高分子物理Chapter8.pptVIP

Chapter 8   Yield and Strength 8.1 Plastic and Yield 8.2 Failure and Strength 8.1 Plastic and Yield 8.1.1 Stress-strain curve “细颈”(neck) 屈服应力（或称屈服强度） σy 屈服应变（或称屈服伸长率）εy “应变软化 “取向硬化” 断裂强度σB 断裂伸长率εB 杨氏模量 应力-应变曲线影响因素 （1）温度 （2）应变速率 （3）流体静压力 　　　随着压力的增加，聚合物的模量显著增加，阻止“颈缩”发生。 　　　原因：压力减少链段的活动性，松弛转变移向较高的温度。 晶态聚合物的应力－应变曲线 温度、应变速率、流体静压力、结晶度、结晶形态等因素对晶态聚合物的应力-应变曲线均有显著影响 取向聚合物的应力-应变曲线 性能主要由取向状况所决定 取向方向上强度随取向程度的增加而迅速增大 高度取向时垂直于取向方向上强度很小 分子量和结晶度的影响较小 取向方向上模量增大 双轴取向时该双轴构成的平面内强度模量增大 聚合物应力-应变曲线类型 五种类型 硬而脆 硬而强 强而韧 软而韧 软而弱 硬而脆 PS、PMMA和酚醛树脂等 强而韧 尼龙66、PC和POM等 软而韧 橡胶和增塑PVC 8.1.2 neck 非均匀形变 “成颈” 即“冷拉(Cold drawing) 两个可能原因： 一是几何因素 二是屈服点后应变软化 唯象角度讨论 屈服点 （a） 均匀伸长 （b）不能得到稳定细颈 （c）出现稳定细颈 8.1.3 Shear band 双折射或二向色性实验 韧性聚合物单向拉伸至屈服点时常可看到试样上出现与拉伸方向成大约45°角的剪切滑移变形带 应力分析 切应力双生互等定律 两个互相垂直的斜面上的剪应力的数值相等，方向相反，它们是不能单独存在的，总是同时出现。 体积变化等原因 剪切带倾角很少恰为45° 剪切屈服是没有明显体积变化的形状扭变 扩散剪切屈服和剪切带两种 剪切带出现明显的双折射现象 拉伸应力、压缩应力都能引起剪切带 8.1.4 Crazing 概念 聚合物在张应力作用下，材料某些薄弱地方出现应力集中而产生局部的塑性形变和取向，以至在材料表面或内部垂直于应力方向上出现长度为100μm、宽度为10μm左右(视实验条件而异)、厚度约为1μm的微细凹槽的现象。 银纹通常出现在非晶态聚合物中 8.2 Failure and Strength 8.2.1 Brittle Failure and Tough Failure 脆性断裂和韧性断裂 脆性断裂 不显示明显的推迟形变 断裂面光滑 应力-应变关系基本呈线性 断裂应变值低于5％ 韧性断裂 断裂断面粗糙 常常显示有外延的形变 应力-应变关系非线性 消耗的断裂能大 断裂面形状和断裂能是区别脆性和韧性断裂的最主要指标 聚合物最大优点之一是韧性 脆性断裂是出所加应力的张应力分量引起的，韧性断裂是由切应力分量引起 应力体系和试样几何形状将决定试样中张应力分量和切应力分量的相对值，从而影响材料的断裂形式 脆性和韧性还极大地依赖于实验条件，主要是温度和测试速率 两条曲线交点是脆韧转变点 脆韧转变将随应变速率增加而移向高温 尖锐缺口使断裂从韧性变为脆性 8.2.2 Strength of polymer 拉伸 　　拉伸强度 　　拉伸模量（即杨氏模量） 弯曲 　　抗弯强度（或称挠曲强度） 　　弯曲模量 冲击 　　冲击强度：在冲击载荷作用下折断或折裂时单位截面积所吸收的能量 硬度 　　衡量材料表面抵抗机械压力的指标 　　硬度大小与材料拉伸强度和弹性模量有关 　　硬度分为布氏、洛氏和邵氏等几种 8.2.3 Failure theory 聚合物破坏 　　高分子主链的化学键断裂或是高分子链间相互作用力的破坏。 实际情况 　　主链化学键强度或链间相互作用力强度估算理论强度比聚合物实际强度大1000倍。 原因：材料内部的应力集中。 8.2.3 Failure theory 裂缝端部锐度对裂缝扩展影响很大 　圆孔： 圆孔使应力集中3倍 椭圆 a≥≥