使用質地分析儀對聚合物進行機械測量

 

現代世界的每個角落都有聚合物。薄膜、泡沫、粘合劑、塗料、橡膠、複合材料、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。他們的大部分研發和品質控制過程都圍繞著機械性能的測量展開。許多聚合物以工程材料的形式使用，但食品（如麩質、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，主要性能取決於測試條件，如應變率和溫度，以及聚合物本身的微觀結構和組成。與金屬或陶瓷不同，它們不一定經歷彈塑性變形，在屈服點以下有一個定義的線彈性初始載荷，然後是永久塑性變形。此外，許多聚合物都有“玻璃化轉變點”。聚合物冷卻時，這一術語指的是聚合物從軟固體轉變為硬質玻璃材料的溫度範圍。在這個溫度下，聚合物的性能有很大的不同，以脆性的方式斷裂。

聚合物相對於其玻璃化轉變點的溫度、交聯度、結晶度、成分和增強體等因素都對其應力-應變圖的形式有很大影響。如果聚合物的溫度遠低於玻璃化轉變點，或者如果聚合物具有高度的分子排列，則其應力-應變圖可能遵循金屬的彈塑性趨勢。如果交聯度較低，且聚合物的溫度遠高於玻璃化轉變溫度，則聚合物可能表現為彈性體，其應力-應變圖可能呈s形，或者可能在非常長的延伸期內顯示出持續的應力增加。有些橡膠的斷裂伸長率可達1000%左右。

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

熱塑性塑膠(Thermoplastics)

熱塑性塑膠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，並且可以成形和重塑（通過重新加熱）以適合模具。它們有廣泛的結構應用，包括電線和輕型公用設施。它們也被用作天然和合成纖維的基質。

熱固性聚合物(Thermosetting Polymers)

熱固性聚合物既硬又脆。它們不會融化，而是加熱後不可逆轉地硬化。它們的起始材料是軟固體，加熱可以形成共價鍵和亞基的交聯。與熱塑性塑膠相比，其性能的溫度依賴性可以忽略不計。它們通過注射成型、擠壓成型、壓縮成型或旋轉鑄造成型。用途包括接頭、粘合劑和保護塗層。

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變。用途包括泡沫、密封和橡膠手套。