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  • [原创] 聚合物材料可靠性分析原理(16)

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  • 发表于:2018-04-09 9:20:43

聚合物材料可靠性分析原理(16)

石拓•著

2.2热性能

由于聚合物的高分子特点,在整个固体聚合物温度范围内,使用环境的温度T,对于材料的机械性能,有着及其敏感的影响。

当温度T处于聚合物高弹态的范围内,即:T大于玻璃化温度Tg,小于熔化温度Tm或Tf时,材料的韧性随温度升高而增加。大多数的脆性材料,因为温度升高,而呈现出韧性。但是聚合物材料的屈服强度,是随温度升高而下降的,甚至于不大的应力,也会引起塑性应变而破坏。所以选择确定,聚合物材料的最高使用温度,是极为重要的。

当温度T低于聚合物玻璃化温度Tg时,聚合物处于玻璃态。处于玻璃态的聚合物材料,其韧性随温度下降而下降,呈现脆性的特征。但是屈服强度增加。所以选择确定,聚合物材料的最低使用温度,也是极为重要的。

为了确定聚合物材料应用的温度范围,必须考察材料使用温度T范围内的应力—应变。

2.2.1.热变形温度

因为聚合物作为材料应用,只有在使用环境温度T内的应力—应变(弹性范围内),才有意义。所以研究聚合物材料在弹性范围内的使用温度,是十分地必要。

假如,在温度T1和恒定荷载F的作用下,聚合物材料处于弹性变形状态。如果,温度上升到T2,材料发生了进一步的变形。这个变形,可能是弹性变形,也可能是塑性变形。但是,无论是何种变形,因为荷载恒定,所以此时的材料变形,只能是由温度所引起,因此称为聚合物材料的热变形温度,简称热变形温度。

又因为聚合物材料的受热变形,破坏了其构件的原有的尺寸,使得构件无法正常工作而失效。所以聚合物材料受热变形,在实际应用中,是不能被接受的。因此,热变形温度是聚合物材料,在热性能中的一个重要指标。

定义2.2.1.1.一定几何形状的聚合物材料构件,在固定的静荷载,固定的升温速率,材料到达一定的形变,此时的温度,称为荷载热变形温度,简称热变形温度(HDT),用符号Th表示。

热变形温度Th可以用来比较,不同聚合物材料之间的耐热性。因为热变形温度Th是恒定荷载下,由于外界温度引起聚合物材料的应变,所以热变形温度Th是聚合物材料的固有特性。因此热变形温度Th,是衡量聚合物材料耐热性的主要指标。

但是,因为在定义2.2.1.1中,仅考虑了材料的荷载变形温度,并没有涉及到变形的时间。虽然固定了升温的速率,由于不同材料受热变形的温度不同,决定了升温时间的不同。所以热变形温度Th,仅反映了材料受热变形的温度。

因此,热变形温度不能作为聚合物材料长期使用最高温度的依据。实验表明,无机矿物及纤维与聚合物复合,比纯聚合物具有更高的热变形温度。

(待续)