第4章高聚物的力學(xué)性能

1、第第4章章高聚物的力學(xué)性能高聚物的力學(xué)性能高聚物的一般力學(xué)性能與特點(diǎn)高聚物的一般力學(xué)性能與特點(diǎn)高聚物的高彈性高聚物的高彈性高聚物的粘彈性高聚物的粘彈性聚合物的拉伸行為聚合物的拉伸行為-屈服與斷裂屈服與斷裂聚合物的力學(xué)松弛（粘彈性、蠕變、應(yīng)力松弛）聚合物的力學(xué)松弛（粘彈性、蠕變、應(yīng)力松弛） 4.1 聚合物的一般力學(xué)性能與特點(diǎn)聚合物的一般力學(xué)性能與特點(diǎn) 高聚物作為高聚物作為結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料使用時(shí)不可避免地受到各種使用時(shí)不可避免地受到各種應(yīng)力應(yīng)力的作用，這的作用，這就要求它具有就要求它具有良好的力學(xué)性能良好的力學(xué)性能。 聚合物的力學(xué)性能指的是其受力后的響應(yīng)聚合物的力學(xué)性能指的是其受力后的響應(yīng)，如形變

2、大小、形變的，如形變大小、形變的可逆性及抗破損性能等可逆性及抗破損性能等。 在不同條件下，聚合物表現(xiàn)出的力學(xué)行為：在不同條件下，聚合物表現(xiàn)出的力學(xué)行為： 小外力作用小外力作用下聚合物表現(xiàn)為：下聚合物表現(xiàn)為：高彈性、粘彈性和流動(dòng)性高彈性、粘彈性和流動(dòng)性 很大外力作用很大外力作用下表現(xiàn)為：極限力學(xué)行為（下表現(xiàn)為：極限力學(xué)行為（屈服、斷裂屈服、斷裂） 研究聚合物的研究聚合物的極限性質(zhì)極限性質(zhì)，即在，即在較大外力持續(xù)作用較大外力持續(xù)作用或或強(qiáng)大外力強(qiáng)大外力短時(shí)間作用短時(shí)間作用后，聚合物發(fā)生后，聚合物發(fā)生大形變大形變至宏觀至宏觀破壞或斷裂破壞或斷裂。 強(qiáng)度強(qiáng)度：材料抵抗破壞或斷裂的能力稱為強(qiáng)度。材料所能

3、承受：材料抵抗破壞或斷裂的能力稱為強(qiáng)度。材料所能承受的最大載荷，表征了材料的受力極限，在實(shí)際應(yīng)用中具有重要的的最大載荷，表征了材料的受力極限，在實(shí)際應(yīng)用中具有重要的意義。包括意義。包括抗張強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、硬度抗張強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、硬度。 屈服屈服：高分子材料在外力作用下產(chǎn)生：高分子材料在外力作用下產(chǎn)生塑性形變塑性形變。 高聚物材料具有所有高聚物材料具有所有已知材料已知材料中中可變性范圍最寬可變性范圍最寬的的力學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)，包括，包括從從液體液體、軟橡皮軟橡皮到很到很硬硬的的剛性固體剛性固體。各種高聚物對(duì)于機(jī)械應(yīng)力的反應(yīng)相。各種高聚物對(duì)于機(jī)械應(yīng)力的反應(yīng)相差

4、很大：例如差很大：例如聚苯乙烯聚苯乙烯制品很制品很脆脆，一敲就，一敲就碎碎；而；而尼龍尼龍制品卻很制品卻很堅(jiān)韌堅(jiān)韌，不，不易變形也易變形也不易破碎不易破碎；輕度交聯(lián)的；輕度交聯(lián)的橡膠橡膠拉伸時(shí)，可伸長(zhǎng)拉伸時(shí)，可伸長(zhǎng)好幾倍好幾倍，外力解除，外力解除后還能基本上后還能基本上回復(fù)原狀回復(fù)原狀；而；而膠泥膠泥變形后，卻完全保持著變形后，卻完全保持著新的形狀新的形狀。高聚。高聚物力學(xué)性質(zhì)的這種物力學(xué)性質(zhì)的這種多樣性多樣性，為不同的，為不同的應(yīng)用應(yīng)用提供了提供了廣闊的選擇余地廣闊的選擇余地。聚合物的主要力學(xué)性能特點(diǎn)聚合物的主要力學(xué)性能特點(diǎn) (1)密度小密度小 1.02.0g/cm3，是，是鋼鋼的的1/4、

5、陶瓷陶瓷的的1/2。 (2)高彈性高彈性 彈性形變彈性形變1001000，金屬只有，金屬只有0.11.0。 (3)彈性模量小彈性模量小 E=0.44.0GPa，而金屬則為，而金屬則為30300GPa。（。（剛度差剛度差） (4)粘彈性明顯粘彈性明顯 高彈性對(duì)溫度和時(shí)間有強(qiáng)烈的依賴性。應(yīng)變落后于應(yīng)力：高彈性對(duì)溫度和時(shí)間有強(qiáng)烈的依賴性。應(yīng)變落后于應(yīng)力：室溫下可能產(chǎn)生室溫下可能產(chǎn)生蠕變、應(yīng)力松弛、蠕變、應(yīng)力松弛、滯后和內(nèi)耗滯后和內(nèi)耗。為了合理地為了合理地選擇和使用選擇和使用高分子材料，為了現(xiàn)有材料的高分子材料，為了現(xiàn)有材料的改性和開發(fā)新改性和開發(fā)新型材料型材料，必須全面掌握高聚物力學(xué)性能的一般規(guī)律，

6、深入了解，必須全面掌握高聚物力學(xué)性能的一般規(guī)律，深入了解力學(xué)性能力學(xué)性能與與分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在聯(lián)系。本章討論的對(duì)象僅局限于之間的內(nèi)在聯(lián)系。本章討論的對(duì)象僅局限于固體固體高聚物高聚物，包，包括括玻璃態(tài)、結(jié)晶態(tài)和高彈態(tài)玻璃態(tài)、結(jié)晶態(tài)和高彈態(tài)的高聚物，內(nèi)容上則著重討論有很大實(shí)際意的高聚物，內(nèi)容上則著重討論有很大實(shí)際意義的玻璃態(tài)和結(jié)晶態(tài)高聚物的義的玻璃態(tài)和結(jié)晶態(tài)高聚物的極限力學(xué)行為極限力學(xué)行為屈服、破壞和強(qiáng)度屈服、破壞和強(qiáng)度，高聚，高聚物材料所特有的物材料所特有的高彈性高彈性，以及高聚物的力學(xué)松弛，以及高聚物的力學(xué)松弛粘彈性粘彈性。 4.2 表征力學(xué)性能的基本指標(biāo)表征力學(xué)性能的基本指標(biāo)（1）應(yīng)

7、變與應(yīng)力）應(yīng)變與應(yīng)力 （2）彈性模量）彈性模量 （3）硬度）硬度是衡量材料表面承受外界壓力能力的一種指標(biāo)。是衡量材料表面承受外界壓力能力的一種指標(biāo)。（4）機(jī)械強(qiáng)度）機(jī)械強(qiáng)度機(jī)械強(qiáng)度是衡量材料抵抗外力破壞的能力，是指在一定條件下材機(jī)械強(qiáng)度是衡量材料抵抗外力破壞的能力，是指在一定條件下材料所能承受的料所能承受的最大應(yīng)力最大應(yīng)力。 根據(jù)外力作用方式不同，主要有以下三種：根據(jù)外力作用方式不同，主要有以下三種：拉伸強(qiáng)度、彎拉伸強(qiáng)度、彎(撓撓)曲強(qiáng)曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度度和沖擊強(qiáng)度。 （5）粘彈性和內(nèi)耗）粘彈性和內(nèi)耗 1. 高彈性的特點(diǎn)高彈性的特點(diǎn)n高彈態(tài)是高聚物所特有的，是基于高彈態(tài)是高聚物所特有的，是基于鏈

8、段運(yùn)動(dòng)鏈段運(yùn)動(dòng)的一種力學(xué)狀態(tài)，的一種力學(xué)狀態(tài)，可以通過高聚物在一定條件下，通過玻璃化轉(zhuǎn)變而達(dá)到?？梢酝ㄟ^高聚物在一定條件下，通過玻璃化轉(zhuǎn)變而達(dá)到。n處于高彈態(tài)的高聚物表現(xiàn)出獨(dú)特的力學(xué)性能處于高彈態(tài)的高聚物表現(xiàn)出獨(dú)特的力學(xué)性能高彈性。高彈性。n這是高聚物中一項(xiàng)十分難能可貴的性能。這是高聚物中一項(xiàng)十分難能可貴的性能。4.3 高彈性高彈性橡膠就是具有高彈性的材料，高彈性的特征表現(xiàn)在：橡膠就是具有高彈性的材料，高彈性的特征表現(xiàn)在： 彈性形變大彈性形變大，可高達(dá)，可高達(dá)1000%，而金屬材料的普彈形變不超過，而金屬材料的普彈形變不超過1%。 彈性模量小彈性模量小，只有，只有104Pa左右左右 ，而且隨絕

9、對(duì)溫度升高而升高；而金，而且隨絕對(duì)溫度升高而升高；而金屬材料的彈性模量達(dá)屬材料的彈性模量達(dá)109Pa ，而且隨絕對(duì)溫度升高而降低。溫度越高，分，而且隨絕對(duì)溫度升高而降低。溫度越高，分子鏈內(nèi)各環(huán)節(jié)的熱運(yùn)動(dòng)愈趨激烈，回縮力就愈大。所以，橡膠類物質(zhì)的彈子鏈內(nèi)各環(huán)節(jié)的熱運(yùn)動(dòng)愈趨激烈，回縮力就愈大。所以，橡膠類物質(zhì)的彈性模量具有反常性。性模量具有反常性。 粘彈性比較明顯粘彈性比較明顯。 形變時(shí)有明顯的熱效應(yīng)形變時(shí)有明顯的熱效應(yīng)。當(dāng)把橡膠試樣快速拉伸。當(dāng)把橡膠試樣快速拉伸(絕熱過程絕熱過程)，高聚，高聚物溫度升高物溫度升高 (放熱放熱)，回縮時(shí)，溫度降低，回縮時(shí)，溫度降低(吸熱吸熱)。而金屬材料與此相反。

10、而金屬材料與此相反。高彈性的本質(zhì)高彈性的本質(zhì)高彈性由熵變引起高彈性由熵變引起拉伸彈性體時(shí)外力所做的功拉伸彈性體時(shí)外力所做的功主要轉(zhuǎn)為高分子鏈構(gòu)象熵的減小主要轉(zhuǎn)為高分子鏈構(gòu)象熵的減小體系為熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)體系為熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)去除外力體系回復(fù)到初始狀態(tài)去除外力體系回復(fù)到初始狀態(tài)熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律熵彈性熵彈性 既然拉伸時(shí)熵減小，既然拉伸時(shí)熵減小，dS 為負(fù)值，所以為負(fù)值，所以dQ=TdS 也應(yīng)該是負(fù)值，說也應(yīng)該是負(fù)值，說明了拉伸過程中為什么明了拉伸過程中為什么放出熱量放出熱量。 由于理想高彈體拉伸時(shí)只引起熵變，或者說只有熵的變化對(duì)理想由于理想高彈體拉伸時(shí)只引起

11、熵變，或者說只有熵的變化對(duì)理想高彈體的彈性有貢獻(xiàn)，高彈體的彈性有貢獻(xiàn)，也稱這種彈性為熵彈性也稱這種彈性為熵彈性。形變形變時(shí)間時(shí)間交聯(lián)交聯(lián)高聚物高聚物理想理想彈性體彈性體理想理想粘性體粘性體線性線性高聚物高聚物t4.4 粘彈性粘彈性 聚合物的聚合物的形變形變與與時(shí)間時(shí)間有關(guān)有關(guān)，但不成線性關(guān)系，兩者的關(guān)系介乎理，但不成線性關(guān)系，兩者的關(guān)系介乎理想想彈性體彈性體和理想和理想粘性體粘性體之間，聚合物的這種性能稱為之間，聚合物的這種性能稱為粘彈性粘彈性。 這種行這種行為反映了固體的為反映了固體的彈性彈性和液體的和液體的粘性粘性兩者的組合兩者的組合. 理想彈性體（如理想彈性體（如彈簧彈簧）在外力作用下平

12、衡）在外力作用下平衡形變瞬間達(dá)到形變瞬間達(dá)到，與時(shí)間與時(shí)間無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)；理想粘性流體（如水）在外力作用下；理想粘性流體（如水）在外力作用下形變隨時(shí)間線性發(fā)展形變隨時(shí)間線性發(fā)展。F F作為粘彈性材料的高聚物，其力學(xué)性能受到作為粘彈性材料的高聚物，其力學(xué)性能受到力、形變、溫度和時(shí)間力、形變、溫度和時(shí)間四個(gè)因素的影響。四個(gè)因素的影響。描述粘彈性高聚物材料的力學(xué)行為必須同時(shí)考慮描述粘彈性高聚物材料的力學(xué)行為必須同時(shí)考慮應(yīng)力、應(yīng)變、時(shí)間應(yīng)力、應(yīng)變、時(shí)間和和溫度溫度四個(gè)參數(shù)四個(gè)參數(shù)高聚物材料的力學(xué)性能對(duì)高聚物材料的力學(xué)性能對(duì)時(shí)間時(shí)間和和溫度溫度的強(qiáng)烈依賴性是的強(qiáng)烈依賴性是研究其力學(xué)性能中要研究其力學(xué)性能中要著

13、重弄清著重弄清的問題。的問題。 聚合物的力學(xué)性能隨聚合物的力學(xué)性能隨時(shí)間時(shí)間的變化統(tǒng)稱為的變化統(tǒng)稱為力學(xué)松弛力學(xué)松弛。最基本的力學(xué)。最基本的力學(xué)松弛現(xiàn)象包括松弛現(xiàn)象包括蠕變、應(yīng)力松弛、滯后和力學(xué)損耗蠕變、應(yīng)力松弛、滯后和力學(xué)損耗等。等。 在測(cè)試和研究中，往往在在測(cè)試和研究中，往往在應(yīng)力、應(yīng)變、時(shí)間應(yīng)力、應(yīng)變、時(shí)間和和溫度四個(gè)因素中溫度四個(gè)因素中固定兩個(gè)因素以考察另外兩個(gè)因素之間的關(guān)系。固定兩個(gè)因素以考察另外兩個(gè)因素之間的關(guān)系。4.4 .1 蠕變?nèi)渥僥1t1t2t普彈形變普彈形變示意圖示意圖（i）普彈普彈形變（形變（e1）：）： 聚合物受力時(shí)，聚合物受力時(shí)，瞬時(shí)瞬時(shí)發(fā)生的高分發(fā)生的高分子鏈的鍵長(zhǎng)

14、、鍵角變化引起的形變，形子鏈的鍵長(zhǎng)、鍵角變化引起的形變，形變量變量較小較小，服從虎克定律，當(dāng)外力除去，服從虎克定律，當(dāng)外力除去時(shí)，普彈形變立刻完全回復(fù)。如右圖：時(shí)，普彈形變立刻完全回復(fù)。如右圖： 蠕變過程包括三種形變：蠕變過程包括三種形變： 在在恒溫恒溫下施加較小的下施加較小的恒定外力恒定外力時(shí)，材料的時(shí)，材料的形變形變隨隨時(shí)間時(shí)間而逐漸而逐漸增大增大的力學(xué)松弛現(xiàn)象。如掛東西的塑料的力學(xué)松弛現(xiàn)象。如掛東西的塑料繩繩慢慢變長(zhǎng)。慢慢變長(zhǎng)。 聚合物受力時(shí)，高分子鏈通過聚合物受力時(shí)，高分子鏈通過鏈段運(yùn)動(dòng)鏈段運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的形變，形變量比產(chǎn)生的形變，形變量比普彈普彈形變大得多，但形變大得多，但不是瞬間不是瞬間

15、完成完成，形變與時(shí)間形變與時(shí)間有有關(guān)關(guān)。當(dāng)外力除去后，高彈。當(dāng)外力除去后，高彈形變逐漸回復(fù)。如下圖：形變逐漸回復(fù)。如下圖：e2t1t2t高彈形變高彈形變示意圖示意圖（ii）高彈高彈形變（形變（e2）：）： 受力時(shí)發(fā)生受力時(shí)發(fā)生分子鏈分子鏈的相對(duì)的相對(duì)位移位移，外力除去后粘性流動(dòng)不能回復(fù)，外力除去后粘性流動(dòng)不能回復(fù)，是是不可逆形變不可逆形變。分子間分子間無(wú)交聯(lián)無(wú)交聯(lián)的的線形線形高聚物，則會(huì)產(chǎn)生高聚物，則會(huì)產(chǎn)生分子間的相對(duì)分子間的相對(duì)滑移滑移。如下圖：如下圖：e3t1t2t粘性流動(dòng)粘性流動(dòng)示意圖示意圖 （iii）粘性粘性流動(dòng)流動(dòng)（e3）：）：321當(dāng)聚合物受力時(shí)，以上三種形變是同時(shí)發(fā)生的，其綜合結(jié)

16、果如下圖：當(dāng)聚合物受力時(shí)，以上三種形變是同時(shí)發(fā)生的，其綜合結(jié)果如下圖：e2+e3tee3e1e2e1gTT三種形變的三種形變的相對(duì)比例相對(duì)比例依具體條件不同而不同。依具體條件不同而不同。 高聚物的蠕變是構(gòu)象、鏈段伸展、位移的變化。當(dāng)高聚物的蠕變是構(gòu)象、鏈段伸展、位移的變化。當(dāng)溫度溫度遠(yuǎn)低于遠(yuǎn)低于玻璃化玻璃化溫度溫度時(shí)，高聚物很時(shí)，高聚物很堅(jiān)硬堅(jiān)硬，甚至經(jīng)較長(zhǎng)，甚至經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)間，亦很少發(fā)生蠕變。，亦很少發(fā)生蠕變。 普彈普彈形變形變高彈高彈形變形變粘性粘性流動(dòng)流動(dòng)防止蠕變防止蠕變的關(guān)鍵的關(guān)鍵減少鏈的質(zhì)心位移減少鏈的質(zhì)心位移 聚合物分子鏈含有苯環(huán)等聚合物分子鏈含有苯環(huán)等剛性鏈剛性鏈 增加分子鏈間的

17、作用力增加分子鏈間的作用力 適當(dāng)交聯(lián)適當(dāng)交聯(lián) 降低鏈柔順性降低鏈柔順性,聚合物玻璃化溫度高于聚合物玻璃化溫度高于室溫室溫聚四氟乙烯分子鏈分子間作用力小，抗蠕變松弛能力弱。聚四氟乙烯分子鏈分子間作用力小，抗蠕變松弛能力弱。 所以所以不不能作機(jī)械零件能作機(jī)械零件，卻是很好的，卻是很好的密封材料密封材料。 聚氨酯橡膠聚氨酯橡膠由于分子極性強(qiáng)，分子間作用力大，所以抗蠕變性能由于分子極性強(qiáng)，分子間作用力大，所以抗蠕變性能好。好。聚氯乙烯塑料聚氯乙烯塑料抗蠕變性能差，在抗蠕變性能差，在架空架空時(shí)會(huì)因蠕變而逐漸時(shí)會(huì)因蠕變而逐漸彎曲彎曲。硬。硬PVC抗蝕性好抗蝕性好，可作，可作化工管道化工管道，使用時(shí)必須，使

18、用時(shí)必須增加支架增加支架。改性聚苯醚主要是聚苯醚和改性聚苯醚主要是聚苯醚和聚苯乙烯聚苯乙烯共混而得。共混而得。成型較易。成型較易。ABS合金合金 應(yīng)力松弛是指在恒定應(yīng)力松弛是指在恒定溫度和形變溫度和形變保持不變的情況下，聚合物內(nèi)部保持不變的情況下，聚合物內(nèi)部的的應(yīng)力應(yīng)力隨隨時(shí)間時(shí)間增加而逐漸衰減的現(xiàn)象。增加而逐漸衰減的現(xiàn)象。 如如：用用塑料繩塑料繩綁捆東西，時(shí)間久了會(huì)綁捆東西，時(shí)間久了會(huì)變松變松。這是由于當(dāng)聚合物被拉。這是由于當(dāng)聚合物被拉長(zhǎng)時(shí)，高分子構(gòu)象處于不平衡狀態(tài)，它會(huì)通過長(zhǎng)時(shí)，高分子構(gòu)象處于不平衡狀態(tài)，它會(huì)通過鏈段鏈段沿外力方向的運(yùn)動(dòng)沿外力方向的運(yùn)動(dòng)來減少或消除內(nèi)部應(yīng)力，以逐漸過來減少或

19、消除內(nèi)部應(yīng)力，以逐漸過渡渡到平衡態(tài)構(gòu)象。到平衡態(tài)構(gòu)象。 如如：拉伸一塊：拉伸一塊未交聯(lián)的橡膠未交聯(lián)的橡膠到一定長(zhǎng)度，并保持長(zhǎng)度不變，隨著時(shí)到一定長(zhǎng)度，并保持長(zhǎng)度不變，隨著時(shí)間的增加，這塊橡膠的回彈力會(huì)逐漸減小，這是因?yàn)閮?nèi)應(yīng)力在慢慢減間的增加，這塊橡膠的回彈力會(huì)逐漸減小，這是因?yàn)閮?nèi)應(yīng)力在慢慢減小，最后變?yōu)樾?，最后變?yōu)?。因此用。因此用未交聯(lián)的橡膠未交聯(lián)的橡膠來做來做傳動(dòng)帶傳動(dòng)帶是是不行不行的。的。 4.4.2 應(yīng)力松弛應(yīng)力松弛（Stress Relax） 應(yīng)力松弛和蠕變應(yīng)力松弛和蠕變都反映了高聚物內(nèi)部分子的都反映了高聚物內(nèi)部分子的三種運(yùn)動(dòng)三種運(yùn)動(dòng)情況：情況：當(dāng)高聚物一開始被拉長(zhǎng)時(shí)，其中分子處于當(dāng)

20、高聚物一開始被拉長(zhǎng)時(shí)，其中分子處于不平衡不平衡的的構(gòu)象構(gòu)象，要逐漸，要逐漸過渡到過渡到平衡平衡的的構(gòu)象構(gòu)象，也就是，也就是鏈段鏈段要順著外力的方向來運(yùn)動(dòng)以減少要順著外力的方向來運(yùn)動(dòng)以減少或消除內(nèi)部應(yīng)力。或消除內(nèi)部應(yīng)力。 （1）如果如果 ，如常溫下的橡膠，如常溫下的橡膠，鏈段易運(yùn)動(dòng)鏈段易運(yùn)動(dòng)，受到的內(nèi)摩擦，受到的內(nèi)摩擦力很小，分子很快順著外力方向調(diào)整，內(nèi)應(yīng)力很快消失（松弛了），力很小，分子很快順著外力方向調(diào)整，內(nèi)應(yīng)力很快消失（松弛了），甚至可以快到覺察不到的程度。甚至可以快到覺察不到的程度。 （2）如果如果 ，如常溫下的塑料，雖然鏈段受到很大的應(yīng)力，如常溫下的塑料，雖然鏈段受到很大的應(yīng)力，但由于

21、內(nèi)摩擦力很大，但由于內(nèi)摩擦力很大，鏈段運(yùn)動(dòng)能力很小鏈段運(yùn)動(dòng)能力很小，所以應(yīng)力松弛極慢，也，所以應(yīng)力松弛極慢，也就不易覺察到。就不易覺察到。gTT 應(yīng)力松弛應(yīng)力松弛行為與行為與溫度溫度有大的依賴性。在有大的依賴性。在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)尤為尤為明顯明顯。 （3）如果）如果溫度溫度接近接近 Tg （附近幾十度），應(yīng)力松弛可以較明顯地被（附近幾十度），應(yīng)力松弛可以較明顯地被觀察到，如觀察到，如軟軟PVC絲絲，用它來縛物，開始扎得很緊，后來就會(huì)慢，用它來縛物，開始扎得很緊，后來就會(huì)慢慢變松，就是應(yīng)力松弛比較明顯的例子慢變松，就是應(yīng)力松弛比較明顯的例子 （4）只有）只有交聯(lián)高聚物交聯(lián)高聚物應(yīng)力松弛應(yīng)

22、力松弛不會(huì)減到零不會(huì)減到零（因?yàn)椋ㄒ驗(yàn)椴粫?huì)不會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)生分子間分子間滑滑移移），而），而線形線形高聚物的應(yīng)力松弛高聚物的應(yīng)力松弛可減到零可減到零。4.4.3 滯后現(xiàn)象（滯后現(xiàn)象（Delay ）n高聚物作為高聚物作為結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往受到，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往受到交變力交變力的作用。例如的作用。例如輪輪胎，傳動(dòng)皮帶，齒輪，消振器胎，傳動(dòng)皮帶，齒輪，消振器等，它們都是在交變力作用的場(chǎng)合使用的。等，它們都是在交變力作用的場(chǎng)合使用的。 以以輪胎輪胎為例，車在行進(jìn)中，它上面某一部分一會(huì)兒為例，車在行進(jìn)中，它上面某一部分一會(huì)兒著地著地，一會(huì)，一會(huì)離地離地，受到的是受到的是一定頻率的外力一定頻

23、率的外力，它的，它的形變形變也是一會(huì)大，一會(huì)小，也是一會(huì)大，一會(huì)小，交替地變化交替地變化。n滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象：高聚物在交變力作用下，：高聚物在交變力作用下，形變落后于應(yīng)力形變落后于應(yīng)力變化變化的現(xiàn)象的現(xiàn)象 原因解釋原因解釋：鏈段在運(yùn)動(dòng)時(shí)要受到：鏈段在運(yùn)動(dòng)時(shí)要受到內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力的作用，當(dāng)外力變化時(shí)的作用，當(dāng)外力變化時(shí)鏈段鏈段的運(yùn)動(dòng)還的運(yùn)動(dòng)還跟不上外力跟不上外力的變化的變化，形變落后于應(yīng)力形變落后于應(yīng)力。鏈段運(yùn)動(dòng)愈困難鏈段運(yùn)動(dòng)愈困難，愈愈是跟不上外力的變化是跟不上外力的變化。4.4.4 力學(xué)損耗力學(xué)損耗n輪胎輪胎在在高速行使高速行使相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間后，立即檢查內(nèi)層相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間后，立即檢查內(nèi)層溫度溫度，為

24、什么會(huì)達(dá)到，為什么會(huì)達(dá)到燙燙手手的程度？的程度？n高聚物受到交變力作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生高聚物受到交變力作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象，上一次受到外力后發(fā)生形，上一次受到外力后發(fā)生形變?cè)谕饬θコ筮€變?cè)谕饬θコ筮€來不及恢復(fù)來不及恢復(fù)，下一次，下一次應(yīng)力又施加應(yīng)力又施加了，以致總有了，以致總有部分部分彈性儲(chǔ)能沒有釋放出來彈性儲(chǔ)能沒有釋放出來。這樣。這樣不斷循環(huán)不斷循環(huán)，那些，那些未釋放未釋放的的彈性儲(chǔ)能彈性儲(chǔ)能都被都被消耗消耗在體系的在體系的自摩擦自摩擦上，并上，并轉(zhuǎn)化成熱量轉(zhuǎn)化成熱量放出。放出。n這種由于力學(xué)滯后而使機(jī)械功轉(zhuǎn)換成熱的現(xiàn)象，稱為這種由于力學(xué)滯后而使機(jī)械功轉(zhuǎn)換成熱的現(xiàn)象，稱為力學(xué)損耗或內(nèi)耗力

25、學(xué)損耗或內(nèi)耗?；乜s回縮曲線曲線拉伸拉伸曲線曲線力學(xué)損耗或內(nèi)耗力學(xué)損耗或內(nèi)耗n以應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系作圖時(shí)，所得以應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系作圖時(shí)，所得的曲線在施加幾次交變應(yīng)力后就的曲線在施加幾次交變應(yīng)力后就封閉成環(huán)，稱為滯后環(huán)或滯后圈，封閉成環(huán)，稱為滯后環(huán)或滯后圈，此圈越大，力學(xué)損耗越大。此圈越大，力學(xué)損耗越大。n順丁膠：內(nèi)耗小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，順丁膠：內(nèi)耗小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有沒有側(cè)基側(cè)基，鏈段運(yùn)動(dòng)的，鏈段運(yùn)動(dòng)的內(nèi)摩擦較小內(nèi)摩擦較小n丁苯膠：內(nèi)耗大，結(jié)構(gòu)含有較大丁苯膠：內(nèi)耗大，結(jié)構(gòu)含有較大剛性剛性的的苯基苯基，鏈段運(yùn)動(dòng)的，鏈段運(yùn)動(dòng)的內(nèi)摩擦較大內(nèi)摩擦較大n丁腈膠：內(nèi)耗大，結(jié)構(gòu)含有丁腈膠：內(nèi)耗大，結(jié)構(gòu)含有極性極性較強(qiáng)的較強(qiáng)的氰

26、基氰基，鏈段運(yùn)動(dòng)的，鏈段運(yùn)動(dòng)的內(nèi)摩擦較大內(nèi)摩擦較大n丁基膠丁基膠：內(nèi)耗比上面幾種都大，：內(nèi)耗比上面幾種都大，側(cè)基數(shù)目側(cè)基數(shù)目多多，鏈段運(yùn)動(dòng)的，鏈段運(yùn)動(dòng)的內(nèi)摩擦更大內(nèi)摩擦更大例例2：n對(duì)于作為對(duì)于作為防震材料防震材料，要求在常溫附近有，要求在常溫附近有較大較大的的力學(xué)力學(xué)損耗損耗（吸收（吸收振動(dòng)能振動(dòng)能并轉(zhuǎn)化為并轉(zhuǎn)化為熱能熱能）n對(duì)于對(duì)于隔音材料和吸音材料隔音材料和吸音材料，要求在音頻范圍內(nèi)有，要求在音頻范圍內(nèi)有較大較大的的力學(xué)力學(xué)損耗損耗（當(dāng)（當(dāng)然也不能內(nèi)耗太大，否則發(fā)熱過多，材料易于熱老化）然也不能內(nèi)耗太大，否則發(fā)熱過多，材料易于熱老化）例例1：對(duì)于作：對(duì)于作輪胎輪胎的橡膠，則希望它有的橡膠

27、，則希望它有最小最小的的力學(xué)損耗力學(xué)損耗才好才好AAEAAYBYielding 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)BAYBStrain softening 應(yīng)變應(yīng)變軟化軟化plastic deformation塑性形變，冷拉塑性形變，冷拉Strain hardening 應(yīng)變硬化應(yīng)變硬化 yOND晶態(tài)晶態(tài)聚合物典型的應(yīng)力聚合物典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線u高聚物的拉伸應(yīng)力高聚物的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線4.5 聚合物的屈服和斷裂聚合物的屈服和斷裂（2）越過）越過A點(diǎn)，應(yīng)力應(yīng)變曲線偏離直線，說明材料

28、開始發(fā)生點(diǎn)，應(yīng)力應(yīng)變曲線偏離直線，說明材料開始發(fā)生塑性形變塑性形變，極大值極大值Y點(diǎn)稱材料的點(diǎn)稱材料的屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的應(yīng)力、應(yīng)變分別稱屈服應(yīng)力（或，其對(duì)應(yīng)的應(yīng)力、應(yīng)變分別稱屈服應(yīng)力（或屈屈服強(qiáng)度服強(qiáng)度）y 和和屈服應(yīng)變屈服應(yīng)變 y 。發(fā)生屈服時(shí)，試樣上某一局部會(huì)出現(xiàn)。發(fā)生屈服時(shí)，試樣上某一局部會(huì)出現(xiàn)“細(xì)頸細(xì)頸”現(xiàn)象現(xiàn)象，材料應(yīng)力略有下降，發(fā)生，材料應(yīng)力略有下降，發(fā)生“屈服軟化屈服軟化”。 （3）隨著應(yīng)變?cè)黾樱诤荛L(zhǎng)一個(gè)范圍內(nèi)曲線基本平坦，）隨著應(yīng)變?cè)黾?，在很長(zhǎng)一個(gè)范圍內(nèi)曲線基本平坦，“細(xì)頸細(xì)頸”區(qū)越來區(qū)越來越大。直到拉伸應(yīng)變很大時(shí)，材料應(yīng)力又略有上升（越大。直到拉伸應(yīng)變很大時(shí)，材料應(yīng)力又

29、略有上升（成頸硬化成頸硬化），到達(dá)），到達(dá)B點(diǎn)發(fā)生點(diǎn)發(fā)生斷裂斷裂。與。與B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力、應(yīng)變應(yīng)力、應(yīng)變分別稱材料的分別稱材料的拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度（或斷裂（或斷裂強(qiáng)度）強(qiáng)度）b 和斷裂伸長(zhǎng)率和斷裂伸長(zhǎng)率 b ，它們是材料發(fā)生破壞的，它們是材料發(fā)生破壞的極限強(qiáng)度和極限伸極限強(qiáng)度和極限伸長(zhǎng)率。長(zhǎng)率。 （1）OA段，為符合段，為符合虎克定律虎克定律的的彈性形變彈性形變區(qū)，應(yīng)力應(yīng)變呈直區(qū)，應(yīng)力應(yīng)變呈直線關(guān)系變化，直線斜率線關(guān)系變化，直線斜率 相當(dāng)于材料相當(dāng)于材料彈性模量彈性模量。 在在單向拉伸單向拉伸的過程中，的過程中，分子排列分子排列產(chǎn)生很大的產(chǎn)生很大的變化變化，尤其是，尤其是接近接近屈服點(diǎn)和屈

30、服點(diǎn)和超過超過屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)時(shí)，分子都在與時(shí)，分子都在與拉伸拉伸方向方向相相平行平行的方向上開始的方向上開始取向取向。在結(jié)晶聚合物中。在結(jié)晶聚合物中微晶也微晶也重排重排，甚至某些，甚至某些晶體破裂晶體破裂成小單位，成小單位，然后經(jīng)然后經(jīng)取向再結(jié)晶取向再結(jié)晶。材料在材料在屈服后屈服后出現(xiàn)了出現(xiàn)了較大的應(yīng)變較大的應(yīng)變，如果在試樣，如果在試樣斷裂前斷裂前停止拉伸停止拉伸，除去外力后試樣的，除去外力后試樣的大形變已無(wú)法完全大形變已無(wú)法完全自發(fā)自發(fā)回復(fù)回復(fù)，然而在然而在加熱至加熱至Tm附近附近還還可回復(fù)可回復(fù)到拉伸前的狀態(tài)到拉伸前的狀態(tài)，所以這種形變本質(zhì)，所以這種形變本質(zhì)上是上是高彈性高彈性的，只是形變被

31、新產(chǎn)生的的，只是形變被新產(chǎn)生的結(jié)晶結(jié)晶凍結(jié)凍結(jié)而已，而已，由于是在由于是在較低較低溫度溫度下出現(xiàn)的不均勻拉伸下出現(xiàn)的不均勻拉伸，所以又所以又稱為稱為冷拉冷拉。聚合物的聚合物的冷拉變形冷拉變形目目前已成為前已成為制備高模量和高強(qiáng)度纖維制備高模量和高強(qiáng)度纖維的的重要工藝重要工藝。冷拉冷拉細(xì)頸細(xì)頸 玻璃態(tài)玻璃態(tài)非晶非晶高聚物的拉伸高聚物的拉伸溫度溫度很低很低（TTg）；）；溫度稍稍升高些，但仍在溫度稍稍升高些，但仍在Tg以下以下；Tg以下幾十度以下幾十度的范圍內(nèi)；的范圍內(nèi)；TTg 高彈態(tài)高彈態(tài)玻璃態(tài)玻璃態(tài)高聚物在高聚物在不同溫度不同溫度下的拉下的拉伸應(yīng)力伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線n當(dāng)當(dāng)溫度溫度很低（很

32、低（TTg）時(shí)，應(yīng)力隨）時(shí)，應(yīng)力隨應(yīng)變應(yīng)變成正比的增加，最后成正比的增加，最后不到不到10%就發(fā)生就發(fā)生斷裂斷裂，如曲線。，如曲線。n當(dāng)溫度稍高但仍在當(dāng)溫度稍高但仍在Tg以下以下，曲線上出現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，稱為，曲線上出現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，稱為屈服屈服點(diǎn)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)應(yīng)力為極大值稱為屈服應(yīng)力，過了該點(diǎn)應(yīng)力降低應(yīng)變?cè)龃螅瑢?duì)應(yīng)應(yīng)力為極大值稱為屈服應(yīng)力，過了該點(diǎn)應(yīng)力降低應(yīng)變?cè)龃?，最后，最后?yīng)變應(yīng)變不到不到20%試樣便發(fā)生試樣便發(fā)生斷裂斷裂，如曲線。，如曲線。n溫度升高到溫度升高到Tg以下幾十度以下幾十度的范圍內(nèi)時(shí)，屈服點(diǎn)之后，試樣在外力的范圍內(nèi)時(shí)，屈服點(diǎn)之后，試樣在外力不增大或增加不大的情況下發(fā)生不增大或增加不大的

33、情況下發(fā)生很大的應(yīng)變很大的應(yīng)變，試樣斷裂前曲線有，試樣斷裂前曲線有明顯的上升明顯的上升(應(yīng)變硬應(yīng)變硬化化)，如曲線。，如曲線。n溫度升到溫度升到Tg以上以上，試樣進(jìn)入，試樣進(jìn)入高彈態(tài)高彈態(tài)，在，在不大的應(yīng)力不大的應(yīng)力下，便可以發(fā)下，便可以發(fā)展展高彈形變高彈形變，曲線，曲線不再出現(xiàn)屈服點(diǎn)不再出現(xiàn)屈服點(diǎn)，而呈現(xiàn)一段較長(zhǎng)的平臺(tái)，直，而呈現(xiàn)一段較長(zhǎng)的平臺(tái)，直到試樣斷裂前曲線又急劇上升，如曲線。到試樣斷裂前曲線又急劇上升，如曲線。有些有些玻璃態(tài)玻璃態(tài)高聚物在高聚物在大應(yīng)力大應(yīng)力作用下能產(chǎn)生作用下能產(chǎn)生大的形變大的形變(高彈形變高彈形變)產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因:外力外力使使鏈段運(yùn)動(dòng)鏈段運(yùn)動(dòng)松弛時(shí)間下降松弛時(shí)間下

34、降強(qiáng)迫強(qiáng)迫高彈形變高彈形變(冷拉冷拉) 原因在于在外力的作用下，玻璃態(tài)聚合物中本來原因在于在外力的作用下，玻璃態(tài)聚合物中本來被凍結(jié)的鏈段被凍結(jié)的鏈段被被強(qiáng)強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)迫運(yùn)動(dòng)，使高分子鏈發(fā)生，使高分子鏈發(fā)生伸展伸展，產(chǎn)生，產(chǎn)生大的形變大的形變。但由于聚合物仍處于玻。但由于聚合物仍處于玻璃態(tài)，當(dāng)璃態(tài)，當(dāng)外力移去外力移去后，后，鏈段鏈段不能再運(yùn)動(dòng)不能再運(yùn)動(dòng)，形變也就，形變也就不能復(fù)原不能復(fù)原，只有當(dāng)，只有當(dāng)溫溫度升至度升至Tg附近附近，使鏈段運(yùn)動(dòng)，使鏈段運(yùn)動(dòng)解凍解凍，形變才能復(fù)原形變才能復(fù)原。這種大形變與。這種大形變與高彈態(tài)高彈態(tài)的高彈形變的高彈形變?cè)谠诒举|(zhì)上本質(zhì)上是相同的，都是由是相同的，都是由鏈段運(yùn)

35、動(dòng)鏈段運(yùn)動(dòng)所引起。所引起。應(yīng)變速率應(yīng)變速率對(duì)應(yīng)力對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的的影響應(yīng)變曲線的的影響G時(shí)溫等效原理：時(shí)溫等效原理：拉伸速率拉伸速率快快=時(shí)間時(shí)間短短相當(dāng)于相當(dāng)于降低降低溫度溫度 玻璃態(tài)和晶態(tài)聚合物的玻璃態(tài)和晶態(tài)聚合物的拉伸屈服后拉伸屈服后的的形變形變過程本質(zhì)上都屬過程本質(zhì)上都屬高彈高彈形變形變，但其產(chǎn)生高彈形變的，但其產(chǎn)生高彈形變的溫度范圍溫度范圍不同，而且在不同，而且在玻璃態(tài)玻璃態(tài)聚合物聚合物中拉伸只使分子鏈發(fā)生中拉伸只使分子鏈發(fā)生取向取向，而在，而在晶態(tài)晶態(tài)聚合物中拉伸伴隨著聚合物中拉伸伴隨著聚集聚集態(tài)的變化態(tài)的變化，包含，包含結(jié)晶熔化、取向、再結(jié)晶結(jié)晶熔化、取向、再結(jié)晶。 玻璃態(tài)玻璃

36、態(tài)聚合物聚合物溫度范圍：溫度范圍：TbTg 施力：施力： by 晶態(tài)晶態(tài)聚合物聚合物溫度范圍：溫度范圍：TgTm 施力：施力： by強(qiáng)迫強(qiáng)迫高彈高彈形變形變熱固性熱固性塑料的變形塑料的變形 熱固性熱固性塑料是塑料是剛硬剛硬的三維的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分子不易運(yùn)動(dòng)分子不易運(yùn)動(dòng)，在，在拉伸拉伸時(shí)表現(xiàn)出時(shí)表現(xiàn)出脆性脆性金屬或陶瓷金屬或陶瓷一樣的變形特性。但是，在一樣的變形特性。但是，在壓壓應(yīng)力應(yīng)力下它們?nèi)阅馨l(fā)生大量的下它們?nèi)阅馨l(fā)生大量的塑塑性性變形變形。環(huán)氧樹脂在室溫下單向環(huán)氧樹脂在室溫下單向拉伸拉伸和和壓縮壓縮時(shí)的應(yīng)力時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 拉伸拉伸壓縮壓縮 聚合物聚合物應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變曲線

37、的應(yīng)變曲線的五種五種類型類型“軟軟”和和“硬硬”用于區(qū)分模量的低或高，用于區(qū)分模量的低或高，“弱弱”和和“強(qiáng)強(qiáng)”是指是指強(qiáng)度強(qiáng)度的大小，的大小，“脆脆”是指是指無(wú)屈服無(wú)屈服現(xiàn)象而且斷裂伸長(zhǎng)很現(xiàn)象而且斷裂伸長(zhǎng)很小小，“韌韌”是指其是指其斷裂伸長(zhǎng)和斷裂應(yīng)力都較斷裂伸長(zhǎng)和斷裂應(yīng)力都較高高的情況。的情況。 軟而弱軟而弱硬而脆硬而脆硬而強(qiáng)硬而強(qiáng)軟而韌軟而韌硬而韌硬而韌聚合物五種類型應(yīng)力聚合物五種類型應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線硬而脆硬而脆：無(wú)無(wú)屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)，斷裂伸長(zhǎng)率，斷裂伸長(zhǎng)率2%，E和和B 均均大大， 如：如： PS，酚醛樹脂等，酚醛樹脂等硬而強(qiáng)硬而強(qiáng)：有有屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)，斷裂伸長(zhǎng)率，斷裂伸長(zhǎng)率5%，E和和

38、B 均均大大，硬質(zhì)，硬質(zhì)PVC等等強(qiáng)而韌強(qiáng)而韌：有有屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)，有細(xì)頸現(xiàn)象，斷裂伸長(zhǎng)率，有細(xì)頸現(xiàn)象，斷裂伸長(zhǎng)率大大，E和和B均均大大， 如：如：PC、PA66、POM等等硬而強(qiáng)硬而強(qiáng)強(qiáng)而韌強(qiáng)而韌硬而脆硬而脆軟而韌軟而韌：模量：模量低低，屈服點(diǎn)低或沒有明顯屈服屈服點(diǎn)低或沒有明顯屈服，斷裂伸長(zhǎng)率，斷裂伸長(zhǎng)率大大，B 均均大大，主要是，主要是橡膠及增塑的橡膠及增塑的PVC軟而弱軟而弱：模量：模量低低，斷裂伸長(zhǎng)率，斷裂伸長(zhǎng)率低低，B 低低，主要是，主要是低分子量低分子量聚合物、聚合物、凝膠凝膠等等軟而韌軟而韌軟而弱軟而弱4.5.1 高聚物的屈服高聚物的屈服1、屈服的特征、屈服的特征屈服應(yīng)變屈服應(yīng)變(

39、yieldstrain)較大較大，剪切屈服應(yīng)變?yōu)?，剪切屈服?yīng)變?yōu)?0%20%，而大多數(shù)金，而大多數(shù)金屬材料較小。屬材料較小。高聚物在屈服點(diǎn)后，存在高聚物在屈服點(diǎn)后，存在應(yīng)變軟化應(yīng)變軟化現(xiàn)象。此時(shí)，現(xiàn)象。此時(shí)，應(yīng)變?cè)黾樱瑧?yīng)力下降應(yīng)變?cè)黾?，?yīng)力下降。高聚物的屈服應(yīng)力隨高聚物的屈服應(yīng)力隨應(yīng)變應(yīng)變速率速率增大而增大增大而增大。屈服應(yīng)力屈服應(yīng)力隨隨T升高而降低升高而降低，到達(dá)，到達(dá)Tg時(shí)，降低為時(shí)，降低為0（實(shí)質(zhì)上不存在屈服）。實(shí)質(zhì)上不存在屈服）。與金屬材料相比，高聚物與金屬材料相比，高聚物的屈服應(yīng)力對(duì)流體的屈服應(yīng)力對(duì)流體靜壓靜壓力力非常敏感，流體非常敏感，流體靜壓靜壓力力升高升高，屈服應(yīng)力，屈服應(yīng)力升

40、高升高。大多數(shù)高聚物屈服以后，大多數(shù)高聚物屈服以后，體積體積稍有縮小稍有縮小壓縮壓縮屈服應(yīng)力大于屈服應(yīng)力大于拉伸拉伸屈屈服應(yīng)力服應(yīng)力2、細(xì)頸、細(xì)頸樣條尺寸：橫截面小的地方樣條尺寸：橫截面小的地方應(yīng)變軟化：應(yīng)力集中的地方應(yīng)變軟化：應(yīng)力集中的地方 出現(xiàn)出現(xiàn)“細(xì)頸細(xì)頸”的位置的位置一是銀紋屈服，另一種是剪切屈服。一是銀紋屈服，另一種是剪切屈服。3、高聚物屈服的形式、高聚物屈服的形式1）銀紋屈服）銀紋屈服 銀紋銀紋(craze微裂紋微裂紋)：玻璃態(tài)高聚物在拉伸應(yīng)力作用下，某些：玻璃態(tài)高聚物在拉伸應(yīng)力作用下，某些薄弱環(huán)薄弱環(huán)節(jié)節(jié)部位由于部位由于應(yīng)力集中應(yīng)力集中而產(chǎn)生局部的而產(chǎn)生局部的塑性塑性形變和取向，

41、以至于在材料表面形變和取向，以至于在材料表面或內(nèi)部或內(nèi)部垂直于垂直于應(yīng)力應(yīng)力方向上出現(xiàn)方向上出現(xiàn)微細(xì)凹槽微細(xì)凹槽（空化條紋狀空化條紋狀形變區(qū)）形變區(qū)）的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。這些條紋狀形變區(qū)的平面強(qiáng)烈地這些條紋狀形變區(qū)的平面強(qiáng)烈地反射可見光反射可見光，則材料表面形成一片，則材料表面形成一片銀色銀色的閃光的閃光。習(xí)慣上稱為。習(xí)慣上稱為銀紋銀紋。相應(yīng)的。相應(yīng)的開裂開裂現(xiàn)象現(xiàn)象稱為稱為銀紋化現(xiàn)象銀紋化現(xiàn)象。 銀紋在外力作用下若銀紋在外力作用下若得不到抑制得不到抑制，進(jìn)一步發(fā)展會(huì)成為，進(jìn)一步發(fā)展會(huì)成為裂縫裂縫，導(dǎo)致材，導(dǎo)致材料的料的斷裂斷裂。由此可知，。由此可知，銀紋是斷裂的先導(dǎo)銀紋是斷裂的先導(dǎo)。 由于銀紋大

42、量形成是由于銀紋大量形成是吸收能量吸收能量的過程。如果銀紋的發(fā)展的過程。如果銀紋的發(fā)展得以控制得以控制，使其使其不發(fā)展成為裂縫不發(fā)展成為裂縫，則，則銀紋化過程銀紋化過程是實(shí)現(xiàn)材料是實(shí)現(xiàn)材料屈服屈服的一種形式。的一種形式。 銀紋不是空的，銀紋不是空的，銀紋體的密度銀紋體的密度為本體密度的為本體密度的50%，折光指數(shù)也折光指數(shù)也低于低于聚合物本體折光指數(shù)，因此在聚合物本體折光指數(shù)，因此在銀紋和本銀紋和本體之間的界面體之間的界面上將對(duì)光線產(chǎn)生上將對(duì)光線產(chǎn)生全反射全反射現(xiàn)象，呈現(xiàn)現(xiàn)象，呈現(xiàn)銀光閃銀光閃閃的紋路閃的紋路（所以也稱（所以也稱應(yīng)力發(fā)白應(yīng)力發(fā)白）。）。加熱退火加熱退火會(huì)使銀紋消會(huì)使銀紋消失（高

43、度取向的高分子微纖發(fā)生解取向）。失（高度取向的高分子微纖發(fā)生解取向）。銀紋特征銀紋特征 應(yīng)力發(fā)白應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象：橡膠改性的現(xiàn)象：橡膠改性的PS、HIPS或或ABS在受到破壞時(shí)，其在受到破壞時(shí)，其應(yīng)力面變成應(yīng)力面變成乳白色乳白色，這就是所謂應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象。，這就是所謂應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象。 應(yīng)力發(fā)白和銀紋化之間的差別應(yīng)力發(fā)白和銀紋化之間的差別在于銀紋帶的大小和多少，應(yīng)力在于銀紋帶的大小和多少，應(yīng)力發(fā)白是由發(fā)白是由大量大量尺寸非常尺寸非常小小的的銀紋銀紋聚集而成。聚集而成。 各種缺陷各種缺陷在高聚物的在高聚物的加工成型加工成型過程中是普遍存在的，例如由過程中是普遍存在的，例如由于于混煉不均勻混煉不均勻、塑化不

44、足造成的、塑化不足造成的微小氣泡微小氣泡，生產(chǎn)過程中混入一些，生產(chǎn)過程中混入一些雜質(zhì)雜質(zhì)，更難以避免的是由于制件表里，更難以避免的是由于制件表里冷卻速度不同冷卻速度不同，表面物料接，表面物料接觸溫度較低的模壁，迅速冷卻固化成一層外殼，而制件內(nèi)部的物觸溫度較低的模壁，迅速冷卻固化成一層外殼，而制件內(nèi)部的物料還處在熔融狀態(tài)，隨著它的冷卻收縮，便使制件內(nèi)部產(chǎn)生料還處在熔融狀態(tài)，隨著它的冷卻收縮，便使制件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)內(nèi)應(yīng)力力，進(jìn)而形成細(xì)小的，進(jìn)而形成細(xì)小的銀紋銀紋，甚至于，甚至于裂縫裂縫，在制件的表皮上將出現(xiàn)，在制件的表皮上將出現(xiàn)龜裂龜裂。銀紋根源銀紋根源 銀紋現(xiàn)象為高聚物所特有，尤其是銀紋現(xiàn)象為高聚

45、物所特有，尤其是玻璃態(tài)玻璃態(tài)透明透明高聚物（高聚物（PS、PMMA、PC）在）在儲(chǔ)存儲(chǔ)存過程及過程及使用使用過程中，往往會(huì)在表面出現(xiàn)像陶過程中，往往會(huì)在表面出現(xiàn)像陶瓷的那樣，肉眼可見的瓷的那樣，肉眼可見的微細(xì)的裂紋微細(xì)的裂紋，這些，這些裂紋裂紋，由于可以強(qiáng)烈地，由于可以強(qiáng)烈地反射可見光看上去是閃亮的，所以又稱為反射可見光看上去是閃亮的，所以又稱為銀紋銀紋Craze。應(yīng)力集中：應(yīng)力集中：材料存在材料存在缺陷缺陷，受力時(shí)材料內(nèi)部的應(yīng)力分布狀態(tài)將發(fā)，受力時(shí)材料內(nèi)部的應(yīng)力分布狀態(tài)將發(fā)生變化，使缺陷附近局部范圍內(nèi)的應(yīng)力急劇的增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過平生變化，使缺陷附近局部范圍內(nèi)的應(yīng)力急劇的增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過平均應(yīng)力值

46、的現(xiàn)象。均應(yīng)力值的現(xiàn)象。A、力學(xué)因素力學(xué)因素：銀紋是高聚物受到：銀紋是高聚物受到張應(yīng)力張應(yīng)力作用時(shí)，在材料某些薄弱環(huán)節(jié)作用時(shí)，在材料某些薄弱環(huán)節(jié)上上應(yīng)力集中應(yīng)力集中，而產(chǎn)生局部塑性形變，而在材料表面或內(nèi)部出現(xiàn)垂，而產(chǎn)生局部塑性形變，而在材料表面或內(nèi)部出現(xiàn)垂直于應(yīng)力方向的微細(xì)凹槽或直于應(yīng)力方向的微細(xì)凹槽或“裂紋裂紋”的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。B、環(huán)境因素環(huán)境因素：化學(xué)物質(zhì)化學(xué)物質(zhì)擴(kuò)散到高聚物中，使微觀表面擴(kuò)散到高聚物中，使微觀表面溶脹或增塑溶脹或增塑，增增加分子鏈段的活動(dòng)性加分子鏈段的活動(dòng)性，玻璃化溫度下降促進(jìn)銀紋產(chǎn)生，另外，試，玻璃化溫度下降促進(jìn)銀紋產(chǎn)生，另外，試樣樣表面的缺陷和擦傷處表面的缺陷和擦傷處

47、也易產(chǎn)生銀紋，或起始于試樣內(nèi)部也易產(chǎn)生銀紋，或起始于試樣內(nèi)部空穴或空穴或夾雜物夾雜物的邊界處，這些的邊界處，這些缺陷造成應(yīng)力集中缺陷造成應(yīng)力集中，有利于銀紋產(chǎn)生。，有利于銀紋產(chǎn)生。銀紋銀紋產(chǎn)生的產(chǎn)生的原因原因 銀紋區(qū)仍有力學(xué)強(qiáng)度，但其密度較低，銀紋具有銀紋區(qū)仍有力學(xué)強(qiáng)度，但其密度較低，銀紋具有可逆性可逆性，在壓應(yīng)，在壓應(yīng)力作用下或經(jīng)玻璃化溫度以上力作用下或經(jīng)玻璃化溫度以上退火處理退火處理，銀紋將會(huì)減少和消失。，銀紋將會(huì)減少和消失。 銀紋是銀紋是非晶態(tài)非晶態(tài)聚合物塑性變形的一種特殊形式，聚合物塑性變形的一種特殊形式，銀紋銀紋的形成的形成增加增加聚合物的聚合物的韌性韌性，因?yàn)樗咕酆衔锏?，因?yàn)樗?/p>

48、聚合物的應(yīng)力得到松弛應(yīng)力得到松弛；同時(shí)，銀紋中的微；同時(shí)，銀紋中的微纖維表面積大，可纖維表面積大，可吸收能量吸收能量，對(duì)，對(duì)增加韌性增加韌性也有作用。也有作用。 聚合物形成銀紋類似于聚合物形成銀紋類似于金屬韌性斷裂前產(chǎn)生的微孔金屬韌性斷裂前產(chǎn)生的微孔。銀銀紋紋的的擴(kuò)擴(kuò)展展中間分子中間分子斷裂斷裂擴(kuò)展擴(kuò)展形成形成裂紋裂紋發(fā)展成裂縫破壞發(fā)展成裂縫破壞銀紋方向和分子鏈方向銀紋方向和分子鏈方向現(xiàn)象現(xiàn)象：韌性高聚物在拉伸至屈服點(diǎn)時(shí)，?？梢娫嚇由铣霈F(xiàn)大約與拉伸：韌性高聚物在拉伸至屈服點(diǎn)時(shí)，?？梢娫嚇由铣霈F(xiàn)大約與拉伸方向成方向成45角傾斜的剪切滑移變形帶（剪切帶）角傾斜的剪切滑移變形帶（剪切帶） 。n 對(duì)韌性材料來說，拉伸時(shí)對(duì)韌性材料來說，拉伸時(shí)45 斜截面上的最大切應(yīng)力首先達(dá)到材斜截面上的最大切應(yīng)力首先達(dá)到材料的剪切強(qiáng)度，所以首先出現(xiàn)與拉伸方向