關(guān)于材料性能總結(jié)(doc12頁)

1、關(guān)于材料性能總結(jié)（doc 12頁）第1章緒論金屬材料的基本特性：結(jié)合鍵為金屬鍵，常規(guī)方法生產(chǎn)的金屬為晶體 結(jié)構(gòu) 金屬在常溫下一般為固體，熔點較高 具有金屬光澤純金屬范性大，展性、延性也大強度較高自由電子的存在，金屬的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性好多數(shù)金屬在空氣中易被氧化 高分子材料的基本特性: 結(jié)合鍵主要為共價鍵和范德華鍵 分子量大，無明顯熔點，有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、 粘流溫度；并有熱塑性和熱固性兩類 力學(xué)狀態(tài)有玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)，強度較 質(zhì)量輕 良好的絕緣性優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性成型方法較多 有長的分子鏈無機非金屬材料（以陶瓷為例）的基本特性: 結(jié)合鍵主要是離子鍵、共價鍵以及它們的的混 合鍵 硬而脆、韌性低、抗壓

2、不抗拉、對缺陷敏感 熔點較高，具有優(yōu)良的耐高溫、抗氧化性能 自由電子數(shù)目少、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性較小 耐化學(xué)腐蝕性好 耐磨損 成型方式為粉末制坯、燒結(jié)成型 材料科學(xué)與工程四要素：材料科學(xué)與工程的定義（國際公認）是：研究有 關(guān)材料成份/結(jié)構(gòu)、制備/合成、性能/組織和使 用效能及其關(guān)系的科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)。第2章材料結(jié)構(gòu)簡述 結(jié)合鍵的類型與材料的物理性能和力學(xué)性能的 關(guān)系：1.物理性能：熔點：熔點的高低代表了材料穩(wěn)定性的程度。熔點與鍵能值有較好的對應(yīng)關(guān)系。共價鍵、離子 鍵化合物的熔點較高，其中純共價鍵的金剛石具 有最高的熔點，金屬的熔點相對較低，這是陶瓷 材料比金屬具有更高熱穩(wěn)定性的根本原因。金屬 中過渡族

3、金屬有較高的熔點，特別是難熔金屬W、Mo、Ta等熔點更高，這可能起因于內(nèi)殼層電子 未充滿，使結(jié)合鍵中有一定比例的共價鍵混合所 致。具有分子間力結(jié)合的材料，它們的熔點一定 偏低，如聚合物等。材料的密度與結(jié)合鍵類型有關(guān)：大多數(shù)金屬有 高的密度：金屬元素有較高的相對原子量；金 屬鍵的結(jié)合方式?jīng)]有方向性，總是趨于密集排 列。陶瓷材料的密度較低：原子排列不可能致 密，共價結(jié)合時，相鄰原子的個數(shù)要受到共價鍵 數(shù)目的限制，離子結(jié)合則要滿足正、負離子間電 荷平衡的要求，它們的相鄰原子數(shù)都不如金屬 多。聚合物密度最低：次價鍵結(jié)合，分子鏈堆垛 不緊密，并且組成原子（C、H、0等）質(zhì)量較小 材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性與結(jié)

4、合鍵類型有關(guān)：金屬鍵使金屬材料具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性， 而由非金屬鍵結(jié)合的陶瓷物或聚合物則在固態(tài) 下不導(dǎo)電，它們可以作為絕緣體或絕熱體在工程 上應(yīng)用。2 .力學(xué)性能: 結(jié)合鍵能與彈性模量E：彈性模量意義：即E 相當(dāng)于發(fā)生單位彈性變形所需的應(yīng)力。結(jié)合鍵 能與彈性模量兩者間有很好的對應(yīng)關(guān)系。金剛 石具有最高的彈性模量值，E=1000GPao其他 一些工程陶瓷如碳化物、氧化物、氯化物等結(jié)合鍵能也較高，彈性模量為250 600GPa。常用 金屬材料的彈性模量約為70 350GPao聚合 3. 5GPa物由于二次鍵的作用，彈性模量僅為0.7 結(jié)合鍵能與強度：一般來說，結(jié)合鍵能高的， 強度也高一些。然而

5、強度在很大程度上還取決于 材料的其他結(jié)構(gòu)因素，如材料的組織，因此強度 與鍵能之間的對應(yīng)關(guān)系不如彈性模量明顯。結(jié)合鍵能與塑性：金屬鍵賦予材料良好的塑 性，而離子鍵、共價鍵結(jié)合，使塑性變形困難, 所以陶瓷材料的塑性很差。但是高分子材料由 于次價鍵結(jié)合，表現(xiàn)良好的塑性。我們在研究影響材料性能的各種因素時，不能忽 視的是：盡管一種材料的基本性質(zhì)取決于它的原 子或分子結(jié)構(gòu)，但其本體性質(zhì)則是由原子或分子 的排列狀態(tài)所控制的。如果把物質(zhì)的成分看作是 磚的話，那么決定一座房子的最終性能和特征的 是用怎樣的方式把磚壘起來。所以，研究聚集態(tài) 結(jié)構(gòu)特征、形成條件及其對制品性能的影響是控 制產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)計材料的重要基

6、礎(chǔ)。高分子材料中不同范德華力的作用：范德華鍵包括：靜電力、誘導(dǎo)力和色散力，屬于 物理鍵，系次價鍵，不如化學(xué)鍵強大，但能很大 程度改變材料性質(zhì)。靜電力發(fā)生在具有永久偶極的分子之間，鍵合強 度大約是共價鍵的1/50到1/200o永久偶極是 由于共價鍵所結(jié)合的原子具有不同的電負性引 起的，電負性表示的是原子核吸引價電子的強度 大小。原子核的質(zhì)子數(shù)目越多，被填充的電子殼 層離核越近，原子核的電負性就越大。隨著溫度 的升高，大分子的熱運動增加會使偶極作用降 低。在偶極矩相等且偶極對稱排列的情況下其偶 極可相互抵消，如聚四氟乙烯。具有偶極-偶極 結(jié)合力的聚合物可以溶解在許多極性液體中。誘導(dǎo)力是極性分子的永

7、久偶極與它在其他分子 上引起的誘導(dǎo)偶極之間的相互作用力，例如帶負 電荷的永久偶極排斥另一個分子中呈電中性原 子的電子，因此在另一個分子上誘導(dǎo)產(chǎn)生一個偶 極，這個誘導(dǎo)偶極又導(dǎo)致一個偶極一偶極鍵的強 度增加。誘導(dǎo)力強度是永久偶極強度的1/10,但 與溫度無關(guān)。色散力是電子運動引起電子云變形而產(chǎn)生瞬時 偶極之間的相互作用力，占所有分子間作用力的 8 0 %-9 0 %.由色散力產(chǎn)生的強度是主價鍵 或共價鍵的1/500到1/1000,與溫度有關(guān)。非 極性高聚物中的分子間作用力主要是色散力。第3章高分子材料簡介 溫度/時間依賴性：所謂粘彈性，是指具有類似于粘性液體和純彈 性固體兩者的性質(zhì)，粘性液體具有作

8、用力與變形 速率成比例的性質(zhì)，純彈性固體具有作用力和變 形成比例的性質(zhì)。對粘性系統(tǒng)所作的功是完全轉(zhuǎn)化成熱能而消耗掉的；與之相反，對彈性系統(tǒng)作 功，所有的功以勢能形式貯存起來。高分子材料 具有這樣的兩重性，以致它的力學(xué)性能是非常復(fù) 雜而又有趣的。高分子材料對溫度和時間強烈的 依賴關(guān)系是由于高分子具有粘彈性的結(jié)果。粘彈 性是與“時間”相關(guān)的概念！實際上，多數(shù)物質(zhì)對外力作用的響應(yīng)表現(xiàn)為彈 性和粘性雙重特性。對于高分子材料，這種粘彈 特性特別突出。時間也能改變塑料和橡膠。同 在室溫下，處于玻璃態(tài)的塑料若在幾百年的時間 尺度上可以看成象橡膠一般易于變形。雖然塑料 的歷史還沒這么久，我們無法用實驗證明這一

9、 點，但歐洲有幾百年歷史的教堂上的窗玻璃能觀 察到上薄下厚的變化。另一方面橡膠在極短時間 內(nèi)觀察則成為塑料，例如飛機上的橡膠輪胎在高 速下遇到外來物體的撞擊會像玻璃一樣碎掉，原 因就是如此。密度和支鏈化程的區(qū)別: 對同一種高分子材料，密度大小表示支化的程 度，支鏈化程度越小，密度越大，材料硬度強度 越好，而韌性降低。對于高分子材料來說，密度 大小表示高分子鏈之間接近的程度，或者說密堆 的程度。第4章靜載載荷作用下的力學(xué)性能 應(yīng)變（strain）：當(dāng)材料受到外力作用而又不產(chǎn) 生慣性移動時，其幾何形狀和尺寸會發(fā)生變化, 這種變化稱為應(yīng)變或形變。應(yīng)力（stress）：材料發(fā)生宏觀變形時，其內(nèi)部 分子

10、及原子間發(fā)生相對位移，產(chǎn)生分子及原子間 對抗外力的附加內(nèi)力，達到平衡時，附加內(nèi)力與 外力大小相等，定義單位面積上的附加內(nèi)力為應(yīng) 力。平衡時,其值與單位面積上所受的外力相等。模量（modulus）：對于理想的彈性固體，應(yīng)力 與應(yīng)變的關(guān)系服從虎克定律，即應(yīng)力與應(yīng)變成正 比，比例常數(shù)稱為彈性模量，簡稱模量。彈性模 量的單位與應(yīng)力的單位相同。拉伸應(yīng)變：材料在拉伸作用下產(chǎn)生的形變稱為拉 伸應(yīng)變，也稱相對伸長率。拉伸應(yīng)力:CT4)這種拉伸應(yīng)變和拉伸應(yīng)力的定義在工程上被廣 泛運用，稱為工程應(yīng)變和工程應(yīng)力或習(xí)用應(yīng)變和 習(xí)用應(yīng)力。真應(yīng)力：用真實的瞬時截面積A代替A0除其相 應(yīng)的拉伸力F得到的應(yīng)力。真應(yīng)變：因試樣

11、長度在不斷變化，某一瞬時拉伸 試樣的長為1 ,載荷增量dF ,伸長d 1 ,則 該瞬時應(yīng)變率為d 1 / 1,則試樣自1。伸長至1 后，總應(yīng)變率為真應(yīng)變，記為e t真應(yīng)變與工程應(yīng)變之間的關(guān)系(若假設(shè)拉伸過程 中體積不變)：8t = In = ln(l + w)若拉伸變形是等體積變化，則真應(yīng)力總是大于工 程應(yīng)力，真應(yīng)變總是小于工程應(yīng)變。彈性：是指材料在外力作用下保持和恢復(fù)固有形 狀和尺寸的能力。拉伸強度Tensile strength：在規(guī)定的實驗溫度、濕度和實驗速度下，在標(biāo)準試樣上沿軸向施 加拉伸載荷直至斷裂前試樣承受的最大載荷P 與試樣橫截面的比值。屈服強度(yield strength)：

12、又稱為屈服極限, 是材料屈服的臨界應(yīng)力值，定義為材料開始產(chǎn)生 宏觀塑性變形時的應(yīng)力。對于屈服現(xiàn)象明顯的材 料，屈服強度就是屈服點的應(yīng)力(屈服值)；如 果材料的應(yīng)力一應(yīng)變曲線不能明確表示屈服應(yīng) 力而且試樣在較高的應(yīng)變值發(fā)生斷裂時，x%補償屈服應(yīng)力可作為材料的一個特征值來使用O 響應(yīng)至應(yīng)變的x%時的應(yīng)力，即從應(yīng)變軸x %處作x%補償屈服應(yīng)力。：應(yīng)力一應(yīng)變曲線偏離線性斜率為E的直線?；蛘哒f是與應(yīng)力-應(yīng)變的直線 關(guān)系的極限偏差達到規(guī)定值時的應(yīng)力，通常為0. 2%的永久形變.有些鋼材(如高碳鋼)無明顯的屈服現(xiàn)象，通常以 發(fā)生微量的塑性變形(0.2%)時的應(yīng)力作為該鋼 材的屈服強度，稱為條件屈服強度。應(yīng)變

13、硬化：繼續(xù)拉伸時，由于分子鏈取向排列, 使硬度提高，從而需要更大的力才能形變。比彈性模量E/P：材料的彈性模量與其單位體積質(zhì)量（密度）的比值，也稱為比模量或比剛度, 單位為m或emo 強迫高彈形變：玻璃態(tài)聚合物本來被凍結(jié)的鏈段 開始運動，高分子鏈的伸展提供了材料大的形 變。這種運動本質(zhì)上與橡膠的高彈形變一樣，只 不過是在外力作用下發(fā)生的，是鏈段的運動。為 了與普通的高彈形變相區(qū)別，通常稱為強迫高彈 形變。壓縮模量：物體在受單向或單軸壓縮時應(yīng)力與應(yīng) 變的比值。實驗上可由應(yīng)力-應(yīng)變曲線起始段的 斜率確定。徑向同性材料的壓縮模量值常與其楊 氏模量值近似相等。壓縮強度：在壓縮試驗中，試樣直至破裂（脆性

14、 材料）或產(chǎn)生屈服（非脆性材料）時所承受的最大 壓縮應(yīng)力。壓縮強度以試驗過程中最大破壞力除 以受壓面積表示（在溫度和其它條件不變時）。計算時采用的面積是試樣的原始橫截面積。彎曲強度：彎曲強度是在規(guī)定實驗條件下對標(biāo)準 試樣施加靜彎曲力矩，直到試樣斷裂為止。剪切強度:是指材料在斷裂前能夠承受的最大剪 應(yīng)力。t f =0. 5 t高分子材料的強度可以按以下順序排列：剪切強度拉伸強度壓縮強度彎曲強度 硬度值的含義: 硬度值的物理意義隨試驗方法的不同，其含義不 同。一般可以認為，硬度是指材料表面上不大的 體積內(nèi)抵抗變形或破裂的能力。從這個意義來 講，硬度的大小與材料的拉伸強度和彈性模量有 關(guān)，而硬度實驗

15、又不破壞材料且方法簡單。HB代表的是布氏硬度值，HV表示維氏硬度，HK 表示努氏硬度，KS表示肖氏硬度 彈性模量和彈性的區(qū)別: 彈性模量表征材料抵抗變形能力，模量越大，愈 不容易變形，表示材料剛度越大。三大高分子 材料在模量上有很大區(qū)別，橡膠的模量較低，纖 維的模量較高，塑料居中。彈性是指材料在外力作用下保持和恢復(fù)固有形 狀和尺寸的能力。拉伸曲線每個階段的含義:(1) 0A段，應(yīng)力一應(yīng)變呈直線關(guān)系變化，為符 合虎克定律的彈性形變區(qū)，直線斜率相當(dāng)于材料彈性模量。(2)屈服應(yīng)力：越過A點，應(yīng)力一應(yīng)變曲線偏離直線，說明材料開始發(fā)生塑性形變，極大值Y點稱材料的屈服點，其對應(yīng)的應(yīng)力、應(yīng)變分別稱 屈服應(yīng)力

16、(或屈服強度)和屈服應(yīng)變 。發(fā)生屈服時，試樣上某一局部會出現(xiàn)“細頸”現(xiàn) 象，材料應(yīng)力略有下降，發(fā)生“應(yīng)力軟化”。(3)大形變區(qū)(又稱強迫高彈形變)：隨著應(yīng)變增加，在很長一個范圍內(nèi)曲線基本平坦，“細頸” 區(qū)越來越大。拉伸時細頸不會變細拉斷，而是向 兩端擴展，直至整個試樣完全變細為止，外力幾 乎不增加,應(yīng)變卻大幅度增加,可達百分之幾百。這一階段加熱可以恢復(fù)。(4)應(yīng)變硬化：繼續(xù)拉伸時，由于分子鏈取向排列,使硬度提高,從而需要更大的力才能形變。(5)斷裂：達到B點時材料斷裂，與B點對應(yīng) 的應(yīng)力、應(yīng)變分別稱材料的拉伸強度(或斷裂強 度)。b 和斷裂伸長率 b,它們是材料發(fā)生破壞的極限強度和極限伸長率。

17、(6)曲線下的面積等于W = J： ads相當(dāng)于拉伸試樣直至斷裂所消耗的能量，單位為J-m-3,稱斷裂能或斷裂功，反映材料的拉伸斷裂韌性大小的物理量。應(yīng)力應(yīng)變曲線（宏觀力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)關(guān)系）: （待定）（1）硬而脆型此類材料彈性模量高（0A段斜率大）而斷裂 伸長率很小2%）,沒有屈服點。在很小應(yīng)變下, 材料尚未出現(xiàn)屈服已經(jīng)斷裂，斷裂強度較高。在 室溫或室溫之下，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、 酚醛樹脂等表現(xiàn)出硬而脆的拉伸行為。（2）硬而強型此類材料彈性模量高，斷裂強 度高，斷裂伸長率小（一般為5%）,出現(xiàn)屈服 點，具有某些輕金屬的特征，稱為半脆性破壞。通常材料拉伸到屈服點附近就發(fā)生破壞（大約為

18、5%）o硬質(zhì)聚氯乙烯制品屬于這種類型。（3）硬而韌型 此類材料彈性模量、屈服應(yīng)力 及斷裂強度都很高，斷裂伸長率也很大，應(yīng)力一 應(yīng)變曲線下的面積很大，說明材料韌性好，是優(yōu)良的工程材料。（4）軟而韌型此類材料彈性模量和屈服應(yīng)力較低，斷裂伸長率大（20%1000%）,斷裂強度可能較高，應(yīng)力一應(yīng)變曲線下的面積大。各種橡 膠制品和增塑聚氯乙烯具有這種應(yīng)力一應(yīng)變特 征。(5)軟而弱型 此類材料彈性模量低，斷裂強 度低，斷裂伸長率也不大。一些聚合物軟凝膠和 干酪狀材料具有這種特性。Considere 作圖法: 真應(yīng)力：5 =b(l + &)在工程應(yīng)力一應(yīng)變曲線中，如果在彈性極限后出 現(xiàn)峰值(極大值)，便將該

19、峰值定義為屈服點。即：在工程應(yīng)力是極大的那點，真應(yīng)力與工程應(yīng) 變具有如下的關(guān)系：ds l上式在真應(yīng)力-應(yīng)變曲線上標(biāo)示的是一條從應(yīng)變 軸上-1處向曲線作的切線。這樣，工程應(yīng)力的 極大值就和真應(yīng)力-應(yīng)變曲線上這條切線的切點 具有相同的應(yīng)變。過了這點，形變的任何增加都 會引起工程應(yīng)力的下降。這通常被稱作Consid4re作圖。銀紋的微觀結(jié)構(gòu): 定義：銀紋現(xiàn)象為聚合物所特有，材料的某些薄 弱部分出現(xiàn)應(yīng)力集中而產(chǎn)生局部的塑性形變的 取向，以至在材料表面或內(nèi)部垂直于應(yīng)力方向上 出現(xiàn)長度為100 Um,寬度為lOlim左右，厚度為1口山的微細凹槽（微裂紋）現(xiàn)象，這些微裂 紋所處的材料表面呈銀白色閃光，故這種

20、微裂紋 稱為銀紋。特征：應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象，密度為本體的50%,高 度取向的高分子微纖。銀紋進一步發(fā)展一裂縫一 脆性斷裂。銀紋實質(zhì)上是由空穴和高度取向的高聚物纖維 相互貫穿構(gòu)成的。空穴在整個銀紋中占40-65 %, 所以銀紋的密度比材料本體的密度低，其平均密 度為本體的40-60%。銀紋的產(chǎn)生與受載方式有 關(guān)。只有在拉伸應(yīng)力作用下，形成空穴，使體積 有較大的局部增大，才能產(chǎn)生銀紋，且各個銀紋 平面都與拉伸應(yīng)力方向垂直。純壓縮應(yīng)力不產(chǎn)生 銀紋。微纖方向與外力平行，銀紋長度方向與外力垂直。第5章材料的沖擊韌性 沖擊強度：沖擊強度是量度材料在高速沖擊下的 韌性大小和抗斷裂能力的參數(shù)，是標(biāo)準試樣在沖 擊斷裂

21、時單位面積上所消耗的能量。沖擊強度與韌性的關(guān)系: 韌性是指材料在破壞前吸收外加能量的能力。沖擊強度是量度材料在高速沖擊下的韌性大小 和抗斷裂能力的參數(shù)，是標(biāo)準試樣在沖擊斷裂時 單位面積上所消耗的能量，是一種廣義的能量 力，不是通常的斷裂應(yīng)力。材料抗沖擊性能與其 沖擊過程所消耗的能量有關(guān)，所消耗的能量越 大，韌性越好。高分子材料抗沖擊強度是指標(biāo)準試樣受高速沖 擊作用斷裂時,單位斷面面積（或單位缺口長度） 所消耗的能量。它描述了高分子材料在高速沖擊 作用下抵抗沖擊破壞的能力和材料的抗沖擊韌 性，有重要工藝意義。但它不是材料基本常數(shù)， 其量值與實驗方法和實驗條件有關(guān)。沖擊強度的單位：J/m2第6章疲

22、勞和摩擦磨損 疲勞和摩擦磨損是在動態(tài)使用過程中材料出現(xiàn) 的兩種破壞行為，直接關(guān)系到塑料和橡膠制品的 耐久性和安全性。疲勞破壞是指材料在低于其破壞強度的條件下, 在承受周期性應(yīng)力（或應(yīng)變）過程中，材料表面 或內(nèi)部產(chǎn)生微（細）觀損傷，并逐步發(fā)展為宏觀 裂紋直至斷裂的現(xiàn)象。摩擦磨損是相互接觸的物體在相對運動中，表層 材料不斷損傷的過程，是由摩擦而產(chǎn)生的必然結(jié) 果。高分子材料的疲勞和摩擦磨損過程是粘彈性非 平衡過程，具有不同的熱效應(yīng)。在力場作用下, 材料內(nèi)部和表面將產(chǎn)生力化學(xué)反應(yīng)，如鏈斷裂、 老化反應(yīng)以及與環(huán)境介質(zhì)的反應(yīng)等o 交變應(yīng)力：像這樣隨時間而循環(huán)變化的應(yīng)力稱為 交變應(yīng)力。交變應(yīng)力隨時間變化的歷

23、程稱為應(yīng)力 譜（應(yīng)力一時間曲線）。若應(yīng)力變化幅度為常值，稱為等幅交變應(yīng)力。若 應(yīng)力變化幅度也是周期性變化的，或應(yīng)力變化幅度具有偶然性，稱為變幅交變應(yīng)力，也稱隨機交 變應(yīng)力。交變應(yīng)力的描述:應(yīng)力循環(huán) 循環(huán)。循環(huán)次數(shù)- 最大應(yīng)力 表 o最小應(yīng)力 表 O 循環(huán)特征- 表示平均應(yīng)力0 m表示。 應(yīng)力幅值- 示應(yīng)力值每重復(fù)變化一次成為一個應(yīng)力重復(fù)變化的次數(shù)，用N表示。應(yīng)力循環(huán)中的最大值，用應(yīng)力循環(huán)中的最大值，用o max。min最小應(yīng)力與最大應(yīng)力的比值，用r最大應(yīng)力與最小值的平均值，用應(yīng)力變化幅度的均值，用。a表疲勞：工程構(gòu)件在服役過程中，由于承受變動載 荷或反復(fù)承受應(yīng)力和應(yīng)變，即使所受的應(yīng)力低于 斷裂

24、強度或屈服強度，也會導(dǎo)致裂紋萌生和擴 展，以至構(gòu)件材料斷裂而失效，或使其力學(xué)性質(zhì) 變壞，這一過程，或這一現(xiàn)象稱為疲勞。疲勞壽命:試樣在交變循環(huán)應(yīng)力或應(yīng)變作用下直 至發(fā)生破壞前所經(jīng)受應(yīng)力或應(yīng)變的循環(huán)次數(shù)，用 N表示。疲勞極限：在疲勞試驗中，應(yīng)力交變循環(huán)大至無 限次而試樣仍不破損時的最大應(yīng)力叫疲勞極限。 （一個應(yīng)力值，當(dāng)應(yīng)力等于或低于這個值時，材 料可承受的周期數(shù)為無限大）。許多塑料事實上 并不存在疲勞極限，為此，特用循環(huán)次數(shù)達到 107至108次而試樣尚有50%不破壞情況下的應(yīng) 力表示疲勞極限。一般熱塑性聚合物的疲勞極限 約為靜態(tài)極限強度的l/5o疲勞強度的含義：材料的疲勞強度通常用疲勞極 限表

25、示，因此在某種程度上疲勞極限即疲勞強 度。疲勞極限定義為：在指定的疲勞壽命下，試件所 能承受的上限應(yīng)力幅值。摩擦：兩個相互接觸的物體或物體與介質(zhì)之間在 外力作用下，發(fā)生相對運動或者有相對運動的趨 勢時，在接觸表面上所產(chǎn)生的阻礙作用稱為摩 擦。阻礙相對運動的力即為摩擦力，表征摩擦的 參數(shù)是摩擦系數(shù)。摩擦副：是指摩擦材料與其對偶組成的整體，例如制動盤和剎車塊就是典型的摩擦副 磨損：是在摩擦作用下物體相對運動時，表面逐 漸分離出磨屑從而不斷損傷的現(xiàn)象。橡膠工業(yè)中 的磨損稱為磨耗。摩擦與磨損是一個過程的兩個方面：有摩擦必然 導(dǎo)致磨損；產(chǎn)生了磨損，根源在于摩擦 摩擦系數(shù)（friction factor）

26、是指兩表面間的摩擦力和作用在其接觸面上給予的正壓力之比 值。疲勞磨損：在周期性交變載荷的作用下，由于聚 合物與對偶材料表面部分微凸體的相互作用，使 界面接觸點（區(qū)域）發(fā)生局部變形和應(yīng)力集中，從 而聚合物的表層和亞表層形成裂紋而導(dǎo)致聚合 物損失或破壞的現(xiàn)象稱為聚合物的疲勞磨損。疲勞壽命曲線是如何得到的？有什么信息？ 3個 區(qū)域？ 如何得到：對試樣施加一個規(guī)定的交變載荷 （。），并且記錄下產(chǎn)生破壞所需的循環(huán)次數(shù)（疲 勞壽命，N）；對同樣尺寸的一組試樣施加不同 交變載荷進行試驗，得到一組點（每個。值對應(yīng) 一個N值），可繪制出。-N曲線。可以施加軸向載荷，扭轉(zhuǎn)載荷或者彎曲載荷。根 據(jù)平均載荷和循環(huán)載荷

27、的不同幅度，試樣中的合 成應(yīng)力可能在整個載荷循環(huán)過程中在同一個方 向，或者也可能在相反方向?？傻玫嚼瓑豪?曲線，脈動疲勞曲線，扭轉(zhuǎn)疲勞曲線等，這些曲 線統(tǒng)稱為。-N曲線。通常，試驗在給定應(yīng)力比r或平均應(yīng)力。m的前 提下進行,根據(jù)不同應(yīng)力水平的試驗結(jié)果，以最 大應(yīng)力。或應(yīng)力幅。a為縱坐標(biāo),疲勞壽命N為 橫坐標(biāo)繪制。-N曲線，表示壽命的橫坐標(biāo)采用 對數(shù)標(biāo)尺，表示應(yīng)力的縱坐標(biāo)采用算術(shù)標(biāo)尺或?qū)?數(shù)標(biāo)尺。-N曲線也稱為疲勞壽命曲線，是研究材料的 疲勞過程和預(yù)測疲勞壽命的重要手段。信息：低循環(huán)疲勞區(qū)，在很高的應(yīng)力下和很小的 循環(huán)次數(shù)后，試件即發(fā)生斷裂。一般認為低循環(huán) 疲勞發(fā)生在循環(huán)應(yīng)力超出彈性極限，疲

28、勞壽命 N=l/4104或105之間，因此低循環(huán)疲勞又稱為 短壽命疲勞。高循環(huán)疲勞區(qū)，在高循環(huán)疲勞區(qū)，循環(huán)應(yīng)力低于 彈性極限，疲勞壽命長，N 105次循環(huán)，且隨 循環(huán)應(yīng)力降低而大大延長。在此區(qū)內(nèi)，試件的疲勞壽命長，故可將高循環(huán)疲勞稱為長壽命疲勞。試件在最終斷裂前，整體上無可測的塑性變形, 因而在宏觀上表現(xiàn)為脆性斷裂。不論在低循環(huán)疲 勞區(qū)或高循環(huán)疲勞區(qū)，試件的疲勞壽命總是有限 的，故可將上述兩個合稱為有限壽命區(qū)。無限壽命區(qū)或安全區(qū)，試件在低于某一臨界值幅 oac下，可以經(jīng)受無數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生斷裂，疲勞壽命趨于無限：即。aW oac, N=oo0故可將。ac稱為材料的理論疲勞極限或耐久限。若。

29、-N曲線存在一條水平漸進線，其高度即 為。ac,又稱為疲勞極限。磨損過程大致可分為以下三個階段:A.跑合（磨合）階段：由于機械加工的表面具有一定的不平度存在；運轉(zhuǎn)初期，摩擦副的實際接 觸面積較小,單位面積上的實際載荷較大，因此, 磨損速度較快。經(jīng)跑合后尖峰高度降低，峰頂半 徑增大，實際接觸面積增加，磨損速度降低。B.穩(wěn)定磨損階段：機件以平穩(wěn)緩慢的速度磨損,這個階段的長短就代表機件使用壽命的長短。該 段的斜率就是磨損速率。實驗室的磨損試驗就是 根據(jù)該段經(jīng)歷的時間、磨損速率或磨損量來評定材料耐磨性能的。多數(shù)工件均在此階段服役，磨 合的越好，該階段磨損速率就越低。C.劇烈磨損階段：經(jīng)過長時間的穩(wěn)定磨

30、損后，由于摩擦副對偶表面間的間隙和表面形貌的改變 以及表層的疲勞，其磨損率急劇增大，使機械效 率下降、精度喪失、產(chǎn)生異常振動和噪聲、摩擦 副溫度迅速升高，最終導(dǎo)致摩擦副完全失效。;擦的轉(zhuǎn)移方向: 聚合物自身的剪切強度（內(nèi)聚能）決定了材料的 轉(zhuǎn)移特性與其粘著磨損特性。材料轉(zhuǎn)移也是按從 內(nèi)聚能較小的一方向內(nèi)聚能大的一方轉(zhuǎn)移這個 順序。降低磨粒磨損的方法: 若是低應(yīng)力磨粒磨損，則應(yīng)設(shè)法提高表面硬度。若遇重載荷，甚至大沖擊載荷下磨損，則基體材 料組織最好是高硬度、良好韌性的塑料 為減輕磨粒磨損，除注重滿足潤滑條件外，還應(yīng) 合理地選擇摩擦副的材料，降低表面粗糙度值以 及加裝防護密封裝置等。 高分子材料的

31、耐磨性及其表征方法：材料抵抗磨損的性能。常用磨損量或磨損系數(shù)表 征。第7章聚合物的熱性能和燃燒性質(zhì) 線性熱膨脹系數(shù)a ：= A/。二 aAT線性熱膨脹系數(shù)的定義為每度溫度升高產(chǎn)生的 應(yīng)變。材料的熱膨脹系數(shù)一般為數(shù)十到數(shù)百10. K。聚合物大分子之間主要是范德華力，所以熱膨脹系數(shù)最高。鍵能越強，熱膨脹系數(shù)越小。體積熱膨脹系數(shù)：a=AV/(V AT)式中AV為所給溫度變化AT下物體體積的改變，V為物體 體積。強度：材料在經(jīng)受外力或其他作用時抵抗破壞的能力。單位：模量:材料在受力狀態(tài)下應(yīng)力與應(yīng)變之比。單位: 聚合物熱膨脹系數(shù)大，常導(dǎo)致成型加工尺寸穩(wěn)定 性差。減少聚合物熱膨脹系數(shù)是提高其耐熱性能 的一

32、個重要方面。熱塑性塑料的線膨脹系數(shù)比熱固性塑料大，這是 因為交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)聚合物為三維共價鍵結(jié)合，所以膨 脹系數(shù)低。對線性長鏈聚合物，由于其分子間弱的范氏力結(jié) 合，膨脹系數(shù)較高；但它的聚集狀態(tài)以及其晶態(tài) 結(jié)構(gòu)與玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)的相對數(shù)量，都對熱膨脹特征 有影響。由于線性長鏈聚合物的聚集狀態(tài)取決于 加工歷史以及熔體的冷去速度等，其膨脹系數(shù)具 有較大幅度的可變性。另外，對聚合物而言，長鏈分子中的原子沿鏈方 向是共價鍵相連的,而在垂直于鏈的方向上，鄰 近分子間的相互作用是弱的范德華力，因此結(jié)晶 聚合物和取向聚合物的熱膨脹有很大的各向異 性。在各向同性聚合物中，分子鏈是雜亂取向的,其 熱膨脹在很大程度上取決于微弱

33、的鏈間相互作 用。熱變形溫度(Heat deflection temperature, HDT)：對非結(jié)晶塑料，HDT比Tg小1020；對 結(jié)晶塑料，HDT則接近于Tm。聚合物長期耐熱性的表征:用溫度-時間極限(熱 壽命)表征聚合物長期耐熱性。定義：聚合物材料某種性能在給定的貯存時間(老化到一定程度 時的)內(nèi)保持某一極限值的最高溫度。熱老化實驗涉及三個參數(shù)：性能，時間，溫度。固定性能(失效標(biāo)準)，考察溫度和時間的關(guān)系, 即熱壽命曲線。聚合物老化是指在時間進程中聚合物材料所經(jīng) 受的不可逆化學(xué)過程和物理過程的總和。表現(xiàn)在 其物理性能或特殊功能上的相應(yīng)變壞，如發(fā)硬、 發(fā)粘、脆化、變色、強度降低或喪失

34、，以及功能 高分子的原有功能衰減、喪失等等。老化的主要 化學(xué)反應(yīng)是降解，有時也可能伴有交聯(lián)。老化可分為：內(nèi)老化(internal aging):由聚 合物材料自身熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)引起的老化，如 內(nèi)應(yīng)力松弛、后結(jié)晶、多相材料的相分離、增塑 劑的遷移等。外老化(external aging)：由聚合物材料所處外界環(huán)境的物理或化學(xué)相互作用 引起的，比如材料的應(yīng)力開裂、疲勞開裂、熱氧 化降解、輻射降解、膨脹等。物理老化：非化學(xué) 結(jié)構(gòu)的改變，聚合物材料形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化以及揮 發(fā)性組分的遷移、小分子的吸收等，如后結(jié)晶、 解取向、增塑劑表面遷移、吸水等?；瘜W(xué)老化： 聚合物化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變,如分子鏈斷裂、交聯(lián)等,

35、 常見的有熱老化、熱氧老化、射線老化等。熱穩(wěn)定性：是指材料化學(xué)結(jié)合開始變化的溫度。 通常用聚合物在惰性氣體（或空氣）中開始分解 的溫度（Td）表征熱穩(wěn)定性（或熱氧穩(wěn)定性）， 或用熱失重（TG）來表示。半分解溫度：聚合物在真空中加熱30min后質(zhì)量 損失一半所需要的溫度 影響高分子材料老化的因素:1）材料自身因素，主要包括高分子一二三級結(jié) 構(gòu)的特征、分子極性、缺陷（微裂紋，氣孔等以 及配方等。2）環(huán)境因素，主要包括：化學(xué)介質(zhì)（如物理狀 態(tài)（氣體、液體）、化學(xué)性質(zhì)、分子體積和形狀、 分子極性、流動狀態(tài)等）3）使用條件（如光、高能輻射、熱以及作用力等）。燃燒的基本概念: 有限氧指數(shù)（limiting

36、 oxygen index, LOI）：在 規(guī)定條件下，試樣在氧、氮混合氣流中維持平穩(wěn) 燃燒所需的最低氧濃度，通常以氧在混合氣體中 所占的體積分數(shù)來表示。如果材料的L0I超過21%,說明該材料具有阻燃性能。其LOI越高, 其阻燃性越好。聚合物的燃燒是一個極其復(fù)雜的熱氧化過程，導(dǎo) 致燃燒過程進行的基本要素是:熱、氧和可燃物 質(zhì)。使材料著火的最低溫度稱為燃點或著火點。材料 著火后，其產(chǎn)生的熱量有可能使其周圍的可燃物 質(zhì)或自身未燃部分受熱而燃燒，這種燃燒的傳播 和擴散現(xiàn)象稱為火焰的傳播或延燃。若材料著火后其滋生的燃燒熱不足以使未燃部 分繼續(xù)燃燒則稱為阻燃、自熄或不延燃。聚合物的燃燒過程包括加熱、熱解

37、、氧化和著火 等步驟。燃燒速度：一般是指在外部輻射熱源存在下水平 方向火焰的傳播速度。發(fā)熱值：材料在燃燒時發(fā)出的熱。聚合物成為熱絕緣體的原因：在分子固體中，依靠次價力分子結(jié)合在一起，因 此分子之間相互作用弱，導(dǎo)熱性差。高分子材料呈遠程無序結(jié)構(gòu)，熱量的傳遞主要是 由熱能激發(fā)的分子產(chǎn)生的振動波激勵鄰近分子 的形式傳遞的。這種由分子向分子轉(zhuǎn)移熱量的方 式，傳遞速率很慢，所以高分子材料的熱傳導(dǎo)率 很低，一般約為金屬的1/1001/1500這一特征 使聚合物成為熱絕緣體。第8章高分子的電性能 材料導(dǎo)電性通常用電阻率P (resistivity)或電導(dǎo)率。(Conductivity)表示，兩者互為倒數(shù)關(guān)

38、系。按定義有：某種材料制成的長1米、橫截面 積是1平方毫米的導(dǎo)線的電阻，叫做這種材料的 電阻率。式中R為試樣的電阻，S為試樣截面積，d為試 樣長度(或厚度，為電流流動方向的長度)，電 阻率P的單位為歐姆米(Q m)；電阻率越大，導(dǎo)電能力越弱。絕緣：通常指阻滯熱、電或聲通過的材料。用于 絕緣的不傳導(dǎo)材料，當(dāng)電導(dǎo)率小于10-8 S/m時被稱為絕緣體。高分子材料的絕緣性能常用絕緣 電阻表示。在聚合物電性能的表征中，常用表面電阻率和體 積電阻率分別表示聚合物表面和體內(nèi)的不同導(dǎo) 電性。體積電阻：在試樣的相對兩表面上放置的兩電極 間所加直流電壓與流過兩個電極之間的穩(wěn)態(tài)電 流之商；該電流不包括沿材料表面的電

39、流。在兩 電極間可能形成的極化忽略不計。表面電阻：在試樣的某一表面上兩電極間所加電 壓與經(jīng)過一定時間后流過兩電極間的電流之商； 該電流主要為流過試樣表層的電流，也包括一部 分流過試樣體積的電流成分。在兩電極間可能形 成的極化忽略不計。電擊穿：當(dāng)電壓升至某臨界值時，聚合物內(nèi)部突 然形成了局部電導(dǎo)，喪失絕緣性能，這種現(xiàn)象稱 電擊穿。擊穿時材料化學(xué)結(jié)構(gòu)遭到破壞，通常是 焦化、燒毀。介電性能：指物質(zhì)在電場作用下發(fā)生極化，由于 電荷重新排布所表現(xiàn)出來的性質(zhì)。電介質(zhì)：指在電場作用下，能建立極化的一切物 質(zhì)，主要以電場感應(yīng)而不是以電子或離子傳導(dǎo)的方式來傳遞電的作用和影響的媒質(zhì)。極化：就是介質(zhì)內(nèi)質(zhì)點（原子、分

40、子、離子）正 負電荷重心分離，從而轉(zhuǎn)變成偶極子的現(xiàn)象。物 質(zhì)的極化特征總是和極化電場的頻率相聯(lián)系的O 極化率可表征材料的極化能力，只與材料的性質(zhì) 有關(guān)。極化率：單位電場強度下，質(zhì)點偶極矩的大小稱 為質(zhì)點的極化率a巨1OO式中:Eloc為作用在微觀質(zhì)點上的局部電場，（即 原子、離子、分子上的有效內(nèi)電場）；其單位：法拉米2,即Fm2。 F=C/V （電容單位） 感應(yīng)極化（又稱誘導(dǎo)極化或變形極化）：非極性分 子本身無偶極矩，在外電場作用下，原子內(nèi)部價 電子云相對于原子核發(fā)生位移，使正負電荷中心 分離，分子帶上偶極矩；或者在外電場作用下， 電負性不同的原子之間發(fā)生相對位移，使分子帶 上偶極矩，這種極化

41、稱感應(yīng)極化，又稱誘導(dǎo)極化 或變形極化。介電性：由于聚合物分子在電場作用下發(fā)生極化 而因此貯存和損耗電能的性質(zhì)稱介電性，通常用 介電系數(shù)和介電損耗表示。介電系數(shù) ：已知真空平板電容器的電容 與 施加在電容器上的直流電壓V及極板上產(chǎn)生的 電荷.c = Q/v在螂麴含有電介質(zhì)的電容器的電容與相應(yīng)真 空電容器的電容之比稱為該電介質(zhì)的介電系數(shù) ,即 電容器極板間充滿電介質(zhì)時，電容增大的倍數(shù)介 電系數(shù)反映了電介質(zhì)儲存電荷和電能的能力.從 上式可以看出，介電系數(shù)越大，極板上產(chǎn)生的感 應(yīng)電荷Q 和儲存的電能越多。介電損耗：電介質(zhì)在交變電場中極化時，會因極 化方向的變化而損耗部分能量和發(fā)熱，稱介電損 耗。產(chǎn)生的原因：電導(dǎo)損耗（是指電介質(zhì)所含的微量 導(dǎo)電載流子在電場作用下流動時，因克服電阻所 消耗的電能）和極化損耗（這是由于分子偶極子 的取向極化造成的）。對非極性聚合