影響聚合材料力學強度的因素,可以根據以下因素逐一排查導致材料力學性能降低的原因,也可以通過以下因素改善材料的力學性質。
1、材料的化學結構,分子鏈結構,分子鏈支化,主要因素和根本因素。
凡是能夠化學鍵和分子間作用力的因素都會影響材料強度,比如氫鍵和分子極性,芳雜環極性高於脂肪鏈。分子間作用力越大材料強度和模量一般是越高。比如:PA6強於硬質PVC,硬質PVC強於LDPE,因為PA6是極性聚合物而且存在氫鍵,PVC為極性聚合物,而LDPE極性很小。芳香族尼龍強度大於脂肪族尼龍的強度,聚苯醚強度大於脂肪族聚醚強度,因為苯環的引入增大了分子間的作用力,苯環的極性大於脂肪鏈,苯環直接存在共軛電子效應等。
分子鏈的支化顯著影響材料的力學性能。直鏈高分子材料力學一般優於側鏈高分子的力學性能,比如主鏈型的液晶高分子材料,力學性能遠遠高於側鏈型的液晶高分子。原因在於側鏈高分子分子間距離增大,分子間作用力減小。由上,可以推斷出材料支化後分子間距離增大,相互作用力減小,拉伸強度減小。
交聯又是一個可以顯著影響材料強度的因素。一般交聯程度增加,拉伸強度材料模量增大。但是實際情況比較複雜,有的材料交聯增加強度降低(特別是對於結晶聚合物),有時增加適當增加交聯度可以提高材料的斷裂伸長率,有時又會降低材料的斷裂伸長率。鑑於交聯劑含量對材料力學影響結果多樣,所以工程師在研究材料交聯時需要仔細研究其影響。
2、材料的分子量
根據經驗,分子量增大,材料的拉伸強度衝擊強度增大,著名的超高分子量聚乙烯UHWPE纖維強度超高(有多高?百度一下吧,反正高於碳纖維)。但是並不是所有材料強度隨分子量增加而增加,而且分子量增長到一定數值時,分子量對強度的影響不明顯。分子量影響材料加工流動性明顯。
3、結晶和取向對材料的影響
一般,結晶度提高可以提高材料的拉伸強度和模量,包括彎曲強度,但是降低材料的韌性、衝擊強度和斷裂伸長率。取向對材料的影響同樣重要,主鏈型液晶高分子取向和側鏈型高分子取向情況不一致,使力學性能差異較大。經過取向處理的材料與未處理時力學性能不一致。
4、材料缺陷和應力集中的影響
材料內部的氣泡、銀紋、裂紋和空隙等因素往往降低材料的強度,因為這些缺陷往往造成材料在缺陷上產生應力集中,破壞材料的強度。
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