使用日本質(zhì)構(gòu)分析儀對聚合物進(jìn)行機(jī)械測量

現(xiàn)代世界的每個(gè)角落都有聚合物。薄膜、泡沫、粘合劑、涂料、橡膠、復(fù)合材料、紡織品和纖維等可以有多種形式。它們的用途既有功能性又有裝飾性，但無論在何處使用，它們都必須適合用途。他們的大部分研發(fā)和質(zhì)量控制過程都圍繞著機(jī)械性能的測量展開。許多聚合物以工程材料的形式使用，但食品（如麩質(zhì)、果膠或明膠）、木材、紙張和其他材料中也有天然聚合物，這些材料必須進(jìn)行相同程度的測試。

屬性

與金屬或陶瓷不同，聚合物不遵循公式化的行為模式，因此很難定義其性能。它們是粘彈性的，具有粘性液體和彈性固體的組合特性，主要性能取決于測試條件，如應(yīng)變率和溫度，以及聚合物本身的微觀結(jié)構(gòu)和組成。與金屬或陶瓷不同，它們不一定經(jīng)歷彈塑性變形，在屈服點(diǎn)以下有一個(gè)定義的線彈性初始載荷，然后是塑性變形。此外，許多聚合物都有“玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)"。聚合物冷卻時(shí)，這一術(shù)語指的是聚合物從軟固體轉(zhuǎn)變?yōu)橛操|(zhì)玻璃材料的溫度范圍。在這個(gè)溫度下，聚合物的性能有很大的不同，以脆性的方式斷裂。

聚合物相對于其玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度、交聯(lián)度、結(jié)晶度、成分和增強(qiáng)體等因素都對其應(yīng)力-應(yīng)變圖的形式有很大影響。如果聚合物的溫度遠(yuǎn)低于玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)，或者如果聚合物具有高度的分子排列，則其應(yīng)力-應(yīng)變圖可能遵循金屬的彈塑性趨勢。如果交聯(lián)度較低，且聚合物的溫度遠(yuǎn)高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，則聚合物可能表現(xiàn)為彈性體，其應(yīng)力-應(yīng)變圖可能呈s形，或者可能在非常長的延伸期內(nèi)顯示出持續(xù)的應(yīng)力增加。有些橡膠的斷裂伸長率可達(dá)1000%左右。

因此，某些聚合物的屈服應(yīng)力無法確定。通常在0.1-0.5%應(yīng)變下使用驗(yàn)證應(yīng)力。沒有初始線彈性變形也意味著無法計(jì)算真正的楊氏模量。

熱塑性塑料(Thermoplastics)

熱塑性塑料是相對柔軟和可變形的聚合物，尤其是在高溫下。它們可以在特定的溫度下熔化，并且可以成形和重塑（通過重新加熱）以適合模具。它們有廣泛的結(jié)構(gòu)應(yīng)用，包括電線和輕型公用設(shè)施。它們也被用作天然和合成纖維的基質(zhì)。

熱固性聚合物(Thermosetting Polymers)

熱固性聚合物既硬又脆。它們不會(huì)融化，而是加熱后不可逆轉(zhuǎn)地硬化。它們的起始材料是軟固體，加熱可以形成共價(jià)鍵和亞基的交聯(lián)。與熱塑性塑料相比，其性能的溫度依賴性可以忽略不計(jì)。它們通過注射成型、擠壓成型、壓縮成型或旋轉(zhuǎn)鑄造成型。用途包括接頭、粘合劑和保護(hù)涂層。

人造橡膠(Elastomers)

人造橡膠是具有橡膠般彈性的粘彈性聚合物。它們具有弱的分子間作用力、低彈性模量和高破壞應(yīng)變。用途包括泡沫、密封和橡膠手套。