聚合物的力學(xué)性能（課堂PPT）

1、1第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能 （2 2）外力）外力 指牛頓力指牛頓力 即對材料所施加的使材料發(fā)生形變的力。通常稱為負(fù)荷。即對材料所施加的使材料發(fā)生形變的力。通常稱為負(fù)荷。外力包括以下兩類：外力包括以下兩類：a a、 按施力方向分：拉伸力、壓縮力、剪切力、彎曲力、按施力方向分：拉伸力、壓縮力、剪切力、彎曲力、摩擦力、扭轉(zhuǎn)力等。摩擦力、扭轉(zhuǎn)力等。b b、 按施力方式分：以恒定外力長期持續(xù)的作用，以一定按施力方式分：以恒定外力長期持續(xù)的作用，以一定速度緩慢短期作用的，突然的力沖擊作用的，繼續(xù)反復(fù)作用的。速度緩慢短期作用的，突然的力沖擊作用的，繼續(xù)反復(fù)作用的。潘奇?zhèn)ブ谱?022年3

2、月10日18時(shí)22分2第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能 （3 3）內(nèi)力、應(yīng)力）內(nèi)力、應(yīng)力 材料在外力作用下發(fā)生形變的同時(shí)，在其內(nèi)部還會產(chǎn)生對抗材料在外力作用下發(fā)生形變的同時(shí)，在其內(nèi)部還會產(chǎn)生對抗外力的附加內(nèi)力，以使材料保持原狀，當(dāng)外力消除后，內(nèi)力外力的附加內(nèi)力，以使材料保持原狀，當(dāng)外力消除后，內(nèi)力就會使材料回復(fù)原狀并自行逐步消除。當(dāng)外力與內(nèi)力達(dá)到平就會使材料回復(fù)原狀并自行逐步消除。當(dāng)外力與內(nèi)力達(dá)到平衡時(shí)，內(nèi)力與外力大小相等，方向相反。單位面積上的內(nèi)力衡時(shí)，內(nèi)力與外力大小相等，方向相反。單位面積上的內(nèi)力定義為應(yīng)力。定義為應(yīng)力。潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分3第八章第八章

3、 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能（4 4）形變）形變 材料在外力作用下，其幾何形狀和尺寸所發(fā)生的變材料在外力作用下，其幾何形狀和尺寸所發(fā)生的變化?；?。 （5 5）應(yīng)變）應(yīng)變 在應(yīng)力作用下，單位長度（面積、體積）所發(fā)在應(yīng)力作用下，單位長度（面積、體積）所發(fā)生的形變來表征。生的形變來表征。(6) (6) 彈性模量彈性模量 是引起單位應(yīng)變所需要的應(yīng)力。是材料剛硬度的是引起單位應(yīng)變所需要的應(yīng)力。是材料剛硬度的一種表征。模量的倒數(shù)稱為柔量，是材料容易形變程度的一種一種表征。模量的倒數(shù)稱為柔量，是材料容易形變程度的一種表征，以表征，以J J表示。表示。（7 7）強(qiáng)度）強(qiáng)度 在一定條件下，材料斷裂前所能忍

4、受的最大應(yīng)力，在一定條件下，材料斷裂前所能忍受的最大應(yīng)力，稱為強(qiáng)度，常用單位稱為強(qiáng)度，常用單位PaPa。潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分4材料的大形變材料的大形變破壞過程破壞過程厚度厚度d d寬寬度度b bP P圖圖1 Instron 5569電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)（electronic material testing system）實(shí)驗(yàn)條件：一定拉伸速率和溫度實(shí)驗(yàn)條件：一定拉伸速率和溫度在實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用中：在實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用中： 必須標(biāo)明溫度和施力必須標(biāo)明溫度和施力速率（或形變速率），速率（或形變速率），切勿將正常形變速率下切勿將正常形變速率下測得數(shù)據(jù)用于持久力作測得數(shù)據(jù)用于

5、持久力作用或沖擊力作用下的場用或沖擊力作用下的場合下；切勿將正常溫度合下；切勿將正常溫度下得到的數(shù)據(jù)用于低溫下得到的數(shù)據(jù)用于低溫或高溫下?；蚋邷叵?。8.2 8.2 聚合物的應(yīng)力應(yīng)變特性聚合物的應(yīng)力應(yīng)變特性 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分5AAEAYBYielding point 屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)Point of elastic limit 彈性極限點(diǎn)彈性極限點(diǎn)Breaking point 斷裂點(diǎn)斷裂點(diǎn)ABAYBStrain softening 應(yīng)變軟化應(yīng)變軟化plastic deformation塑性形變塑性形變Strain hardening 應(yīng)變硬化

6、應(yīng)變硬化圖圖2 2 非晶態(tài)聚合物在非晶態(tài)聚合物在玻璃態(tài)玻璃態(tài)的應(yīng)力的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 y yOND聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能非晶態(tài)聚合物非晶態(tài)聚合物潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分6聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分7（Molecular motion during tensile test 拉伸過程中高分子鏈的運(yùn)動）拉伸過程中高分子鏈的運(yùn)動）從分子運(yùn)動解釋非結(jié)晶聚合物應(yīng)力應(yīng)變曲線從分子運(yùn)動解釋非結(jié)晶聚合物應(yīng)力應(yīng)變曲線圖圖3 3 非晶態(tài)聚合物的應(yīng)力非晶態(tài)聚合物的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線（玻璃態(tài)）（玻璃態(tài)）I Elastic d

7、eformation 普彈形變普彈形變小尺寸運(yùn)動單元小尺寸運(yùn)動單元的運(yùn)動引起鍵的運(yùn)動引起鍵長鍵角變化。形變小可回復(fù)長鍵角變化。形變小可回復(fù)II Forced rubber-like deformation強(qiáng)迫高彈形變強(qiáng)迫高彈形變 在大外力作用下在大外力作用下凍結(jié)的鏈凍結(jié)的鏈段段沿外力方向沿外力方向取向取向III Viscous flow粘流形變粘流形變 在在分子鏈分子鏈伸展后繼續(xù)拉伸整伸展后繼續(xù)拉伸整鏈鏈取向取向排列，使材料的強(qiáng)度排列，使材料的強(qiáng)度進(jìn)一步提高。形變不可回復(fù)進(jìn)一步提高。形變不可回復(fù)聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分8強(qiáng)迫高彈形變產(chǎn)生的原因強(qiáng)

8、迫高彈形變產(chǎn)生的原因 也就是在也就是在外力外力的作用下，非晶聚合物中本來被凍結(jié)的鏈段被強(qiáng)迫運(yùn)動，的作用下，非晶聚合物中本來被凍結(jié)的鏈段被強(qiáng)迫運(yùn)動，使高分子鏈發(fā)生伸展，產(chǎn)生大的形變。但由于聚合物仍處于玻璃態(tài)，當(dāng)外使高分子鏈發(fā)生伸展，產(chǎn)生大的形變。但由于聚合物仍處于玻璃態(tài)，當(dāng)外力移去后，鏈段不能再運(yùn)動，形變也就得不到回復(fù)，只有當(dāng)溫度升至力移去后，鏈段不能再運(yùn)動，形變也就得不到回復(fù)，只有當(dāng)溫度升至Tg附附近，使鏈段運(yùn)動解凍，形變才能復(fù)原。近，使鏈段運(yùn)動解凍，形變才能復(fù)原。材料常數(shù)鏈段運(yùn)動活化能EkTE exp0 松弛時(shí)間與應(yīng)力的關(guān)系：松弛時(shí)間與應(yīng)力的關(guān)系：由上式可見，由上式可見， 越大，越大， 越小

9、，即外力降低了鏈段在外力作用方向上的越小，即外力降低了鏈段在外力作用方向上的運(yùn)動活化能，運(yùn)動活化能，因而縮短了沿力場方向的松弛時(shí)間，當(dāng)應(yīng)力增加致使鏈因而縮短了沿力場方向的松弛時(shí)間，當(dāng)應(yīng)力增加致使鏈段運(yùn)動松弛時(shí)間減小到與外力作用時(shí)間同一數(shù)量級時(shí)，鏈段開始由蜷段運(yùn)動松弛時(shí)間減小到與外力作用時(shí)間同一數(shù)量級時(shí)，鏈段開始由蜷曲變?yōu)樯煺?，產(chǎn)生強(qiáng)迫高彈變形。曲變?yōu)樯煺?，產(chǎn)生強(qiáng)迫高彈變形。聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分9 處于玻璃態(tài)的非晶聚合物在拉伸過程中處于玻璃態(tài)的非晶聚合物在拉伸過程中屈服點(diǎn)后屈服點(diǎn)后產(chǎn)生產(chǎn)生的較大應(yīng)變，移去外力后形變不能回復(fù)。若將試樣溫度的較大

10、應(yīng)變，移去外力后形變不能回復(fù)。若將試樣溫度升到其升到其T Tg g附近，該形變則可完全回復(fù)，因此它在附近，該形變則可完全回復(fù)，因此它在本質(zhì)上本質(zhì)上仍屬高彈形變?nèi)詫俑邚椥巫?，并非粘流形變，是由高分子的，并非粘流形變，是由高分子的鏈段運(yùn)動鏈段運(yùn)動所引起的。所引起的。 這種形變稱為這種形變稱為強(qiáng)迫高彈形變強(qiáng)迫高彈形變強(qiáng)迫高彈形變的定義強(qiáng)迫高彈形變的定義聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分10強(qiáng)迫高彈形變產(chǎn)生的條件強(qiáng)迫高彈形變產(chǎn)生的條件: :施力：施力： y b當(dāng)應(yīng)力增加到一定值（屈服應(yīng)力）時(shí)，當(dāng)應(yīng)力增加到一定值（屈服應(yīng)力）時(shí)，相應(yīng)鏈段運(yùn)動的松弛時(shí)間降到與外力的作

11、用時(shí)間相相應(yīng)鏈段運(yùn)動的松弛時(shí)間降到與外力的作用時(shí)間相當(dāng)，當(dāng)，被凍結(jié)的高分子鏈段即能響應(yīng)產(chǎn)生大的形變，被凍結(jié)的高分子鏈段即能響應(yīng)產(chǎn)生大的形變，可見可見增加應(yīng)力與升高溫度對松弛時(shí)間的影響是相同增加應(yīng)力與升高溫度對松弛時(shí)間的影響是相同的。的。溫度：溫度：TbTg聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分11Conclusion： 非結(jié)晶聚合物形變經(jīng)歷了普彈形變、應(yīng)變軟化（屈服）、非結(jié)晶聚合物形變經(jīng)歷了普彈形變、應(yīng)變軟化（屈服）、塑性形變塑性形變(plastic deformation )（強(qiáng)迫高彈形變強(qiáng)迫高彈形變）、應(yīng)變硬化）、應(yīng)變硬化四個階段四個階段聚合物的力學(xué)性能

12、聚合物的力學(xué)性能潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分12 材料在屈服點(diǎn)之間發(fā)生的斷裂稱為材料在屈服點(diǎn)之間發(fā)生的斷裂稱為脆性斷裂脆性斷裂；在屈服點(diǎn)后發(fā)；在屈服點(diǎn)后發(fā)生的斷裂稱為生的斷裂稱為韌性斷裂韌性斷裂。 第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能0yBYBB潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分13第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能脆性斷裂：脆性斷裂：與材料的彈性響應(yīng)相聯(lián)系，在斷裂前試樣斷裂均勻，與材料的彈性響應(yīng)相聯(lián)系，在斷裂前試樣斷裂均勻，斷裂時(shí)，裂紋迅速垂直于應(yīng)力方向，斷裂面不顯出明顯的推遲斷裂時(shí)，裂紋迅速垂直于應(yīng)力方向，斷裂面不顯出明顯的推遲形變，形變，曲線是

13、線性的，曲線是線性的，5%,5%5%，由剪切，由剪切應(yīng)力引起的鏈段運(yùn)動的結(jié)果應(yīng)力引起的鏈段運(yùn)動的結(jié)果潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分14第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能 根據(jù)材料的力學(xué)性能及其應(yīng)力根據(jù)材料的力學(xué)性能及其應(yīng)力- -應(yīng)變曲線特征，可將非晶態(tài)應(yīng)變曲線特征，可將非晶態(tài)聚合物的應(yīng)力聚合物的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線大致分為五類：應(yīng)變曲線大致分為五類：附附：強(qiáng)與弱從斷裂強(qiáng)度：強(qiáng)與弱從斷裂強(qiáng)度 b比較；硬與軟從模量比較；硬與軟從模量E（ / ）比較；）比較；脆與韌則可從斷裂伸長率比較。脆與韌則可從斷裂伸長率比較。潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分15第八章第八章 聚合

14、物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能 （2）材料）材料硬硬而而脆脆：在較大應(yīng)力作用下，材料僅發(fā)生較小的應(yīng)：在較大應(yīng)力作用下，材料僅發(fā)生較小的應(yīng)變，并在屈服點(diǎn)之前發(fā)生斷裂，具有高的模量和抗張強(qiáng)度，但變，并在屈服點(diǎn)之前發(fā)生斷裂，具有高的模量和抗張強(qiáng)度，但受力呈脆性斷裂，沖擊強(qiáng)度較差。受力呈脆性斷裂，沖擊強(qiáng)度較差。 （2）（1）材料）材料軟而弱軟而弱：模量低，屈服強(qiáng)度低，中等斷裂伸長率。：模量低，屈服強(qiáng)度低，中等斷裂伸長率。如未硫化的天然橡膠。如未硫化的天然橡膠。 （1）潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分16第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能 （4）（4）材料）材料軟而韌軟而韌：模量低，

15、屈服強(qiáng)度低，斷裂伸長率大，斷：模量低，屈服強(qiáng)度低，斷裂伸長率大，斷裂強(qiáng)度較高，可用于要求形變較大的材料。裂強(qiáng)度較高，可用于要求形變較大的材料。（3）材料）材料硬硬而而強(qiáng)強(qiáng)：在較大應(yīng)力作用下，材料發(fā)生較小的應(yīng)：在較大應(yīng)力作用下，材料發(fā)生較小的應(yīng)變，在屈服點(diǎn)附近斷裂，具高模量和抗張強(qiáng)度變，在屈服點(diǎn)附近斷裂，具高模量和抗張強(qiáng)度（3） 潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分17第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能（5）材料）材料強(qiáng)而韌強(qiáng)而韌：具高模量和抗張強(qiáng)度，斷裂伸長率較大，：具高模量和抗張強(qiáng)度，斷裂伸長率較大，材料受力時(shí)，屬韌性斷裂。材料受力時(shí)，屬韌性斷裂。 （5）潘奇?zhèn)ブ谱?022

16、年3月10日18時(shí)22分18冷拉冷拉Cold drawing圖圖7 Necking and cold drawing 脆性聚合物在斷裂前試樣并脆性聚合物在斷裂前試樣并沒有明顯變化，斷裂面一般與拉沒有明顯變化，斷裂面一般與拉伸方向垂直，而且很光潔伸方向垂直，而且很光潔韌性聚合物在屈服后產(chǎn)生細(xì)頸韌性聚合物在屈服后產(chǎn)生細(xì)頸（neck），之后細(xì)頸逐漸擴(kuò)展，應(yīng)變增），之后細(xì)頸逐漸擴(kuò)展，應(yīng)變增加而應(yīng)力不變，這種現(xiàn)象稱為冷拉加而應(yīng)力不變，這種現(xiàn)象稱為冷拉（cold drawing），直至細(xì)頸擴(kuò)展到整），直至細(xì)頸擴(kuò)展到整個試樣，應(yīng)力才重新增加并使試樣斷裂個試樣，應(yīng)力才重新增加并使試樣斷裂冷拉是強(qiáng)迫高彈形變，對

17、于非晶冷拉是強(qiáng)迫高彈形變，對于非晶聚合物，主要是鏈段取向；聚合物，主要是鏈段取向；第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分19TTb，硬玻璃態(tài)，脆性斷裂，硬玻璃態(tài)，脆性斷裂-1TbTTg，軟玻璃態(tài)，韌性斷裂，軟玻璃態(tài)，韌性斷裂-2、3TgTTf，粘流態(tài)，粘流態(tài)-5非晶聚合物在非晶聚合物在不同溫度下不同溫度下的的 - 曲線如圖曲線如圖8：(1)溫度的影響溫度的影響 12345圖圖8 非晶聚合物不同溫度下的非晶聚合物不同溫度下的 曲線曲線T第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分20曲線曲線1：在玻璃態(tài)

18、（：在玻璃態(tài)（TTb）：）：直線關(guān)系，直線關(guān)系，形變小，高模量，原因是由側(cè)基等運(yùn)動單形變小，高模量，原因是由側(cè)基等運(yùn)動單元引起鍵長鍵角的變化引起。元引起鍵長鍵角的變化引起。曲線曲線4：處于高彈態(tài)，：處于高彈態(tài)，無縮頸，不出現(xiàn)屈服無縮頸，不出現(xiàn)屈服點(diǎn)，形變大，原因是在不大外力作用下的點(diǎn)，形變大，原因是在不大外力作用下的高分子鏈沿外力取向，產(chǎn)生高彈形變。高分子鏈沿外力取向，產(chǎn)生高彈形變。曲線曲線5：粘流態(tài)，：粘流態(tài)，熔體，模量很小。不可逆形變。熔體，模量很小。不可逆形變。分析：分析：曲線曲線2.3： TbTTg，軟玻璃態(tài)：，軟玻璃態(tài)：出現(xiàn)出現(xiàn)一個大的形變強(qiáng)迫高彈形變，外力除一個大的形變強(qiáng)迫高彈形變

19、，外力除去后，形變不能回復(fù)，但是溫度升高到去后，形變不能回復(fù)，但是溫度升高到玻璃化溫度時(shí)，形變回復(fù)。玻璃化溫度時(shí)，形變回復(fù)。 12345圖圖8 非晶聚合物不同溫度下的非晶聚合物不同溫度下的 曲線曲線T第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分21溫度升高，材料逐步變軟變韌，斷裂強(qiáng)度溫度升高，材料逐步變軟變韌，斷裂強(qiáng)度下降，斷裂伸長率增加；下降，斷裂伸長率增加；溫度下降，材料逐步變硬變脆，斷裂強(qiáng)溫度下降，材料逐步變硬變脆，斷裂強(qiáng)度增加，斷裂伸長率減小度增加，斷裂伸長率減小第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18

20、時(shí)22分22Strain rate：1234(2)應(yīng)變速率的影響應(yīng)變速率的影響Stress-strain curve of PS拉伸速率拉伸速率不同應(yīng)變速率下聚合物的斷裂模式不同應(yīng)變速率下聚合物的斷裂模式第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分23 因?yàn)殒湺芜\(yùn)動是松弛過程，外力的作用使松弛時(shí)間下降因?yàn)殒湺芜\(yùn)動是松弛過程，外力的作用使松弛時(shí)間下降若鏈段運(yùn)動的松弛時(shí)間與外力作用速率相適應(yīng)，材料在斷裂若鏈段運(yùn)動的松弛時(shí)間與外力作用速率相適應(yīng)，材料在斷裂前可發(fā)生屈服，出現(xiàn)強(qiáng)迫高彈性，表現(xiàn)為韌性斷裂前可發(fā)生屈服，出現(xiàn)強(qiáng)迫高彈性，表現(xiàn)為韌性斷裂若外力作用時(shí)間

21、越短，鏈段的松弛跟不上外力作用速率，為若外力作用時(shí)間越短，鏈段的松弛跟不上外力作用速率，為使材料屈服需要更大的外力，材料的屈服強(qiáng)度提高，材料在斷裂使材料屈服需要更大的外力，材料的屈服強(qiáng)度提高，材料在斷裂前不發(fā)生屈服，表現(xiàn)為脆性斷裂前不發(fā)生屈服，表現(xiàn)為脆性斷裂所以，降低溫度與提高外力作用速率有同樣的效果，所以，降低溫度與提高外力作用速率有同樣的效果，這是時(shí)這是時(shí)-溫等效原理在高分子力學(xué)行為中的體現(xiàn)。溫等效原理在高分子力學(xué)行為中的體現(xiàn)。第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分24第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能8.4.2 8.4.2 斷

22、裂的裂縫理論斷裂的裂縫理論 實(shí)驗(yàn)證明目前的工藝水平不能保證材料的表面和結(jié)構(gòu)中不存在實(shí)驗(yàn)證明目前的工藝水平不能保證材料的表面和結(jié)構(gòu)中不存在裂縫和缺陷基于此裂縫和缺陷基于此斷裂理論斷裂理論認(rèn)為：這些裂縫和缺陷會使應(yīng)力集認(rèn)為：這些裂縫和缺陷會使應(yīng)力集中于裂縫的尖端處，而遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于試樣所受的平均應(yīng)力，當(dāng)它達(dá)中于裂縫的尖端處，而遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于試樣所受的平均應(yīng)力，當(dāng)它達(dá)到和超過它的某一個臨界條件時(shí)，裂縫失去穩(wěn)定性而發(fā)生擴(kuò)展，到和超過它的某一個臨界條件時(shí)，裂縫失去穩(wěn)定性而發(fā)生擴(kuò)展，最終在低的名義應(yīng)力下引起材料的斷裂。最終在低的名義應(yīng)力下引起材料的斷裂。雨衣的斷裂雨衣的斷裂潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分2

23、5第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能1.1.銀紋：聚合物在銀紋：聚合物在張應(yīng)力張應(yīng)力作用下，在材料的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)力作用下，在材料的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)力集中產(chǎn)生局部應(yīng)力塑性形變，而在材料表面或者內(nèi)部出現(xiàn)垂集中產(chǎn)生局部應(yīng)力塑性形變，而在材料表面或者內(nèi)部出現(xiàn)垂直于應(yīng)力方向長度約直于應(yīng)力方向長度約100100 m m，寬度約為，寬度約為10 10 m m，厚度約，厚度約1 1 m m的微細(xì)的微細(xì)凹槽或裂紋凹槽或裂紋的現(xiàn)象。裂紋處的折光指數(shù)低于聚合物體的現(xiàn)象。裂紋處的折光指數(shù)低于聚合物體的折光指數(shù)，在兩者的界面上發(fā)生全反射現(xiàn)象，看上去呈發(fā)的折光指數(shù)，在兩者的界面上發(fā)生全反射現(xiàn)象，看上去呈發(fā)亮的銀色

24、條紋，因此稱為銀紋。亮的銀色條紋，因此稱為銀紋。潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分26第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能2.2.銀紋與裂縫的區(qū)別：銀紋與裂縫的區(qū)別：裂縫裂縫是空的，內(nèi)部無聚合物；而裂紋是空的，內(nèi)部無聚合物；而裂紋內(nèi)部并不是完全空的，含有內(nèi)部并不是完全空的，含有4040左右的聚合物仍然具有強(qiáng)度左右的聚合物仍然具有強(qiáng)度和粘彈現(xiàn)象稱為和粘彈現(xiàn)象稱為銀紋質(zhì)銀紋質(zhì)聯(lián)系起兩銀紋面的樹狀或者片狀聯(lián)系起兩銀紋面的樹狀或者片狀高度取向聚合物。銀紋處的密度低，折光指數(shù)低，故在界面高度取向聚合物。銀紋處的密度低，折光指數(shù)低，故在界面上出現(xiàn)全反射現(xiàn)象。上出現(xiàn)全反射現(xiàn)象。潘奇?zhèn)ブ谱?

25、022年3月10日18時(shí)22分27第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能銀紋具有銀紋具有可逆性可逆性，在壓力或者玻璃化溫度以上退火時(shí)可回縮，在壓力或者玻璃化溫度以上退火時(shí)可回縮或者愈合，再拉伸時(shí)，它會出現(xiàn)。如果再受到拉伸作用，會或者愈合，再拉伸時(shí)，它會出現(xiàn)。如果再受到拉伸作用，會變成裂縫，最后整個材料斷裂。變成裂縫，最后整個材料斷裂。3.3.銀紋產(chǎn)生的機(jī)理：銀紋產(chǎn)生的機(jī)理：張應(yīng)力作用下的聚合物局部區(qū)域的塑性形變。在應(yīng)力集中的區(qū)域張應(yīng)力作用下的聚合物局部區(qū)域的塑性形變。在應(yīng)力集中的區(qū)域分子鏈將受到較大的應(yīng)力，導(dǎo)致沿應(yīng)力方向高度取向，產(chǎn)生局部分子鏈將受到較大的應(yīng)力，導(dǎo)致沿應(yīng)力方向高度取向，

26、產(chǎn)生局部的冷拉，由于局部的高度拉伸應(yīng)變（的冷拉，由于局部的高度拉伸應(yīng)變（10001000），造成了很大的橫），造成了很大的橫向收縮，這種局部的收縮要大于材料整體的橫向收縮，結(jié)果在局向收縮，這種局部的收縮要大于材料整體的橫向收縮，結(jié)果在局部性的取向鏈?zhǔn)蚱瑢娱g形成一定的空的體積，并在表面上出現(xiàn)部性的取向鏈?zhǔn)蚱瑢娱g形成一定的空的體積，并在表面上出現(xiàn)凹槽。也可以發(fā)生在材料內(nèi)部形成內(nèi)銀紋。凹槽。也可以發(fā)生在材料內(nèi)部形成內(nèi)銀紋。潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分28第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能3.3.產(chǎn)生銀紋的結(jié)果：產(chǎn)生銀紋的結(jié)果：銀紋可發(fā)展成裂縫，使材料的使用性能降低。銀紋

27、可發(fā)展成裂縫，使材料的使用性能降低。銀紋的產(chǎn)生可以改善聚合物的力學(xué)性能，它在產(chǎn)生時(shí)吸收銀紋的產(chǎn)生可以改善聚合物的力學(xué)性能，它在產(chǎn)生時(shí)吸收能量，提高了沖擊強(qiáng)度。能量，提高了沖擊強(qiáng)度。潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分29第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能舉例：舉例：抗沖擊塑料抗沖擊塑料：在塑料中引入橡膠分散相（：在塑料中引入橡膠分散相（TgTg低，形成兩相體低，形成兩相體系且邊界黏著性好），橡膠顆粒在應(yīng)力的作用下除了本身的系且邊界黏著性好），橡膠顆粒在應(yīng)力的作用下除了本身的形變外，還可以引起顆粒周圍的塑料相產(chǎn)生很多銀紋，銀紋形變外，還可以引起顆粒周圍的塑料相產(chǎn)生很多銀紋，銀紋

28、的產(chǎn)生和塑性形變，消耗了大量的沖擊能量同時(shí)由一個微區(qū)的產(chǎn)生和塑性形變，消耗了大量的沖擊能量同時(shí)由一個微區(qū)邊緣產(chǎn)生的銀紋可為附近的另一個微區(qū)中止，防止了銀紋發(fā)邊緣產(chǎn)生的銀紋可為附近的另一個微區(qū)中止，防止了銀紋發(fā)展成裂縫從而抑制了材料破壞起到增韌的作用。展成裂縫從而抑制了材料破壞起到增韌的作用。潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分30第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能凡是有利于提高材料的彈性模量、有利于增加斷裂過程的表面凡是有利于提高材料的彈性模量、有利于增加斷裂過程的表面功和增加分子穩(wěn)定性的因素，都使材料的強(qiáng)度提高；凡是使材功和增加分子穩(wěn)定性的因素，都使材料的強(qiáng)度提高；凡是使材

29、料形成弱點(diǎn)而增加應(yīng)力分布的不均勻性的因素，都使材料的強(qiáng)料形成弱點(diǎn)而增加應(yīng)力分布的不均勻性的因素，都使材料的強(qiáng)度下降。度下降。影響聚合物材料強(qiáng)度因素有內(nèi)因和外因兩個因素。影響聚合物材料強(qiáng)度因素有內(nèi)因和外因兩個因素。8.68.6影響聚合物實(shí)際強(qiáng)度的因素影響聚合物實(shí)際強(qiáng)度的因素 潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分31第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能一、內(nèi)因：一、內(nèi)因：主鏈結(jié)構(gòu)主鏈結(jié)構(gòu) 鏈節(jié)含有強(qiáng)極性基團(tuán)或氫鍵的基團(tuán)使得分子間作用力增大，鏈節(jié)含有強(qiáng)極性基團(tuán)或氫鍵的基團(tuán)使得分子間作用力增大，強(qiáng)度提高強(qiáng)度提高聚合物PEPVCN-610N-66強(qiáng)度Pa20506183 鏈的剛性增加，強(qiáng)

30、度增加，韌性下降，象主鏈含有方鏈的剛性增加，強(qiáng)度增加，韌性下降，象主鏈含有方雜環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物其強(qiáng)度和模量比脂肪族主鏈高。主鏈雜環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物其強(qiáng)度和模量比脂肪族主鏈高。主鏈上含有大的側(cè)基，剛性大。如上含有大的側(cè)基，剛性大。如PE:24.5N/mPE:24.5N/m2 2,PS,PS：35.235.260N/m60N/m2 2潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分32第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能 交聯(lián)：適當(dāng)交聯(lián)，總是提高聚合物的強(qiáng)度，但如果交交聯(lián)：適當(dāng)交聯(lián)，總是提高聚合物的強(qiáng)度，但如果交聯(lián)度太大，會使其脆性太大而失去應(yīng)用價(jià)值。聯(lián)度太大，會使其脆性太大而失去應(yīng)用價(jià)值。潘奇?zhèn)ブ?/p>

31、作2022年3月10日18時(shí)22分33第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能 分子量與分子量分布分子量與分子量分布：當(dāng)分子量很小時(shí)，強(qiáng)度隨著分子：當(dāng)分子量很小時(shí)，強(qiáng)度隨著分子量增加而增加，當(dāng)分子量大到一定值，強(qiáng)度與分子量無關(guān)。量增加而增加，當(dāng)分子量大到一定值，強(qiáng)度與分子量無關(guān)。強(qiáng)度分子量斷裂強(qiáng)度。，nMBA潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分34第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能取向與結(jié)晶的影響取向與結(jié)晶的影響結(jié)晶度增加，強(qiáng)度增加韌性下降以結(jié)晶度增加，強(qiáng)度增加韌性下降以PEPE為例。為例。聚乙烯強(qiáng)度與結(jié)晶度的關(guān)系結(jié)晶度結(jié)晶度657585斷裂強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度14.41825斷裂伸長斷裂伸長500300100結(jié)晶形態(tài)：同一類聚合物，伸直鏈強(qiáng)度最大，串晶次之，球結(jié)晶形態(tài)：同一類聚合物，伸直鏈強(qiáng)度最大，串晶次之，球晶最小。晶最小。潘奇?zhèn)ブ谱?022年3月10日18時(shí)22分35第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能 取向：可使材料強(qiáng)度提高幾倍幾十倍，對纖維和薄膜，取向：可使材料強(qiáng)度提高幾倍幾十倍，對纖維和薄膜，取向是提高性能必不可少的措施。取向是提高性能必不可少的措施。原因：取向后分子沿外力的方向有序排列，斷裂時(shí)主價(jià)鍵比原因：取向后分子沿外力的方向有序排列，斷裂時(shí)主價(jià)鍵比例增大，而使聚合物強(qiáng)度提高。例增大