高聚物的屈服断裂和强度

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1、第六章高聚物的屈服断裂和强度97第六章高聚物的屈服断裂和强度第一部分内容简介§6.1高聚物的拉伸实验和拉伸行为大多数高聚物都有屈服现象。所谓冷拉伸是高聚物在低温下(非晶态高聚物是Tg以下，晶态高聚物是Tm以下)被拉伸并屈服生成细颈的现象。这种现象既不完全同于玻璃化温度以上的大形变(高弹性形变或塑性形变)也不同于高温下的粘性流动，这是一种独特的力学行为。一、线性非晶高聚物伸应力－应变特性表线性非晶高聚物的应力－应变曲线各段特征ABBCCDDE运动单元链段以下单元链段开始运动链段运动取向链段不能再运动模量表示高且不变

2、减小进一步减小增大形变小,应力增大形变增大应力减小形变增大应力不变形变增大应力增大形变增大名称普弹性应变软化强迫高弹性应变硬化第六章高聚物的屈服断裂和强度97二、结晶高聚物的应力应变特性表结晶高聚物的应力－应变曲线各段特征ABBCCDDE运动单元链段以下单元链段开始运动链段运动取向链段不能再运动模量表示高且不变减小进一步减小增大形变小,应力增大形变增大应力减小形变增大应力不变形变增大应力增大形变增大名称普弹性应变软化强迫高弹性应变硬化产生条件1.温度处于脆化温度以上,玻璃化温度以下2.拉伸速度应低于脆韧转变时的拉

3、伸速度无论是无定形高聚物，还是结晶性高聚物都能冷拉伸，但无定形高聚物在稍稍低于玻璃化温度时，最容易冷拉伸，在玻璃化温度或高于玻璃化温度时，就以不产生强颈的形式伸和。在低于玻璃化温度时非晶态高聚物是处于玻璃态的，但它在一定应力条件下竟能产生高达百分之几百的大形变。当外力除去后，大形变不回复，只有对应于应力－应变曲线起始而直线部分的形变(普弹形变)第六章高聚物的屈服断裂和强度97可以回复，但是只要在除去外力作用后，将冷拉的高聚物加热支玻璃化温度以上，大形变也可慢慢回复。这说明玻璃态高聚物的大形变本质上与高弹态的大形变

4、一样，它是由于卷曲的高分子链伸直引起的形变，在玻璃化温度以下，由于链段运动被冻结，形变不右回复，当加热到链段具有足够的活动能力时，形变即可回复。这种高弹形变是在较大的外加应力作用下产生的，因此称为强迫高弹性。强迫高弹性产生的原因是由于外力的作用减小了在作用力方向上高分子链段运动的松弛时间，使得在玻璃态被冻结的链段能超过位垒而运动，松弛时间t与外应力s之间有如下关系（7－5）式中DE是活化能，g是与材料有关的常数。由式可见s越大，t越小，s降低了活化能。当应力增加致使松弛时间减少到与外力作用时间同一数量级时高聚物就

5、产生强迫高弹变形。结晶高聚物从远低于玻璃化温度度时直到熔点附近都能发生冷拉。由于冷拉使原有的结晶结构破坏，片晶也被拉开分裂成更小的结晶单元，沿着拉伸方向排列，甚至分子链从晶体中全部拉出伸直。在应力－应变曲线上出现的应变硬化，可能与分子链重新结晶有关。并不是所有有屈服点的高聚物材料都能发生冷拉伸。分子量较低的高聚物，在屈服点后就会破坏。这是由于短的分子不可能充分取向以达到防止材料破坏的程度。另外，形变速率过高，高聚物材料也无法进行冷拉伸，因为形变速度过快，分子链没有足够的时间松弛，相反会因应力集中而使材料早破坏。三

6、、影响应力－应变特征的因素1．温度的影响(1)硬而脆(2)硬而韧(3)软而韧第六章高聚物的屈服断裂和强度972．应变速率3．聚合物结构(1)链结构—柔顺性(2)聚集态—结晶.取向(3)织态结构—相容性分散§6.3高聚物的冲击强度及增韧措施一、冲击强度的测量方法(1)应力—应变实验Ei=(J/m)charpy冲击实验（缺口、非缺口）（2）缺口：单位缺口长度吸收能量（缺口处试样厚度固定）J/m（3）无缺口：单位截面积吸收的能量J/m2二、屈服定义：在σ--t曲线上，出现明显的极点或拐点、屈服点后，ε增大而σ下降。剪切

7、带：材料内部因剪切而使分子链取向的现象。三、银纹形成条件—环境介质、应力特征—(1)在表面、取向、闪闪发光(2)银纹不是空洞，有银纹质(3)银纹尺寸可以很大，但不导致材料破坏第六章高聚物的屈服断裂和强度97四、影响冲击强度的因素柔顺性—↑Ei↓分子量↑Ei↑分布宽↑Ei↑分子向力↑Ei↑支化短支化Ei↑长支化Ei↑交联轻度交联Ei↑高度交联（交联密度＞链段长度）Ei↓结晶结晶度↑Ei↓结晶形态：伸>带>球，大球晶〈小球晶取向取向方向Ei↑非取向方向Ei↓增塑Ei↑填充活性Ei↑惰性Ei↓使用温度T↑Ei↓拉伸速度

8、↑Ei↓五、增韧措施(1)小分子增韧DOP→PVC,效率高，σb↓,迁移(2)弹性体增韧CPE---PVC效率高,不迁移σb↓(3)非弹性体增韧ROF---PVCσb不变,不迁移在脆韧转变点后有效第六章高聚物的屈服断裂和强度97§6.3高聚物的强度理论及增强措施高聚物材料在力的作用下所发生的宏观破坏称为断裂。断裂的方式可有快速断裂，蠕变断裂，疲劳断裂，磨损断裂及环境应力开