屈服断裂和强度课件.ppt

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1、第六节高聚物的屈服、断裂和强度7/31/20211研究内容研究对象聚合物的极限性质，即在较大外力的持续作用或强大外力的短时作用后，聚合物发生大形变直至宏观破坏或断裂。主要内容一、高分子材料的拉伸应力-应变特性二、高聚物的屈服三、高分子材料的断裂和强度7/31/20212一、高聚物的拉伸特性拉伸特性的研究方法研究材料强度和破坏的重要实验手段是测量材料的拉伸应力-应变特性。将材料制成标准试样，如图6-1所示，以规定的速度均匀拉伸，测量试样上的应力、应变的变化，直到试样破坏。图6-1哑铃型标准试样7/3

2、1/202131.1典型高聚物的拉伸特性玻璃态高聚物的应力-应变曲线结晶态高弹态7/31/20214曲线特性分析（信息？）图6-2玻璃态或结晶态高聚物的应力-应变曲线Y:屈服点B:断裂点A:弹性极限点应变软化应变硬化冷拉7/31/20215形变过程弹性形变-屈服-应变软化-冷拉-应变硬化-断裂从分子运动机理解释上述过程7/31/202161.1.1应变软化应变软化：当应力超过屈服应力σA后，应力与应变不再保持线性关系，到达Y点，应力达到最大值，此时非晶态高聚物的链段开始运动，卷曲的分子链沿拉伸方向

3、伸展，结晶态高聚物的微晶也进行重排，甚至某些晶体可能破裂，发生取向，出现较大应变，而应力几乎不变或先降低后不变。7/31/202171.1.2冷拉伸冷拉伸高聚物材料在低温下（非晶高聚物低于Tg，结晶高聚物低于Tm），受外力作用而产生大形变的现象。这种大形变在外力撤消后不回复，通过适当升温（T＞Tg或Tm）仍可恢复或部分恢复，属于强迫高弹形变。冷拉伸时试样的变化7/31/20218冷拉伸的微观机理非晶态聚合物当温度处于Tb＜T＜Tg时，被冻结的链段在外力作用下强迫运动，产生大变形。结晶聚合物在温度处

4、于Tb＜T＜Tm区间发生冷拉伸时，除了非晶态的链段发生强迫高弹形变，还包括晶区的微晶在应力作用下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大形变的过程。7/31/20219冷拉伸微观机理分析图球晶内部晶片拉伸变化示意图7/31/2021101.1.3应变硬化应变硬化：在应力的继续作用下，从大量的分子链段取向运动发展到整条分子链取向排列，取向后分子链排列紧密规整，被破坏的微晶取向从而形成新的结晶，使材料的强度进一步提高。此时应变变化

5、不大，而应力又急剧增加，直至断裂。7/31/2021111.2影响高聚物拉伸特性的因素(a)温度的影响a:T

6、为中的体现。7/31/202113a:硬而脆性材料PS、PMMA、酚醛树脂c:硬而韧性材料尼龙、聚甲醛、聚碳酸酯、聚酰亚胺b:硬而强性材料硬质PVC、芳香尼龙、高分子量PSd:软而韧材料硫化橡胶、软质PVC(c)物质结构组成7/31/202114二、高分子材料的屈服屈服的形式银纹屈服剪切屈服屈服点7/31/2021152.1银纹屈服银纹化现象许多聚合物，尤其是玻璃态透明聚合物如PS、PMMA、PC等，在存储及使用过程中，由于应力和环境因素的影响，表面往往会出现一些微裂纹。有这些裂纹的平面能强烈反射

7、可见光，形成银色的闪光，故称为银纹，相应的开裂现象称为银纹化现象。PSPMMA7/31/202116产生银纹的原因力学因素（拉应力、弯应力）环境因素（与某些化学物质相接触）银纹和裂缝的区别裂缝是宏观开裂，内部质量为零；而银纹内部有物质填充着，质量不等于零，该物质称银纹质，是由高度取向的聚合物纤维束构成。银纹具有可逆性，在压应力下或在Tg以上温度退火处理，银纹会回缩或消失，材料重新回复光学均一状态。7/31/202117银纹的微观结构F银纹质（微纤）平行于外力方向，银纹长度方向与外力垂直。7/31/

8、2021182.2剪切屈服剪切屈服拉伸时在细颈出现之前，试样上出现与拉伸方向成45的剪切滑移变形带，从而使形变增大的现象。剪切屈服带的形成在最大剪应力平面上由于应变软化引起分子链滑动形成剪切应变的薄层。FPC7/31/202119银纹与剪切屈服的区别项目剪切屈服银纹屈服方向与作用力成45°角垂直于作用力形变大，几十~几百%小<10%曲线特征有明显的屈服点无明显的屈服点体积体积不变体积增加力剪切力张应力结果冷拉裂缝7/31/202120三、高分子材料的断裂及强度3.1 宏观断裂方式