PVC%2fMBS共混物断裂过程分形特征.pdfVIP

2003年全固高分子学术论文报告会 杭州2003年10月9—14日 PVCfMBS共混物断裂过程的分形特征 陈旭东1汪加胜2沈家瑞2 (1中山大学高分子研究所，功能材料与复合材料教育部重点实验室，广州，510275， 电话：020电子信箱：chenkr@163．net) 汪家胜 沈家瑞 (2华南理工大学高分子材料科学与工程学，广州510641) 研究高分子材料的断裂过程是认识高分子断裂机理的重要方面对高分子材料的增韧机 理、分子设计、共聚和共混改性等研究提供直接指导。而将分形理论用于断裂过程研究具有 混物在断裂过程中裂纹向前扩展方式以及材料裂纹分叉的分形几何特征，并建立了相应的分 形模型。 研究表明，从PVC／MBS共混物和纯PVC断面的肋状形态示意图，发现肋状形态。裂纹 共混物断面裂纹扩展的波纹较均匀，粗细两种剥离过程交替进行。在断面上留下了破碎的、 um， 高低不等的松树皮状残痕，这是由于材料的脆性引起的。纯PVC断面的波纹的周期约5 u 而PVC／MBS(10014)共混物断面的波纹周期约为12nl左右。纯PVC缺口冲击强度为 mo。因此加入MBS 4．5KJim2，PVC／MBS(重量比10014)共混物的缺口冲击强度为12KJ 后，PVC裂纹扩展的波纹周期随材料冲击强度提高而增大。 “叉枝”裂纹，表现出裂纹分叉现象。这可能是因为高分子材料有断裂中，由于裂端银纹生 长是银纹增厚和银纹质的伸长，在其生长过程中有许多新的高分子链进入银纹质，形成许多 的分枝，在断裂过程中产生许多分叉的裂纹痕迹，致使断面出现极度不规则，这些都是由于 高分子材料多相态结构所产生的非均质性造成的。同时。该裂纹分叉都表现出几何不规整性。 本文利用文献“1研究岩石裂纹分叉的设想，用线性分叉(即具有自相似性分形)来模拟这种 非规则性现象建立了PVC／MBS共混物断裂过程裂纹分叉的分形模型，得到了材料裂纹分叉角、 相似比、断裂韧性及断面分维数之间的关系： K／Ko=(I／r)”1∥‘ (1) 7k(2。“。72)]／2 K／Ko=[2cosⅡ／2][In3 (2) K，硒分别为断裂韧性和未考虑分叉几何非规则分裂效应的断裂韧性；r相似比； Df材料断面分维数。 由此裂纹分叉角对材料韧性的影响计算结果如下表所示。 2,003年套田高分子学术论文报告会 杭州2003年10月争一14日 从上表的计算结果可以看出，裂纹分叉的夹角增大，裂纹分叉相似比增大，断裂韧性的断 面分维数提高，表明裂纹分叉的夹角越大，所需耗散的能量释放也就越多，这种断裂现象越 难发生。 · 本文还研究了不同配比PVC／MBS共混体系裂纹分叉夹角，断面分维数以及材料缺口冲击 强度，发现，随着MBS用量的提高，裂纹分叉夹角增大，分形维数增加，共混物断裂韧性提 高，断裂越难发生。 因此，裂纹分叉的非规则性表现是材料内物理力学、变形破坏、微结构效应的综合反应， 而这种非规则性又能由分形几何得到较好地模拟。分形几何为研究裂纹非规则性，建立宏观 力学是与微观之间的关系提供了一条新途径。 参考文献 1． 谢和平，陈至达，力学学报，1989，21(5)：613。 ofFractureProcessof blends FractalCharacter PVC／M皿S Chca