影响聚合物实际强度的因素总结

影响聚合物实际强度的因素总结

1、 高分子本身结构的影响

极性基团或氢键作用，聚合物强度增强。

表：不同分子间作用力聚合物的拉伸强度比较 聚合物 分子间作用力 拉伸强度 低压聚乙烯 —— 15—16Mpa 聚氯乙烯 偶极力 50Mpa 尼龙610 氢键 60Mpa 尼龙66 氢键（分布密度较大） 80Mpa 极性基团或氢键的密度愈大，则强度愈高。但极性基团过密或取代基团过大，阻碍着链段的运动，不能实现强迫高弹态形变，表现为脆性断裂，因此拉伸强度虽然大了，但材料变脆。

主链上含有芳杂环聚合物，其强度和模量都比脂肪族主链的高，如含有两个苯环结构的双酚A与碳酸酯聚合的PC材料，抗冲击能力和脂肪族的聚碳酸酯相比明显增强。因此新型的工程塑料大都是主链含芳杂环。

分子链支化程度增加，分子之间的距离增加，分子间的作用力减小，聚合物的拉伸强度会降低，但冲击强度会提高。

适度的交联，使分子链不易发生相对滑移，从而不易发生大的形变，强度增高。但是交联过程中往往会使聚合物结晶度下降，取向困难，因而过分的交联并不是总是有利的。

分子量对拉伸强度和冲击强度也有一些影响，拉伸强度和冲击强度都随着分子量的增大而提高，但是分子量增大到一定量是，拉伸强度的变化就不大了，而冲击强度则继续增大。如超高分子量聚乙烯的冲击强度比普通低压聚乙烯提高3倍多，在-40℃是甚至可以提高18倍之多。

表： 高分子本身结构对聚合物拉伸强度的影响 高分子本身结构影响因素 拉伸强度δ 极性基团或氢键 高 主链上含有芳杂环 高 分子链支化 低 适度交联 高 分子量 高 2、结晶和取向的影响

适当增加结晶度，拉伸强度、弯曲强度和弹性模量均增加，但结晶度太高，

冲击强度和断裂伸长率降低，材料变脆。

冷却和退火过程形成大球晶，聚合物冲击强度显著下降，在某些聚合物成型工艺中，需要加入成核剂，使它生成微晶而不生成球晶，以提高聚合物的冲击强度。

取向可大幅度提高材料强度，在合成纤维工业中取向是一个必不可少的措施。

3、应力集中物的影响

在聚合物的加工成型中普遍存在着各种缺陷，如细小的银纹甚至于裂缝，根据应力的分布特点，在材料缺陷附近的局部范围应力会急剧增加，即应力集中，成为了降低聚合物机械强度的致命弱点，是造成聚合物实际强度与理论强度之间巨大差别的主要原因之一。

应力集中系数（最大局部应力与平均应力之比值）和材料缺陷的形状有关，锐口缺陷的应力集中系数比钝口的要大得多，因此在制品设计中为了避免产生锐口缺陷，总是尽量避免有尖锐的转角，而是将制品的转弯处设计成圆弧形的。

4、增塑剂和填料的影响

增塑剂的加入对聚合物起了稀释作用，减小了高分子链之间的作用力，因而强度降低，且降低值与增塑剂的加入量正相关。另一方面，由于增塑剂使链段运动能力增强，所以随着增塑剂含量的增加，材料的冲击强度提高。

填料对聚合物的影响比较复杂，按照填料形状的不同，分为粉状和纤维状两类。粉状填料有惰性和活性之分，在工业生产中，某些填料的加入只起到稀释作用，制品的强度随着填充剂量的增加而降低，但成本也跟着降低，如滑石粉等。但是有些填料的加入却可以增加甚至大幅度地增加材料的强度，例如木粉加于酚醛树脂，在相当大的范围内可以不降低材料的拉伸强度，而大幅度提高它的冲击强度，因为木粉能吸收一部分冲击能量，起着阻尼作用。同种填料在不同的生产工艺中可能表现出来不同的性能，如MgCO3和ZnO等用于天然橡胶中有补强效果，但对合成橡胶却不适用。为了增强效果，常用化学处理方法来增加填料粒子与高分子的结合力。

表：粉末状填料增强材料性能举例 材料性能 填料 阻燃性 Mg(OH)2 ;Al(OH)3 等 减摩润滑性 石墨;二硫化钼等 导电性 导电碳黑 ,金属粉等 磁性 铁氧体,稀土类元素 隔音性 高密度金属粉 压电性 钛酸锆钛酸铅等 纤维填料有天然纤维如棉、麻、毛、丝等，以及合成纤维如普遍用于工业生产的玻璃纤维。天然纤维成本较高，地域性比较强，即不同地方产的同种天然纤维其性能都有所差别，而玻璃纤维价格低廉、性能稳定，迅速代替了天然纤维，成为最普遍采用的纤维填料。

纤维状填料有较高的拉伸强度，作为骨架帮助基体承担载荷，如纤维状填料使用在热固性塑料中，可以从根本上克服热固性树脂的脆性，其中以玻璃布为填料的称为玻璃纤维层压塑料，强度可以与钢材相媲美。在热塑性塑料中填充纤维可以进一步提高热塑性塑料的强度，如尼龙中玻纤填料达到40%时，其拉伸强度可超过2000Kg/cm2。但纤维状填料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，这也是进一步提高高性能复合材料强度的重要研究课题。

5、共聚和共混的影响

共聚物可以综合两种以上均聚物的性能，如苯乙烯—丁二烯—苯乙烯（SBS）结构即在刚性的聚苯乙烯（PS）链段上接入了柔性的丁二烯，具有更好的韧性，可以抵抗更高的冲击。

共混也是一种很好的改性手段，共混物常常具有比原来组分更为优越的使用性能，如用橡胶同塑料共混，可以起到增韧的效果。另一方面，增韧效果取决于分散相相畴大小和界面粘接力,即两者相容性。

6、外力作用速度和温度的影响

聚合物的破坏过程是一种松弛过程，因此外力作用速度与温度对聚合物的强度有显著的影响。在外力作用下，聚合物链段要发生运动，若外力速度太大，以至于链段运动跟不上，材料的屈服需要更大的外力，即材料的屈服强度提高了；如果进一步提高拉伸速度，材料终将发生脆性断裂。反之，拉伸速度减慢时，屈服强度和断裂强度都会降低。

温度对材料冲击强度的影响也是很大的，温度升高，聚合物冲击强度逐渐增加，到接近玻璃化温度时，冲击强度将迅速增加，并且不同品种之间的差别缩小。热固性聚合物的冲击强度受温度的影响很小。

参考文献：

何曼君，张红东，陈微孝，董西侠.影响聚合物实际强度因素[M].高分子物理第三版.上海：复旦大学出版社.2006.10.P210—218.

重庆理工大学 11009040130 Mrprober

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