关于高聚物强度介绍

[拼音]：gaojuwu qiangdu

[外文]：strength of polymers

高聚物受力时抗破坏能力的量度。高聚物的理论强度可从该高分子链的化学键强度和高分子链之间相互作用力来估算。高聚物的断裂强度σ和杨氏模量E大致上有如下的关系:σ＝0.1E。然而，高聚物材料的实际强度比估算的理论强度要小得多（约为 0.01～0.001）。而且强度与模量的比值也远小于 0.1。这是因为高聚物的强度还受高聚物分子聚集态结构和缺陷等的影响。缺陷能使应力高度集中，使材料中产生薄弱环节，在外力作用下断裂总是首先在该处发生，因而使高聚物的实际强度比理论强度低得多。缺陷对高聚物强度的影响对纤维尤为明显。纤维直径越粗，抗拉强度越低。因为粗纤维出现缺陷的几率增加，缺陷不仅造成应力集中，而且使承受负荷的有效面积减少，致使强度下降。纤维强度随测试样品的长度和直径的变化称为体积效应或尺寸效应。

按外力作用方式的不同，高聚物强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、冲击强度和剪切强度等。高聚物强度不仅与其结构特征有关，而且还与受力作用时的外界条件（温度、湿度、拉伸速率等）有关。

高聚物在脆性断裂时，在垂直于张力方向的表面上首先出现银纹，然后由表及里地迅速发展，最后形成破坏性的裂缝，使材料断裂。脆性断裂的应变值较低(通常＜5％)，断裂时所需的能量(相应于应力－应变曲线下的面积)较小，断裂面较光滑。高聚物的韧性断裂通常伴随着很大的形变，其形变在沿试样长度方向上可以是不均匀的。断裂时试样断面常常显示有外延的形变，而且形变不立即回复，其断面粗糙。人们从断裂面的形状和断裂能的大小可以区别高聚物的破坏方式是属于脆性断裂还是属于韧性断裂。

高聚物强度与温度有关，在低温时表现为脆性断裂，在高温时可变为韧性断裂。高聚物的强度还与应变速率有关，应变速率大时为脆性断裂，应变速率小时为韧性断裂。

高聚物的强度和破坏过程还受到许多其他因素的影响，如：

（1）脆性断裂强度随着分子量的降低而降低；

（2）高聚物的刚性侧基会使其屈服应力和脆性断裂应力增加；

（3）交联度足够高的高聚物不能产生韧性断裂；

（4）拉伸后的高聚物，由于分子取向产生各向异性，导致高聚物强度的各向异性；

（5）结晶结构的多样性将影响到结晶高聚物的强度和破坏方式，例如，大的球晶通常可使高聚物的断裂伸长率和韧性降低；通过拉伸而高度取向的纤维状结晶有很高的抗拉强度。

结晶高聚物中晶区对非晶区起着类似增强剂的作用。人们正试图用各种方法使高聚物中的高分子结构局部地高度有序化而达到自身增强的目的，以制得所谓同质异相的自增强的高分子复合物。

不仅与其中各种高聚物的内聚力有关，而且与多相结构(相的大小、分布和含量)，以及各相之间的界面状态有密切关系。因此，异质异相复合体系的高聚物材料的强度并不完全等于各相原有强度的数学平均值，而且其破坏机理也更复杂。

参考书目

1. I. M.沃德著，中国科学院化学研究所高聚物力学性能组译：《固体高聚物的力学性能》，科学出版社，北京，1980。(I.M.Ward，Mechanical Properties of Solid Polymers，John Wiley & Sons， New York， 1971.)