8第八章屈服与强度详解.ppt

第8章聚合物的屈服与断裂 The yielding and fracture of polymers 8.1 The tensile stress-strain curves 应力-应变曲线 Instron Tensile Testor 电子拉力机 Material testing machine 材料试验机 从分子运动机理解释形变过程 (1) 弹性形变 OA段，A点亦称为比例极限，应力-应变关系符合虎克定律 斜率E为弹性模量，且这种高模量，小形变的弹性行为是由高分子的键长、键角变化所引起的。 (2) 强迫高弹形变 A点应力后，应力-应变曲线不再保持线性关系。 屈服(yield)现象：张应力达到某一最大值（Y点）后，曲线开始出现应变增加而应力不变或是先下降后不变的现象。 玻璃态高聚物在大应力作用下发生的大形变（形变量高达300～1000％），其本质与橡胶的高弹形变一样，表现形式有差别，常称为强迫高弹形变 (forced high-elastic deformation)。 材料在屈服后出现了较大的应变，如果在试样断裂前停止拉伸，除去外力试样的大形变已无法完全回复，但是如果试样的温度升到Tg附近，则可发现，形变又回复了。显然，这在本质上是高弹形变，而不是粘流形变。因此，屈服点以后材料的大形变分子运动机理主要是高分子的链段运动，即在大外力的帮助下，玻璃态高聚物本来被冻结的链段开始运动，高分子链的伸展提供了材料的大形变。 ：活化能 ：与材料相关的常数 由上式可知，随应力增加，链段运动的松弛时间将缩短。当应力增大到屈服应力时，链段运动的松弛时间减小至与拉伸速度相适应的数值，高聚物可产生大形变。所以加大外力对松弛过程的影响与升高温度相似。 应变软化(strain softening)：高聚物在过了屈服点以后，应变增加，应力反而下降的现象。 （3） 粘流 在应力的持续作用下，此时随应变增加，应力急剧进一步增加的现象称为应变硬化(strain hardening)。这阶段的形变是不可逆的，产生永久变形。此时粘流的机理是在强力作用下及室温下发生的分子链转移，也称为冷流(cold flow)。 应力增加机理：由大量链段取向过渡到分子链取向，并且链间重新形成更多的物理交联点 从应力—应变曲线可以获得的被拉伸聚合物的信息 各种情况下的应力-应变曲线 σB～T曲线与σy～T曲线交点温度称为脆性温度Tb，Tb把高聚物的玻璃态分为强迫高弹态和脆性玻璃态两部分。非晶态高聚物只有在Tb～Tg之间，才能在外力作用下，产生强迫高弹型变。而强迫高弹形变是塑料具有韧性的原因，因此Tb是塑料使用的下限温度。 而σy,σB与温度的关系见左图 b．速率（拉伸速率） v↑, σy,σB均↑，且增加速率相当于降低温度。 Tg,Tc,Tm,Tf,Tb,Td (b) 不同的拉伸速率 (c) 不同的化学结构 (d) Crystallization 结晶 玻璃态聚合物与结晶聚合物的拉伸比较 The Size of Spherulites 球晶大小 The Degree of Crystallization 结晶度 Different types of stress-strain curve 8.2 The yielding of polymer  聚合物的屈服 Strain softening 应变软化 Necking 细颈与剪切带 剪切屈服现象、机理及判据 Discussion 抵抗外力的方式 切应力双生互等定律 Shear band剪切带 (2) Crazing 银纹 Microstructure of crazing 银纹与裂纹 银纹和剪切带 8.3 聚合物的断裂与强度 7.4.1 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 。 polymer based concrete containing spherical inorganic particles fatigue fracture surface SEM fracture surface of polymer and wood matrix Griffith crack theory断裂理论 7.4.2 聚合物的拉伸强度 Tensile strength 影响拉伸强度的因素 考虑分子结构因素 1. 聚合物结构 （1）高分子链结构 a．高分子材料强度上限取决于主链化学键力和分子链间作用力, 增加极性或形成氢键可提高强度。 HDPE σt=