第十一章 聚合物的力学性能

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1、第十一章聚合物的力学性能主要学习内容高分子材料的拉伸应力-应变特性应力－应变曲线及其类型影响拉伸行为的外部因素强迫高弹形变与“冷拉伸”高分子材料的断裂和强度宏观断裂方式，脆性断裂和韧性断裂断裂过程，断裂的分子理论高分子材料的强度高分子材料的增强改性高分子材料的抗冲击强度和增韧改性抗冲击强度实验影响抗冲击强度的因素高分子材料的增韧改性11.1应力－应变曲线(a)(b)测试拉伸性质的样品§11.1.1非晶态高聚物的应力-应变曲线σ0σyσBYBεBε非晶态高聚物的应力-应变曲线A弹性极限应变A弹性

2、极限应力B断裂伸长率B断裂强度Y屈服应力Ypoint:Yieldingpoint屈服点Apoint:Pointofelasticlimit弹性极限点Bpoint:Breakingpoint断裂点应力-应变曲线你能解释吗？弹性形变屈服应变软化冷拉应变硬化断裂从分子运动机理解释形变过程se012345121086420,1000psi,inch1psi=6890Pa注意细颈现象非晶态聚合物典型应力-应变曲线StressStrain重要参数：(1)杨氏模量UltimateStrengthElon

3、gationatbreak(4)断裂强度(5)断裂伸长率(6)断裂韧性YieldstressElongationatyield(2)屈服强度(3)屈服应变量纲=Pam/m=N/m2m/m=J/m3以应力应变曲线测定的韧性影响应力－应变曲线的因素(a)不同温度a:T<

4、(2)(3)(4)应力应变(1)应变速率1＞2＞3＞4Example:PMMAa:脆性材料c:韧性材料d:橡胶b:半脆性材料酚醛或环氧树脂PP,PE,PCPS,PMMANaturerubber,PIB(c)不同的化学结构(d)Crystallization结晶应变软化更明显，冷拉时晶片倾斜、滑移、转动，形成微晶或微纤束。结晶聚合物应力－应变曲线与非晶态聚合物的拉伸机理相同吗？(e)TheSizeofSpherulites球晶大小(f)TheDegreeofCrystallization结晶度整个曲线

5、可分为三个阶段：到y点后，试样截面开始变得不均匀，出现“细颈”。§11.1.2晶态聚合物的应力一应变曲线晶态聚合物“冷拉”的原因：晶态：Tm以下，发生结晶的破坏，取向，再结晶过程，与温度、应变速率、结晶度、结晶形态有关。非晶态：Tg以下冷拉，只发生分子链的取向结晶聚合物应力－应变曲线非晶态聚合物与结晶聚合物的拉伸比较相似之处：两种拉伸过程均经历弹性变形、屈服、发展大形变以及应变硬化等阶段，其中大形变在室温时都不能自发回复，而加热后则产生回复，故本质上两种拉伸过程造成的大形变都是高弹形变。该现象通常称

6、为“冷拉”。区别：（1）产生冷拉的温度范围不同，非晶态聚合物的冷拉温度区间是Tb到Tg，而结晶聚合物则为Tg至Tm。（2）非晶态聚合物在冷拉过程中聚集态结构的变化比晶态聚合物简单得多，它只发生分子链的取向，并不发生相变，而后者尚包含有结晶的破坏，取向和再结晶等过程。§11.1.3应力一应变曲线类型“软”和“硬”用于区分模量的低或高，“弱”和“强”是指强度的大小，“脆”是指无屈服现象而且断裂伸长很小，“韧”是指其断裂伸长和断裂应力都较高的情况，有时可将断裂功作为“韧性”的标志。聚合物应力－应变类型11

7、.2聚合物的屈服高聚物屈服点前形变是完全可以回复的，屈服点后高聚物将在恒应力下“塑性流动”，即链段沿外力方向开始取向。高聚物在屈服点的应变相当大，剪切屈服应变为10%－20%（与金属相比）。屈服点以后，大多数高聚物呈现应变软化，有些还非常迅速。屈服应力对应变速率和温度都敏感。屈服发生时，拉伸样条表面产生“银纹”或“剪切带”,继而整个样条局部出现“细颈”。屈服主要特征Strainsoftening应变软化弹性变形后继续施加载荷，则产生塑性形变，称为继续屈服，包括：应变软化：屈服后，应变增加，应力反而有

8、稍许下跌的现象，原因至今尚不清楚。呈现塑性不稳定性，最常见的为细颈。塑性形变产生热量，试样温度升高，变软。发生“取向硬化”，应力急剧上升。试样断裂。11.2.1细颈本质：剪切力作用下发生塑性流动A0FFFFFαFFnFsA正应力斜截面面积法向力Fn＝F·sinα切向力Fs＝F·cosα法应力：切应力：∴当α＝90°时，法向应力最大；α＝45°或135°，切向应力最大当法向应力大于拉伸强度，材料发生当切向应力大于剪切强度，材料发生断裂屈服几何因素决定细颈产生的位置：试样