11-3-聚合物的断裂与强度--2.pptVIP

11.3 聚合物的断裂与强度 11.3 聚合物的断裂与强度 11.3.1 脆性断裂与韧性断裂 材料的断裂方式分析 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 。WHY？ Comparing of brittle and ductile fractures（分析判断） 脆韧转变温度 Tb 断裂应力和屈服应力谁对应变速率更敏感？ 脆性断裂和韧性断裂判断 Application Example – PC聚碳酸酯 Example – PMMA聚甲基丙烯酸甲酯 The influence on Tb 11.3.2 聚合物的拉伸强度 影响拉伸强度的因素 考虑分子结构因素 考虑外界因素 11.3.3 Griffith crack theory断裂理论 无限大平板中椭圆形裂缝的应力集中 公式表达 Griffith crack theory 断裂理论 应力强度因子K1和临界应力强度K1c Discussion Exercise 11.3.4 增强 Reinforcement （1）活性粒子增强 （2）纤维增强 （3）液晶原位增强 11.3.5 聚合物的韧性与增韧 （2） 影响冲击强度的因素 Discussion 外界因素 (3) 聚合物的增韧 橡胶增韧塑料的增韧机理 （b）刚性粒子增韧 本章小结 应力-应变曲线 玻璃态与晶态; 分子运动机理 屈服 剪切带与银纹 断裂与强度 影响强度的因素 增强与增韧 常见增强与增韧的方法, 机理 （1） 冲击强度 Impact strength ——是衡量材料韧性的一种指标 冲断试样所消耗的功 冲断试样的厚度和宽度 增韧剂： elasticizer, plasticizer, softener 韧性好坏顺序 dcba ——曲线下的面积代表所吸收能量 因素 强度 延展性 强度 延展性 ——分子间作用力 ——分子链柔顺性 极性基团或氢键 有支链结构 适度交联 结晶度大 双轴取向 差 好 加入增塑剂 好 差 好 好 韧性 温度高 应变速率大 好 差 冲击强度?i 即韧性 (a) 橡胶增韧塑料 橡胶增韧塑料 e.g　PVC＋CPE，PP＋EPDM (三元乙丙橡胶） 增韧效果取决于分散相相畴大小和界面粘接力,即两者相容性. 银纹机理： 橡胶粒子作为应力集中物诱发基体产生银纹而吸收能量。（一般脆性聚合物增韧为此机理，如：PS/SBS） 银纹—剪切带机理： 橡胶粒子作为应力集中物,在外力作用下诱发大量银纹和剪切带,吸收能量。橡胶粒子和剪切带控制和终止银纹。 刚性有机粒子增韧：拉伸时，由于基体与分散相之间的模量和泊松比差别致使基体对刚性粒子产生赤道面上的强压力而发生脆韧—转变，刚性粒子发生“冷流”而吸收能量。 e.g PC/MBS （甲基丙烯酸甲酯/丁二烯/苯乙烯三元共聚物 ） 刚性无机粒子增韧:刚性粒子促使基体在断裂过程中产生塑性变形吸收能量. e.g PVC+CaCO3 刚性粒子增韧的条件是:基体必须具有一定韧性。 * * 主要内容： 聚合物的强度 聚合物的断裂形式 格理非斯断裂理论 本讲重点及要求：掌握聚合物的强度及格理非斯断裂理论。掌握聚合物强度和韧性的影响因素、增强和增韧的方法与机理。 教学目的：了解材料的破坏形式和理论，指导材料的制备、选材、改性、加工和使用。 强度是指物质抵抗破坏的能力 张应力 拉伸强度 弯曲力矩 抗弯强度 压应力 压缩强度 拉伸模量 弯曲模量 硬 度 如何区分断裂形式？ ——关键看屈服 屈服前断脆性断裂 屈服后断韧性断裂 脆性断裂 屈服前断裂 无塑性流动 表面光滑 张应力分量 韧性断裂 屈服后断裂 有塑性流动 表面粗糙 切应力分量 相比于脆性断裂，韧性断裂的断裂面较为 断裂伸长率较 试样发生脆性或者韧性断裂与材料组成有关，除此之外，同一材料是发生脆性或韧性断裂还与温度T 和拉伸速度? 有关。 光滑 大 小 粗糙 聚合物材料的破坏可能是高分子主链的化学键断裂或是高分子分子间滑脱或分子链间相互作用力的破坏。 化学键拉断 15000MPa 分子间滑脱 5000MPa 分子间扯离 氢键 500MPa 范德华力 100MPa 理论值 e.g. PA, 60 MPa PPO, 70 MPa 理论值与实验结果相差原因 样条存在缺陷 应力集中 脆性断裂 韧性断裂 屈服 ?-?线 ?b 断裂能 断裂表面 断裂原因 无 有 无 有 线性 非线性 线性 非线性 小 大 小 大 小 大 小 大 平滑 粗糙 平滑 粗糙 法向应力 剪切应力 法向应力 剪切应力 Tb is also called brittle temperature. Brittle ductile transition 脆韧转变 ——脆化温度，脆化点 在一定速率下（不同温度