各種模量、強(qiáng)度、形變等可以代表聚合物受力不同的各種數(shù)據(jù)。由于高分子材料類型的不同，實際應(yīng)用及受力情況有很大的差變，因此對不同類型的高分子材料，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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