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* * * 无规聚丙烯,是一种粘稠状或蜡状的产品,一般为等规聚丙烯的副产品,其机械性能较差,耐热性差。目前市场基本无成型产品销售。近几年,北化院开发出无规聚丙烯生产工艺,据说可用在沥青改性上.等规聚丙烯为无色、无臭、无味的固体。相对密度0.90~0.91。耐热性高,使用温度范围一30~140~C。韧性和耐化学腐蚀性都很好. * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 玻璃纤维增强(玻璃纤维与唤氧树脂):一层玻璃纤维,一层环氧,刷出来。 受力主体变为纤维,因此纤维要搭接好。纤维是一种高度取向结构,从而强度好。 问题:玻璃纤维是一个方向好还是多向好? * * * * 总结:分子结构因素 极性基团或氢键 主链上含芳杂环结构 适度的交联 结晶度大 取向(//) 高 低 拉伸强度?t 加入增塑剂 缺陷存在 * 外界因素 温度高 应变速率小 低 拉伸强度?t 由于共聚物是粘弹性材料,其破坏过程是松弛过程,提高拉伸速度与降低温度的效果是一致的。 * 材料断裂时三种方式(主链化学键断裂,分子间滑脱或分子间相互作用力)兼而有之,聚合物理论断裂强度在几千MPa,而实际只有几十Mpa。即聚合物实际强度与理论强度相差很大 e.g. PA, 60 MPa PPO, 70 MPa 理论值与实验结果相差原因 样条存在缺陷 应 力 集 中 8.2.3 断裂理论 Griffith crack theory * 为什么材料的实际强度远远低于理论强度? 存在缺陷 为什么在缺陷处断裂? 缺陷处应力集中 缺陷处应力多大? Griffith theory * 考察椭圆周围什么地方受力最大? —应力集中处(多大?) Ellipsoid a b 公式表达 对圆形,a=b 对椭圆,a增加,b减小 ——最终结果断裂 打破沙锅问到底 问=纹 无限大平板中椭圆形裂缝的应力集中 * 格里菲思脆性断裂理论 ——讨论什么时候裂纹开始扩展 E-弹性储存能 Gc-拉伸过程中材料所吸收的能量 a-裂缝长度的一半 裂缝扩展的临界应力 从能量平衡的观点分析断裂过程: ①断裂产生新的表面,所需表面能由材料内部的弹性储能减小来补偿。 ②裂缝附近集中了大量弹性储能,裂缝处先断裂。 * 应力强度因子KI ——裂纹扩展动力 KIC 表征材料阻止裂纹扩展的能力,是材料抵抗脆性破坏能力的指标,也称做断裂韧性。 临界应力强度因子 KIc ——裂纹扩展阻力 临界应力强度KIc 应力强度因子KI 裂纹稳定 临界应力强度KIc 应力强度因子KI 裂纹扩展 * Exercise 现有一块有机玻璃(PMMA)板,内有长度为10mm的中心裂纹,该板受到一个均匀的拉伸应力?=450 × 106N/m2的作用力。已知该材料的临界应力强度因子KIc=84.7 × 106N/m2.m1/2, 问板材结构是否安全? a =10mm/2=5*10-3m 临界应力强度KIc 应力强度因子KI 裂纹稳定 * 8.2.4 聚合物的增强 Reinforcement 活性粒子( Powder) 纤维 Fiber 液晶 Liquid Crystal C ,SiO2 Glass fiber, Carbon fiber Polyester Filler 填料 增强途径 通过复合作用提高材料力学强度——增强作用 随增强剂含量的增加,聚合物的弹性模量和拉伸强度增加,而断裂伸长率下降,由韧性向脆性转变。 * (1)活性粒子增强 Carbon black reinforcement 橡胶+碳黑 增强机理:活性粒子的表面效应吸附大分子,形成链间物理交联,活性粒子起物理交联点的作用。 惰性填料:加入廉价的填料降低成本。稀释作用,使材料强度降低。例:PVC+CaCO3,PP+滑石粉 * (2)纤维增强 Glass steel boat glassy fiber+polyester 纤维状填料:棉,麻,丝等天然纤维,玻璃纤维,碳纤维,石墨纤维,硼纤维,超细金属纤维与晶须纤维等 基体:热塑性树脂、热固性树脂、橡胶类 增强机理:纤维作为骨架帮助基体承担载荷 增强效果与纤维的长度、纤维与聚合物之间的界面粘接力有关 * (3)液晶原位增强 增强机理:热致液晶中的液晶棒状分子在共混物中形成微纤结构而增强。微纤结构是加工过程中由液晶棒状分子在共混物基体中就地形成的,故称做“液晶原位”复合增强。 热致液晶+热塑性聚合物 共聚酯, 聚芳酯Xydar, Vector, Rodrum * (4)聚合物基纳米复合材料 纳米材料:在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1~100nm)或由它们作为基本单元构成的各种材料。 聚合物纳米复合材料:由各种纳米单元与有机高分子材料以各种方式复合形成的一种
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