高聚物模量

高聚物模量

模量Μ是應力σ與在應力作用下所產生的形變ε之比,即Μ=σ/ε,它是高聚物材料受外力作用時阻止形變能力的度量。

高聚物模量

按照應力作用方式的不同,可分為單軸拉伸時的楊氏模量E,剪下時的切變模量G和靜壓力下的體積模量B。對於各向同性的材料,三種模量之間有下述關係:E=2G(1+v)=3B(1-2v)。式中v為泊松比,對於高彈物質,v接近0.5。對於各向異性的材料,一般至少有5個或6 個獨立的彈性模量。楊氏模量可以用拉伸、彎曲和壓縮時應力與應變間的關係來求得,其計算公式分別為:

高聚物模量 (拉伸)
  高聚物模量 (彎曲)
高聚物模量 (壓縮)

當拉伸(或壓縮)時,式中F/A為單位面積受的力,L0和L分別為原始長度和拉伸(或壓縮)後的長度。當彎曲時,L0為兩支點間距離;Y為彎曲梁中間撓度;F為負荷重量;C、D為厚度和寬度。通過自由振動和共振振動可以求出楊氏或切變動態模量。也可以利用波動傳遞技術,用超音波測定纖維及薄窄條試樣的楊氏模量。

高聚物模量的測試值與試驗速率(或作用頻率)和溫度有關。試驗速率越快(或作用頻率越高),模量越高;溫度越高,模量越低。在玻璃化溫度附近,溫度對模量的影響表現得最為明顯,半結晶性高聚物的模量約變化兩個數量級,非晶態高聚物的模量約變化三個數量級。在玻璃化溫度以下,高聚物的模量約為 109~1010牛/米2(1牛/米2=1帕)。在略高於玻璃化溫度時,結晶度和非晶態高聚物的分子量都對模量有影響,提高結晶度和增大分子量都能使模量升高。一般,增塑劑能使高聚物模量下降,剛性填料能使模量上升。取向高聚物由於分子鏈在取向方向進行有序排列,因而模量在這個方向上升,而在取向的垂直方向下降。

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