聚合物的屈服和断裂课件.ppt

《聚合物的屈服和断裂课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第七章高聚物的断裂和力学强度Chapt.7TheFailureandStrengthofSolidPolymers计划学时：8-10学时主要参考书：何曼君主编：高分子物理金日光主编：高分子物理Brostow:FailureofPlastics第一部分Part1理论上，根据完全伸直链晶胞参数求得的聚乙烯最高理论强度达1.9x104MPa，是钢丝的几十倍。实验室中，已经获得高拉伸聚酰胺纤维在液氮中的最高实际强度达2.3x103MPa。在高分子材料诸多应用中，作为结构材料使用是其最常见、最重要的应用。在许多领域，高分子材料已成

2、为金属、木材、陶瓷、玻璃等的代用品。引言之所以如此，除去它具有制造加工便利、质轻、耐化学腐蚀等优点外，还因为它具有较高的力学强度和韧性。本章一方面介绍描述高分子材料宏观力学强度的物理量和演化规律；另一方面从分子结构特点探讨影响高分子材料力学强度的因素，为研制设计性能更佳的材料提供理论指导。为了评价高分子材料使用价值，扬长避短地利用、控制其强度和破坏规律，进而有目的地改善、提高材料性能，需要掌握高分子材料力学强度变化的宏观规律和微观机理。鉴于高分子材料力学状态的复杂性，以及力学状态与外部环境条件密切相关，高分子材料的力学强度

3、和破坏形式也必然与材料的使用环境和使用条件有关。主要内容及学习线索：一、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”二、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三、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一、高分子材料的拉伸应力-应变特性（一）应力－应变曲线及其类型图8-1哑铃型标准试样常用的哑铃型标准试样如图8-1所示，试样中部为测试部分，标距长度为

4、l0，初始截面积为A0。研究材料强度和破坏的重要实验手段是测量材料的拉伸应力-应变特性。将材料制成标准试样，以规定的速度均匀拉伸，测量试样上的应力、应变的变化，直到试样破坏。设以一定的力F拉伸试样，使两标距间的长度增至，定义试样中的应力和应变为：注意此处定义的应力σ等于拉力除以试样原始截面积A0，这种应力称工程应力或公称应力，并不等于材料所受的真实应力。同样这儿定义的应变为工程应变。（8-1）（8-2）典型高分子材料拉伸应力-应变曲线如图8-2所示。应力应变012345121086420,1000psi1psi=689

5、0Pa注意细颈现象图8-2典型的拉伸应力-应变曲线曲线特征：（1）OA段，为符合虎克定律的弹性形变区，应力－应变呈直线关系变化，直线斜率相当于材料弹性模量。（2）越过A点，应力－应变曲线偏离直线，说明材料开始发生塑性形变，极大值Y点称材料的屈服点，其对应的应力、应变分别称屈服应力（或屈服强度）和屈服应变。发生屈服时，试样上某一局部会出现“细颈”现象，材料应力略有下降，发生“屈服软化”。（3）随着应变增加，在很长一个范围内曲线基本平坦，“细颈”区越来越大。直到拉伸应变很大时，材料应力又略有上升（成颈硬化），到达B点发生断裂。

6、与B点对应的应力、应变分别称材料的拉伸强度（或断裂强度）和断裂伸长率，它们是材料发生破坏的极限强度和极限伸长率。（4）曲线下的面积等于（8-3）相当于拉伸试样直至断裂所消耗的能量，单位为J•m-3，称断裂能或断裂功。它是表征材料韧性的一个物理量。3高聚物的屈服1.高聚物屈服点的特征大多数高聚物有屈服现象，最明显的屈服现象是拉伸中出现的细颈现象。它是独特的力学行为。并不是所有的高聚物材料都表现出屈服过程，这是由于温度和时间对高聚物的性能的影响往往掩盖了屈服行为的普遍性，有的高聚物出现细颈和冷拉，而有的高聚物脆性易断。普通显微

7、镜偏光显微镜细颈(1)屈服应变大：高聚物的屈服应变比金属大得多，金属0.01左右，高聚物0.2左右（例如PMMA的切变屈服为0.25，压缩屈服为0.13）(2)屈服过程有应变软化现象：许多高聚物在过屈服点后均有一个应力不太大的下降，叫应变软化，这时应变增大，应力反而下降。(3)屈服应力依赖应变速率：应变速率增大，屈服应力增大。应变速率对PMMA真应力应变曲线的影响应变速率增大12341——0.2吋分真应变4——1.28吋/分3——1.13吋/分2——0.8吋/分真应力(4)屈服应力依赖于温度：温度升高，屈服应力下降。在温度

8、达到（200度）时，屈服应力等于0温度对醋酸纤维素应力～应变曲线的影响应力应变80℃65℃50℃25℃0℃－25℃(5)屈服应力受流体静压力的影响：压力增大，屈服应力增大。1.7KPa1Pa0.69KPa3.2KPa切应力切应变(6)高聚物屈服应力不等于压缩屈服应力，一般后者大一些。所以高聚物取向薄膜不