I第八章聚合物的屈服与断裂

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1、第八章聚合物的屈服与断裂高分子物理TheyieldingandfractureofpolymersAYBx掌握：聚合物应力－应变曲线、从该曲线所能获得的重要信息，以及各种因素对应力－应变曲线的影响，屈服现象和机理，银纹、剪切带的概念，聚合物的强度、韧性和疲劳等概念。聚合物强度的影响因素、增强方法和增强机理，聚合物韧性的影响因素、增韧方法和增韧机理。重点：高聚物的宏观与微观屈服现象与冷拉机理；理论与实际强度；影响高聚物的应力-应变行为的内因与外因。第八章聚合物的屈服与断裂在极大外力的持续作用或强大外力的短期作用下，材料发生

2、大形变直至宏观破坏或断裂，对这种破坏或断裂的抵抗能力称为强度。脆性断裂是缺陷快速扩展的结果，而韧性断裂是屈服后的断裂。高分子材料的屈服实际上是材料在外力作用下产生的塑性形变。为了有效的和经济的利用材料和对材料进行改性，不仅需要具体了解材料的各项力学性能指标，而且必须深入研究屈服和断裂过程的物理本质。第八章聚合物的屈服与断裂应力-应变实验是一种使用最广泛的、非常重要而又实用的力学实验。实验方法：在拉力F的作用下，试样沿纵轴方向以均匀的速率被拉伸，直到断裂为止。8.1聚合物的塑性和屈服设以一定的力F拉伸试样，使两标距间的长度

3、增至l，定义试样中的应力和应变为：测试拉伸性质的样品哑铃型标准试样8.1.1.1非晶态聚合物8.1聚合物的塑性和屈服8.1.1聚合物典型应力-应变曲线AYYieldingpoint屈服点Pointofelasticlimit弹性极限点Breakingpoint断裂点Colddrawing冷拉弹性形变屈服应变软化冷拉应变硬化断裂Strainsoftening应变软化BStrainhardening应变硬化8.1聚合物的塑性和屈服012345121086420应力—应变曲线下的面积称作断裂能。它可以反映材料的断裂韧性大小，但

4、不能反映冲击韧性大小。8.1聚合物的塑性和屈服以应力应变曲线测定的韧性由于聚合物的粘弹性本质，其应力—应变行为明显地受到外界条件的影响。8.1聚合物的塑性和屈服（一）温度(b)(c)(d)(a)T《Tg不同温度下的应力－应变曲线高于Tg低于Tg随着拉伸速率提高，聚合物的模量增加，屈服应力，断裂强度增加，断裂伸长率减小。8.1聚合物的塑性和屈服（二）应变速率PVC在室温不同拉伸速率下应力—应变曲线7m/s1m/s0.05m/s0.02m/s0.003m/s0.004m/s05101520252468100.1MPa30MP

5、a40MPa100MPa200MPa400MPa300MPa8.1聚合物的塑性和屈服随着静压力的增加，减少了聚合物分子链的活动性，松弛转变移向较高的温度。聚合物的模量显著的增加，阻止“颈缩”的发生。（三）流体静压力拉伸强度（GB/T1447-2005）断裂伸长率应力—应变曲线拉力机8.1聚合物的塑性和屈服8.1聚合物的塑性和屈服未取向晶态聚合物在一定温度，以一定拉伸速度进行单轴拉伸时，其典型的拉伸曲线如下图所示，它比非晶态聚合物具有更明显的转折。8.1.1.2晶态聚合物AYB8.1聚合物的塑性和屈服012345,MP

6、8470564228140人们把晶态聚合物的拉伸成颈归结为球晶中片晶变形的结果。在微观上，冷拉伸是应力作用使原有的结晶结构破坏，球晶、片晶被拉开分裂成更小的结晶单元，分子链从晶体中被拉出、伸直，沿着拉伸方向排列形成的。8.1聚合物的塑性和屈服球晶拉伸形变时内部晶片变化示意图片晶受拉伸形变时内部晶片发生位错、转向、定向排列、拉伸示意图FFFF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

7、称为“冷拉”。区别：（1）产生冷拉的温度范围不同，玻璃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）玻璃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，而后者包含有结晶的破坏，取向和再结晶等过程。8.1聚合物的塑性和屈服玻璃态聚合物与结晶聚合物的拉伸比较取向聚合物材料在取向方向上的强度随取向程度的增加而很快增大。此时，分子量和结晶度的影响较小。性能主要由取向度决定。高度取向时，垂直于取向方向上材料的强度很小，容易开裂。平行取向方向上，模量比未取向时增大

8、很多，但垂直方向上模量与未取向时差别不大。双轴取向，改进材料的力学性能。8.1.1.3取向聚合物8.1聚合物的塑性和屈服应力-应变曲线的类型“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。se4软而弱1硬而脆2硬而强5