高聚物的强度、屈服与断裂.ppt

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1、5.5极限力学行为——屈服、强度与断裂5.5.1概述5.5.2应力应变曲线5.5.3屈服5.5.4冷拉与成颈5.5.5银纹与应力发白5.5.6强度与破坏5.5.1概述①非极限范围内的小形变：可用模量来表示形变特性极限范围内的大形变：要用应力～应变曲线来反映这一过程②由应力～应变曲线上可获得的反映破坏过程的力学量:扬氏模量屈服应力屈服伸长断裂强度（抗拉强度）断裂伸长屈服应变弹性线性B（屈服点）C断裂点塑性③由于高聚物的力学性能与温度和力的作用速率有关，因此在试验和应用中务必牢记：（1）必须标明温度和施力速率（或形变速率），切勿将正常形变速率下测试数据用于持久力作用或冲击力作用下的场合下；（2

2、）切勿将正常温度下得到的数据用于低温或高温下。只有在宽广的温度范围和形变速率范围内测得的数据才可以帮助我们判断高聚物材料的强度、硬软、韧脆；（3）材料的设计和应用要根据环境的要求。④材料破坏有二种方式，可从拉伸应力~应变曲线的形状和破坏是断面形状来区分：脆性破坏:①试样在出现屈服点之前断裂②断裂表面光滑韧性破坏:①试样在拉伸过程中有明显屈服点和颈缩现象②短裂表面粗糙⑤拉伸应力曲线反映的材料的力学性质力学参量力学性质弹性模量刚性屈服点弹性断裂伸长延性屈服应力强度（或断裂强度、抗拉强度）应力应变曲线下部的面积韧性弹性线下部的面积回弹性5.5.2应力-应变曲线1.高聚物的应力—应变综合曲线屈服应

3、变弹性线性B（屈服点）C断裂点塑性上面是典型的应力—应变曲线实际聚合物材料，通常是综合曲线的一部分或是其变异。处于玻璃态的塑料只在一段范围内才具有这种形状。处于高弹态的橡胶，只有在温度较低和分子量很大时具有这种形状。分析：以B点为界分为二部分：B点以前（弹性区域）：除去应力，材料能恢复原样，不留任何永久变形。斜率即为扬氏模量。B点以后（塑性区域）：除去外力后，材料不再恢复原样，而留有永久变形，我们称材料“屈服”了，B点以后总的趋势是载荷几乎不增加但形变却增加很多B点：屈服点B点时对应的应力—屈服应力B点时对应的应变—屈服应变C点：断裂点C点对应的应力—断裂应力（断裂强度）—抗拉强度C点对应

4、的应变—断裂伸长率聚合物力学类型软而弱软而韧硬而脆硬而强硬而韧聚合物应力—应变曲线应力应变曲线特点模量（刚性）低低高高高屈服应力（强度）低低高高高极限强度（强度）低中高高断裂伸长（延性）中等按屈服应力低中高应力应变曲线下面积（韧）小中小中大实例聚合物凝胶橡胶.增塑.PVC.PE.PTFEPS.PMMA.固化酚醛树脂断裂前无塑性形变断裂前有银纹硬PVCABS.PC.PE.PA有明显的屈服和塑性形变.韧性好5.5.3高聚物的屈服1.高聚物屈服点的特征大多数高聚物有屈服现象，最明显的屈服现象是拉伸中出现的细颈现象。它是独特的力学行为。并不是所有的高聚物材料都表现出屈服过程，这是由于温度和时间对高

5、聚物的性能的影响往往掩盖了屈服行为的普遍性，有的高聚物出现细颈和冷拉，而有的高聚物脆性易断。(1)屈服应变大：高聚物的屈服应变比金属大得多，金属0.01左右，高聚物0.2左右（例如PMMA的切变屈服为0.25，压缩屈服为0.13）(2)屈服过程有应变软化现象：许多高聚物在过屈服点后均有一个应力不太大的下降，叫应变软化，这时应变增大，应力反而下降。(3)屈服应力依赖应变速率：应变速率增大，屈服应力增大。应变速率对PMMA真应力应变曲线的影响应变速率增大12341——0.2吋分真应变4——1.28吋/分3——1.13吋/分2——0.8吋/分真应力(4)屈服应力依赖于温度：温度升高，屈服应力下降

6、。在温度达到时，屈服应力等于0温度对醋酸纤维素应力～应变曲线的影响应力应变80℃65℃50℃25℃0℃－25℃(5)屈服应力受流体静压力的影响：压力增大，屈服应力增大。1.7千巴1巴0.69千巴3.2千巴切应力切应变(6)高聚物屈服应力不等于压缩屈服应力，一般后者大一些。所以高聚物取向薄膜不同方向上的屈服应力差别很大。(7)高聚物在屈服时体积略有缩小。2.真应力-应变曲线及屈服判据三种类型DE012301230123由无法作切线，不能成颈由可作两条切线，有两个点满足屈服条件，D点时屈服点，E点开始冷拉由可作一条切线，曲线上有一个点满足，此点为屈服点，在此点高聚物成颈3.屈服机理(1)银纹屈

7、服---银纹现象与应力发白1)银纹现象：很多高聚物，尤其是玻璃态透明高聚物（PS、PMMA、PC）在储存过程及使用过程中，往往会在表面出现像陶瓷的那样，肉眼可见的微细的裂纹，这些裂纹，由于可以强烈地反射可见光看上去是闪亮的，所以又称为银纹原因：（1）应力银纹：高聚物承受张应力作用时，在某些薄弱环节由于局部应力集中而产生局部塑性形变，其宏观体现为：材料表面或内部出现垂直于应力方向的微细凹槽或“裂纹”现象。（2）环境因素诱发