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第二篇第二篇第二篇第二篇塑料包装材料塑料包装材料塑料包装材料塑料包装材料第二章第二章第二章第二章树脂的结构与性能树脂的结构与性能树脂的结构与性能树脂的结构与性能包装材料学包装材料学包装材料学包装材料学（（（（北京印刷学院包装工程专业北京印刷学院包装工程专业北京印刷学院包装工程专业北京印刷学院包装工程专业））））BIGC北印北印北印北印§§§§2.2树脂的力学性能树脂的力学性能树脂的力学性能树脂的力学性能一一一一、、、、聚合物的强度聚合物的强度聚合物的强度聚合物的强度1.定义定义定义定义：：：：强度是指材料抵抗破坏的能力强度是指材料抵抗破坏的能力强度是指材料抵抗破坏的能力强度是指材料抵抗破坏的能力张应力张应力张应力张应力抗拉强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度拉伸模量拉伸模量拉伸模量拉伸模量弯应力弯应力弯应力弯应力抗弯强度抗弯强度抗弯强度抗弯强度弯曲模量弯曲模量弯曲模量弯曲模量压应力压应力压应力压应力压缩强度压缩强度压缩强度压缩强度压缩模量压缩模量压缩模量压缩模量BIGC北印北印北印北印一一一一、、、、聚合物的强度聚合物的强度聚合物的强度聚合物的强度2.聚合物的断裂机理聚合物的断裂机理聚合物的断裂机理聚合物的断裂机理聚合物材料的破坏可能是聚合物材料的破坏可能是聚合物材料的破坏可能是聚合物材料的破坏可能是高分子主链的化学键高分子主链的化学键高分子主链的化学键高分子主链的化学键断裂断裂断裂断裂或是或是或是或是高分子分子间滑脱高分子分子间滑脱高分子分子间滑脱高分子分子间滑脱或或或或分子链间相互作分子链间相互作分子链间相互作分子链间相互作用力的破坏用力的破坏用力的破坏用力的破坏。。。。示意图示意图示意图示意图BIGC北印北印北印北印a.化学键断裂化学键断裂化学键断裂化学键断裂理论值理论值理论值理论值15000MPaBIGC北印北印北印北印b.分子间滑脱分子间滑脱分子间滑脱分子间滑脱理论值理论值理论值理论值5000MPac.分子间扯离分子间扯离分子间扯离分子间扯离理论值理论值理论值理论值：：：：氢键氢键氢键氢键500MPa；；；；范德华力范德华力范德华力范德华力100MPa；；；；BIGC北印北印北印北印二二二二、、、、聚合物的拉伸行为聚合物的拉伸行为聚合物的拉伸行为聚合物的拉伸行为标准环境条件标准环境条件标准环境条件标准环境条件：：：：23℃℃℃℃，，，，50%RH取样取样取样取样：：：：哑铃型或长条型试样哑铃型或长条型试样哑铃型或长条型试样哑铃型或长条型试样拉伸试验机拉伸试验机拉伸试验机拉伸试验机匀速拉伸匀速拉伸匀速拉伸匀速拉伸：：：：按被测材料有关规定要求选择速度按被测材料有关规定要求选择速度按被测材料有关规定要求选择速度按被测材料有关规定要求选择速度。。。。薄膜为薄膜为薄膜为薄膜为5，，，，50，，，，100，，，，200，，，，300或或或或500mm/min。。。。BIGC北印北印北印北印二二二二、、、、聚合物的拉伸行为聚合物的拉伸行为聚合物的拉伸行为聚合物的拉伸行为评价指标评价指标评价指标评价指标：：：：1））））拉伸强度拉伸强度拉伸强度拉伸强度——试样断裂前所承受的最大拉伸试样断裂前所承受的最大拉伸试样断裂前所承受的最大拉伸试样断裂前所承受的最大拉伸应力应力应力应力,单位单位单位单位MPa。。。。σσσσt=Fmax/bdFmax：：：：最大负荷或断裂负荷最大负荷或断裂负荷最大负荷或断裂负荷最大负荷或断裂负荷，，，，Nb:试样宽度试样宽度试样宽度试样宽度，，，，mm;d:试样厚度试样厚度试样厚度试样厚度，，，，mm.BIGC北印北印北印北印二二二二、、、、聚合物的拉伸行为聚合物的拉伸行为聚合物的拉伸行为聚合物的拉伸行为2））））断裂伸长率断裂伸长率断裂伸长率断裂伸长率——εεεεt=△△△△Lt/L0××××100%L0:试样原始标距试样原始标距试样原始标距试样原始标距；；；；△△△△Lt：：：：试样断裂时拉伸方向的长度增量试样断裂时拉伸方向的长度增量试样断裂时拉伸方向的长度增量试样断裂时拉伸方向的长度增量BIGC北印北印北印北印二二二二、、、、聚合物的拉伸行为聚合物的拉伸行为聚合物的拉伸行为聚合物的拉伸行为3.拉伸的应力拉伸的应力拉伸的应力拉伸的应力-应变曲线应变曲线应变曲线应变曲线（（（（1））））非晶态高聚物的应力非晶态高聚物的应力非晶态高聚物的应力非晶态高聚物的应力-应变曲线应变曲线应变曲线应变曲线规定的温规定的温规定的温规定的温、、、、湿度条件下湿度条件下湿度条件下湿度条件下，，，，标准试样标准试样标准试样标准试样，，，，匀速拉伸至匀速拉伸至匀速拉伸至匀速拉伸至试样断裂试样断裂试样断裂试样断裂。。。。线性非晶态高聚物单轴拉伸的应力线性非晶态高聚物单轴拉伸的应力线性非晶态高聚物单轴拉伸的应力线性非晶态高聚物单轴拉伸的应力-应变曲线如应变曲线如应变曲线如应变曲线如图所示图所示图所示图所示。。。。BIGC北印北印北印北印ABC玻璃态聚合物的屈服与断裂玻璃态聚合物的屈服与断裂玻璃态聚合物的屈服与断裂玻璃态聚合物的屈服与断裂BIGC北印北印北印北印玻璃态聚合物的屈服与断裂玻璃态聚合物的屈服与断裂玻璃态聚合物的屈服与断裂玻璃态聚合物的屈服与断裂A点点点点为弹性极限为弹性极限为弹性极限为弹性极限，，，，在在在在A点前应力点前应力点前应力点前应力-应变关系符合虎克应变关系符合虎克应变关系符合虎克应变关系符合虎克定律定律定律定律，，，，应变为应变为应变为应变为普弹形变普弹形变普弹形变普弹形变，，，，曲线斜率为曲线斜率为曲线斜率为曲线斜率为弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量E。。。。B点点点点为屈服点为屈服点为屈服点为屈服点，，，，B点以前是弹性区域点以前是弹性区域点以前是弹性区域点以前是弹性区域；；；；B点之后材点之后材点之后材点之后材料呈现塑性行为料呈现塑性行为料呈现塑性行为料呈现塑性行为，，，，去除应力去除应力去除应力去除应力，，，，留有永久形变留有永久形变留有永久形变留有永久形变。。。。B点点点点对应的应力对应的应力对应的应力对应的应力σσσσy和应变和应变和应变和应变εεεεy分别称为屈服应力和屈服分别称为屈服应力和屈服分别称为屈服应力和屈服分别称为屈服应力和屈服应变应变应变应变。。。。C点为断裂点点为断裂点点为断裂点点为断裂点，，，，对应的对应的对应的对应的应力称应力称应力称应力称断裂强度断裂强度断裂强度断裂强度（（（（σσσσb），），），），相应的应变称为相应的应变称为相应的应变称为相应的应变称为断裂应变断裂应变断裂应变断裂应变（（（（εεεεb）。）。）。）。BIGC北印北印北印北印脆性断裂与韧性断裂脆性断裂与韧性断裂脆性断裂与韧性断裂脆性断裂与韧性断裂脆性断裂脆性断裂脆性断裂脆性断裂：：：：在在在在材料出现屈服之前材料出现屈服之前材料出现屈服之前材料出现屈服之前发生的断发生的断发生的断发生的断裂裂裂裂。。。。微观上为由高分子微观上为由高分子微观上为由高分子微观上为由高分子键长键长键长键长、、、、键角变化键角变化键角变化键角变化引引引引起的高模量起的高模量起的高模量起的高模量、、、、小形变量弹性形变小形变量弹性形变小形变量弹性形变小形变量弹性形变。。。。韧性断裂韧性断裂韧性断裂韧性断裂：：：：在在在在材料出现屈服后材料出现屈服后材料出现屈服后材料出现屈服后出现的断裂出现的断裂出现的断裂出现的断裂。。。。微观上为高分子微观上为高分子微观上为高分子微观上为高分子链段质心发生位移链段质心发生位移链段质心发生位移链段质心发生位移，，，，形变形变形变形变不可逆不可逆不可逆不可逆。。。。BIGC北印北印北印北印玻璃态聚合物的屈服与断裂玻璃态聚合物的屈服与断裂玻璃态聚合物的屈服与断裂玻璃态聚合物的屈服与断裂非晶态高聚物拉伸行为的不同类型非晶态高聚物拉伸行为的不同类型非晶态高聚物拉伸行为的不同类型非晶态高聚物拉伸行为的不同类型：：：：判断材料强与弱的指标判断材料强与弱的指标判断材料强与弱的指标判断材料强与弱的指标：：：：断裂强度断裂强度断裂强度断裂强度；；；；判断材料刚与软的指标判断材料刚与软的指标判断材料刚与软的指标判断材料刚与软的指标：：：：弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量；；；；判断材料脆与韧的指标判断材料脆与韧的指标判断材料脆与韧的指标判断材料脆与韧的指标：：：：断裂能断裂能断裂能断裂能不同类型的应力不同类型的应力不同类型的应力不同类型的应力-应变曲线应变曲线应变曲线应变曲线BIGC北印北印北印北印a.硬而脆硬而脆硬而脆硬而脆b.硬而强硬而强硬而强硬而强c.软而韧软而韧软而韧软而韧d.强而韧强而韧强而韧强而韧σσσσσσσσσσσσσσσσεεεεεεεεεεεεεεεεBIGC北印北印北印北印影响因素影响因素影响因素影响因素：：：：外因外因外因外因：：：：①①①①温度温度温度温度：温度温度温度温度升高升高升高升高，，，，材料逐渐变得材料逐渐变得材料逐渐变得材料逐渐变得软而韧软而韧软而韧软而韧；；；；温温温温度度度度下降下降下降下降，，，，材料逐渐变得材料逐渐变得材料逐渐变得材料逐渐变得硬而脆硬而脆硬而脆硬而脆；；；；②②②②拉伸速率拉伸速率拉伸速率拉伸速率：：：：随拉伸速率随拉伸速率随拉伸速率随拉伸速率提高提高提高提高，，，，高聚物的高聚物的高聚物的高聚物的屈服屈服屈服屈服应力和拉伸强度都相应增加应力和拉伸强度都相应增加应力和拉伸强度都相应增加应力和拉伸强度都相应增加。。。。BIGC北印北印北印北印温度对高聚物应力温度对高聚物应力温度对高聚物应力温度对高聚物应力-应变行为的影响应变行为的影响应变行为的影响应变行为的影响测试温度由测试温度由测试温度由测试温度由a~d依次升高依次升高依次升高依次升高BIGC北印北印北印北印影响因素影响因素影响因素影响因素：：：：内因内因内因内因：：：：①①①①高聚物的分子量高聚物的分子量高聚物的分子量高聚物的分子量：：：：分子量较小的高聚物在玻璃分子量较小的高聚物在玻璃分子量较小的高聚物在玻璃分子量较小的高聚物在玻璃态时堆砌较紧密态时堆砌较紧密态时堆砌较紧密态时堆砌较紧密，，，，呈脆性呈脆性呈脆性呈脆性；；；；分子量增加到一定程分子量增加到一定程分子量增加到一定程分子量增加到一定程度后度后度后度后，，，，Tb与与与与Tg分开分开分开分开。。。。②②②②结构结构结构结构：：：：产生强迫高弹形变的产生强迫高弹形变的产生强迫高弹形变的产生强迫高弹形变的必要条件必要条件必要条件必要条件是高聚物是高聚物是高聚物是高聚物具有可运动的链段具有可运动的链段具有可运动的链段具有可运动的链段。。。。BIGC北印北印北印北印⑵⑵⑵⑵晶态聚合物的应力晶态聚合物的应力晶态聚合物的应力晶态聚合物的应力-应变曲线应变曲线应变曲线应变曲线晶态聚合物的冷拉也包括晶态聚合物的冷拉也包括晶态聚合物的冷拉也包括晶态聚合物的冷拉也包括晶区和非晶区两部分晶区和非晶区两部分晶区和非晶区两部分晶区和非晶区两部分形变形变形变形变。。。。应力应力应力应力－－－－应变曲线应变曲线应变曲线应变曲线BIGC北印北印北印北印4.塑料拉伸在包装材料中的应用塑料拉伸在包装材料中的应用塑料拉伸在包装材料中的应用塑料拉伸在包装材料中的应用—取向理论取向理论取向理论取向理论⑴⑴⑴⑴取向定义取向定义取向定义取向定义：：：：在外力作用下在外力作用下在外力作用下在外力作用下，，，，高分子沿外力方向平行高分子沿外力方向平行高分子沿外力方向平行高分子沿外力方向平行排列排列排列排列。。。。聚合物的取向现象包括分子链聚合物的取向现象包括分子链聚合物的取向现象包括分子链聚合物的取向现象包括分子链、、、、链段的取向以链段的取向以链段的取向以链段的取向以及结晶聚合物的晶片等沿特定方向的择优排列及结晶聚合物的晶片等沿特定方向的择优排列及结晶聚合物的晶片等沿特定方向的择优排列及结晶聚合物的晶片等沿特定方向的择优排列。。。。⑵⑵⑵⑵取向的分类取向的分类取向的分类取向的分类a.单轴取向单轴取向单轴取向单轴取向：：：：在一个轴向上施以外力在