高分子结构与性能 力学性能.ppt

* 第六章　高聚物的力学性能 (1) 杨氏模量 (2) 屈服强度 (3) 抗张强度 (4) 断裂伸长率 (5) 韧性 Elongation at break Ultimate strength Stress Strain Yield stress Elongation at yield 聚合物典型应力-应变曲线 6.1 应力应变曲线 高聚物屈服过程的特征 1. 屈服应变大 2. 应变软化现象 3. 屈服应力的应变速率依赖性 4. 屈服应变的温度依赖性 5.屈服应力对流体静压力敏感 6.屈服时体积稍有缩小 7.屈服时的Bauschinger效应 金属在拉伸和压缩时应有相同的屈服应力,流体静压力对屈服现象没影响，可用瑞斯卡和米塞司准则描写。 Bauschinger效应: 材料在一个方向塑性屈服后, 在它反方向的屈服就比较容易, 高聚物有较明显的Bauschinger 效应, 因此高聚物取向薄膜不同方向的屈服因应力差别较大。 描写高聚物的屈服用库仑准则（考虑了流体静压应力分量的影响）：当屈服面上的剪切应力τ加上作用在该面上的法向应力的某个常数倍而达到一定临界值时，即 τ +　μσn　= τo μ: 材料常数；σn：屈服面上的法向应力 τ = τo +　μP 习惯上应力以拉应力为正，所以P= - σn 来计法向应力为压力，则屈服时的剪切应力τ为： 温度 0 10 20 30 ?(MPa) ? 227K 293K 303K 313K 323K 333K 6.2 脆-韧转变 PMMA 0.05%/min 0.5%/min 5%/min 50%/min PVC (23?C) Strain stress (2)应变速率 Tb为脆性断裂与韧性断裂的转变温度， 是高分子材料使用的最低温度 温度 温度 应力 应力 (a)脆化温度定义 (b)应变速率的影响 Tb 断裂强度 屈服强度 断裂强度 屈服强度 Tb Tb’ 聚合物 PDMS NR PE POM PC PA66 Tb (oK) 150 200 203 215 173 243 Tg (oK) 153 203 205 233 422 322 一些聚合物的玻璃化温度与脆化温度 柔性链间距小 刚性链间距大 6.3 断裂与韧性 断裂前发生塑性形变吸收能量的能力 什么是韧性？ 断裂可简单定义为物体在外力作用下产生新表面的过程 即裂缝扩展的过程 摆锤冲击强度：Izod式和Charpy式 Izod Charpy 冲击强度 每种试样不能同时裂纹引发能和裂纹扩展能。 缺口试样的冲击强度与无缺口试样的冲击强度值的物理意义有何不同？ 缺口试样冲击强度表征: 无缺口试样冲击强度表征: 裂纹扩展能 裂纹引发能 加工条件（温度）与冲击强度关系 230 ℃平行 230 ℃垂直 170 ℃平行 170 ℃垂直 6. 6 疲劳 疲劳: 材料在低于屈服应力或断裂应力的周期压 力下产生，周期压力在材料内部或其表面应 力集中处引发裂纹，促进裂纹传播，导致材 料破坏。 疲劳寿命: 在最大受载应力（S）下，材料破坏时 达到的周期数（N）。 3）分子量增加， 疲劳极限: 材料可承受的周期数（N）为无限大时 对应的受载应力（S）。 疲劳寿命的因素 1）温度升高，周期增加， 疲劳寿命降低； 2）正弦波与矩形波， 正弦波矩形波； 疲劳寿命增大。