(精)I 第八章_聚合物的屈服与断裂.pptVIP

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。 8.1 聚合物的塑性和屈服 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 8.1.1.1 非晶态聚合物 8.1 聚合物的塑性和屈服 8.1 聚合物的塑性和屈服 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，但不能反映冲击韧性大小。 8.1 聚合物的塑性和屈服 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 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 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。 8.1 聚合物的塑性和屈服 拉伸强度（GB/T 1447-2005） 断裂伸长率 应力—应变曲线 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 聚合物的塑性和屈服 8.1 聚合物的塑性和屈服 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 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 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。 应力-应变曲线的类型 8.1.2 聚合物的屈服 The yielding of polymer 以Y点为界分为二部分：Y点以前（弹性区域）：除去应力，材料能恢复原样，不留任何永久变形。斜率即为杨氏模量。 Y点以后（塑性区域）：除去外力后，材料不再恢复原样，而留有永久变形，我们称材料“屈服”了，Y点以后总的趋势是载荷几乎不增加但形变却增加很多。 聚合物屈服的主要特征 细颈 Necking Considère 作图法 8.1.4 剪切变形带(Shear band)和剪切屈服 Discussion 对韧性材料来说，拉伸时45o斜截面上的最大切应力首先达到材料的剪切强度，所以首先出现与拉伸方向成45o的剪切滑移变形带。 对脆性材料来说，最大切应力达到抗剪强度之前，真应力已超过材料强度，所以材料来不及屈服就已断裂。 因此韧性材料---断面粗糙---明显变形 脆性材料---断面光滑---断面与拉伸方向垂直 8.1.5 银纹 Crazing 银纹和剪切带 对高聚物材料，脆性还是韧性极大地取决于实验条件：主要看温度和测试速率。 在恒定的应变速率下：低温脆性形式向高温韧性形式转变。 在恒定温度下：应变速率上伸，表现为脆性形式；应变速率下降，表现为韧性形式。 材料的断裂方式分析 当材料所受的外力越过其承受能力时，材料就被破坏，机械强度是材料抵抗外力破坏的能力。 在断裂时三种方式兼而有之，通常聚合物理论断裂强度在几千MPa，而实际只有几十Mpa 。 应力集中效应 影响聚合物强度的因素 8.2.4 聚合物的增强 Reinforcement 8.2.5 聚合物的耐冲击性（冲击韧性） Pendulum machine 摆锤冲击实验仪 8.2.6 聚合物的增韧 橡胶增韧塑料的增韧机理 （2）刚性粒子增韧 8.2.7 疲劳 疲劳：是材料或构件在周期应力作用下断裂或失效的现象。