聚合物共混原理第六章聚合物共混物的力学性能

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1、第六章聚合物共混物的力学性能本节内容一、复合材料性能与组分性能间的关系二、共混物的力学性能2.1聚合物的力学状态与转变2.2聚合物的大形变2.3聚合物共混物的大形变2.4塑料增韧1前言聚合物共混物的力学性能与组分的性质分不开，同时还与外在因素密切相关。前者主要有材料的组成和结构；而环境因素主要有温度、湿度、外力类型、外力作用速度等。26.1复合材料性能与组分性能之间的关系双组分的PB性能与组分间的关系，用“混合法则”表示。最常用的两个关系式为：P＝P1β1＋P2β2eq.1eq.2式中，P为双组分PB某种性能，如力学性能、玻璃化转变温

2、度、密度、粘度、电性能、扩散性能等；P1、P2分别为组分1、2的相应性能。β1、β2分别表示组分1、2的浓度，浓度可以是体积分数、质量分数、物质的量的分数。两式分别粗略给出了PB的上限值、下限值。同时用1、2式，可求出性能的范围。36.1.1均相共混体系6.1.2单相连续形态结构的共混体系6.1.3两相连续形态结构的共混体系略46.2共混物的力学强度聚合物共混物的力学强度包括冲击强度、拉伸屈服强度、拉伸强度、弯曲强度等。由于增韧是塑料改性主要目的，因此重点讲共混改性塑料的冲击强度。56.2.1聚合物的力学状态与转变p243676.2.

3、2聚合物的大形变及机理作为塑料使用的聚合物，在通常情况下，呈现玻璃态（非结晶性聚合物），或者呈现结晶态（结晶性聚合物），这里主要讨论该类聚合物在单轴拉伸下的大形变问题。大量实验表明，聚合物大形变的机理有两种：一是剪切形变，二是银纹化。在许多情况下是剪切形变和银纹化并存，各自所占的比例与聚合物的结构以及外场条件有关。8所谓剪切形变，是指在外力作用下，在一些平面上高分子或者高分子的微小聚集体滑动发生高度取向，产生没有明显体积变化的形状扭曲的形变。剪切带有两种情况，弥散型的剪切形变，即在整个受力区域内发生的大范围的剪切形变；另一种是剪切带，

4、即发生在局部带状区域内的剪切形变。9所谓银纹化是指在拉伸力作用下，聚合物中某些薄弱部位，由于应力集中而产生的空化的条纹状形变区，称为银纹（craze），这种现象称为银纹化（crazing）。聚合物试样在受到拉伸时，会产生屈服成颈（局部发生大形变而形成细颈）现象，剪切带和银纹化是这种局部大形变的两种机理（过程）。106.2.2.1聚合物试样单轴拉伸应力分析1112就切向应力而言，倾角为45°的截面上最大。同理倾角为135°的截面上也最大。法向应力以横截面上的最大。13当聚合物试样受到单轴拉伸力作用时，如果与横截面成45度、135度的斜截

5、面上的切向应力分量首先达到聚合物的剪切屈服强度，试样上首先产生与横截面成45度、135度的剪切滑移变形带（即剪切带），也就形成了细颈。如果横截面上受到正应力达到了银纹屈服应力，也就产生了银纹。14屈服成颈的原因有两种。第一种原因是纯几何的，也就是试样截面积的某种波动，某处截面积小的，受到的真实应力比平均应力大，形变量也相对大一些，使得截面积进一步减小，形变进一步加大，最后导致细颈的形成。第二种原因是试样内部结构中的缺陷或者不匀造成。另外，还有应变软化、应变硬化作用。15应变软化：材料一旦发生了较大形变，材料对应变的阻力随应变的增加而减

6、小。Argon理论认为，应变软化现象是由于在较大形变时，大分子链各物理交联点发生重新组合形成有利于形变发展的超分子结构的缘故。当形变很大时，大分之链取向充分，在局部应变部分会由应变软化转变为应变硬化。这种转变是局部应变能够稳定地发展、材料不致于迅速破裂的原因所在。16应变硬化：就是材料发生大形变的同时，高分子链或者链段或者高分子的微小聚集体沿形变方向取向，使构象熵减小，也可能使分子间相互作用能增大，阻碍形变的发展；随着应变量增大，这些取向单元取向程度增大，对形变继续发展产生的阻力增大；当形变阻力大到使形变不再能增大时，大形变部位的形变

7、会终止，即造成了应变硬化现象。细颈的形成和发展既有应变软化，也有应变硬化现象。176.2.2.2剪切带的特征剪切带具有精细的结构。剪切带内高分子链或者高分子的微小聚集体有很大程度的取向，取向方向为切应力和拉伸应力合力的方向。剪切带的产生只是引起试样形状发生变化，而诸如密度、内聚能等不变。186.2.2.3银纹的特征①银纹是在拉伸力场中产生的，银纹面总是与拉伸力方向垂直；在压力场中不会产生银纹；②银纹在玻璃态、结晶态聚合物中都能产生、发展；③银纹能在聚合物表面、内部单独引发、生长，也可在裂纹端部形成。在裂纹端部形成的银纹，是裂纹端部塑性

8、屈服的一种形式。总结：银纹可分为3类：材料表面银纹、裂缝（crack）尖端部位银纹、材料内部银纹。19④单一应力作用下引发的银纹称为应力银纹。蠕变过程、交变应力下可形成银纹；应力和溶剂联合作用下生成的银纹叫应力－溶剂银纹