高分子物理第八章

1、2v在較大外力的持續(xù)作用或強(qiáng)大外力的短期作用下，材料將發(fā)生在較大外力的持續(xù)作用或強(qiáng)大外力的短期作用下，材料將發(fā)生大形變直至宏觀破壞或斷裂，對這種破壞或斷裂的抵抗能力稱大形變直至宏觀破壞或斷裂，對這種破壞或斷裂的抵抗能力稱為為強(qiáng)度強(qiáng)度。v材料斷裂的方式與其形變性質(zhì)有著密切的聯(lián)系。材料斷裂的方式與其形變性質(zhì)有著密切的聯(lián)系。脆性斷裂是缺陷快速擴(kuò)展的結(jié)果脆性斷裂是缺陷快速擴(kuò)展的結(jié)果韌性斷裂是屈服后的斷裂韌性斷裂是屈服后的斷裂高分子材料的屈服實(shí)際上是材料在外力作用下產(chǎn)生的塑性形高分子材料的屈服實(shí)際上是材料在外力作用下產(chǎn)生的塑性形變。變。38.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服v應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)

2、變曲線48.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服vY點(diǎn)以前是彈性區(qū)域，試樣被均勻點(diǎn)以前是彈性區(qū)域，試樣被均勻拉伸，除去應(yīng)力，試樣的應(yīng)變可恢拉伸，除去應(yīng)力，試樣的應(yīng)變可恢復(fù)。復(fù)。vY點(diǎn)以后，試樣呈現(xiàn)塑性行為，除點(diǎn)以后，試樣呈現(xiàn)塑性行為，除去應(yīng)力，應(yīng)變不能恢復(fù)，留下永久去應(yīng)力，應(yīng)變不能恢復(fù)，留下永久形變。只有在形變。只有在Tg以上進(jìn)行退火處理，以上進(jìn)行退火處理，方能回復(fù)。方能回復(fù)。屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)到達(dá)屈服點(diǎn)時(shí)，試樣截面突到達(dá)屈服點(diǎn)時(shí)，試樣截面突然變得不均勻，出現(xiàn)然變得不均勻，出現(xiàn)“細(xì)細(xì)頸頸”。斷裂點(diǎn)斷裂點(diǎn)Y屈服應(yīng)力（或稱屈服強(qiáng)度）屈服應(yīng)力（或稱屈服強(qiáng)度）Y屈服應(yīng)變（或稱屈服伸長率）屈服應(yīng)變（或稱屈

3、服伸長率）58.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服vY點(diǎn)之后，開始時(shí)應(yīng)變增加、應(yīng)力點(diǎn)之后，開始時(shí)應(yīng)變增加、應(yīng)力反而有所降低，稱作反而有所降低，稱作“應(yīng)變軟化應(yīng)變軟化”；v隨后，隨后，“頸縮階段頸縮階段”，“細(xì)頸細(xì)頸”沿沿樣品擴(kuò)展；樣品擴(kuò)展；v最后，應(yīng)力急劇增加，試樣才能產(chǎn)最后，應(yīng)力急劇增加，試樣才能產(chǎn)生一定的應(yīng)變，稱作生一定的應(yīng)變，稱作“取向硬化取向硬化”。在這階段，成頸后的試樣又被均勻在這階段，成頸后的試樣又被均勻地拉伸，直至地拉伸，直至B點(diǎn)，材料發(fā)生斷裂點(diǎn)，材料發(fā)生斷裂vB斷裂強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度 B斷裂伸長率。斷裂伸長率。8.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服曲線下面積稱作斷裂能：材

4、料從開始拉伸至破壞所曲線下面積稱作斷裂能：材料從開始拉伸至破壞所吸收的能量。吸收的能量?？煞从巢牧系睦鞌嗔秧g性大小，但可反映材料的拉伸斷裂韌性大小，但不能反映材料的沖擊韌性大小。不能反映材料的沖擊韌性大小。斷裂能斷裂能678.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服v從應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變曲線可以獲得的被拉伸聚合物的信息應(yīng)變曲線可以獲得的被拉伸聚合物的信息 聚合物的屈服強(qiáng)度（聚合物的屈服強(qiáng)度（Y點(diǎn)強(qiáng)度）點(diǎn)強(qiáng)度） 聚合物的楊氏模量（聚合物的楊氏模量（OA段斜率）段斜率） 聚合物的聚合物的 斷裂強(qiáng)度（斷裂強(qiáng)度（B點(diǎn)強(qiáng)度）點(diǎn)強(qiáng)度） 聚合物的斷裂伸長率（聚合物的斷裂伸長率（B點(diǎn)伸長率）點(diǎn)伸長率） 聚合物的斷

5、裂韌性（曲線下面積）聚合物的斷裂韌性（曲線下面積）88.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服v影響應(yīng)力影響應(yīng)力-應(yīng)變行為的外界條件應(yīng)變行為的外界條件v溫度溫度溫度升高，材料逐步變得軟而韌，溫度升高，材料逐步變得軟而韌，斷裂強(qiáng)度下降，斷裂伸長率增加；斷裂強(qiáng)度下降，斷裂伸長率增加；溫度下降時(shí)，材料逐步轉(zhuǎn)向硬而溫度下降時(shí)，材料逐步轉(zhuǎn)向硬而脆，斷裂強(qiáng)度增加，斷裂伸長率脆，斷裂強(qiáng)度增加，斷裂伸長率減小。減小。98.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服a: TTg c: TTg (幾十度幾十度)d: T接近接近Tgb: TTg溫度溫度0507070050PVC脆斷脆斷 韌斷韌斷無屈服無屈服屈服后斷

6、屈服后斷結(jié)果結(jié)果TT108.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服應(yīng)變速率應(yīng)變速率v拉伸速度拉伸速度，聚合物的模量，聚合物的模量，屈服，屈服應(yīng)力、斷裂強(qiáng)度應(yīng)力、斷裂強(qiáng)度，斷裂伸長率，斷裂伸長率。v屈服應(yīng)力對應(yīng)變速率具有更大的依屈服應(yīng)力對應(yīng)變速率具有更大的依賴性。在拉伸試驗(yàn)中，增加應(yīng)變速賴性。在拉伸試驗(yàn)中，增加應(yīng)變速率與降低溫度的效應(yīng)相似。率與降低溫度的效應(yīng)相似。速度速度速度速度118.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服流體靜壓力流體靜壓力v隨著壓力隨著壓力，聚合物的模量顯著，聚合物的模量顯著，阻止，阻止“頸縮頸縮”發(fā)生。發(fā)生。這可能是由于壓力減少了鏈段的活動(dòng)性，松弛轉(zhuǎn)變移向這可能是由于

7、壓力減少了鏈段的活動(dòng)性，松弛轉(zhuǎn)變移向較高的溫度。較高的溫度。v在給定的溫度下增加壓力與給定壓力下降低溫度具有一在給定的溫度下增加壓力與給定壓力下降低溫度具有一定的相似效應(yīng)。定的相似效應(yīng)。128.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服晶態(tài)聚合物的應(yīng)力晶態(tài)聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線v晶態(tài)聚合物在比晶態(tài)聚合物在比Tg低得多的溫低得多的溫度到接近度到接近Tm的溫度范圍內(nèi)均可的溫度范圍內(nèi)均可成頸。拉力除去后，只要加熱成頸。拉力除去后，只要加熱到接近到接近Tm的溫度，也能部分回的溫度，也能部分回復(fù)到未拉伸的狀態(tài)。復(fù)到未拉伸的狀態(tài)。冷拉冷拉138.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服v晶態(tài)聚合物的

8、拉伸成頸原因：球晶中片晶變形的結(jié)果。晶態(tài)聚合物的拉伸成頸原因：球晶中片晶變形的結(jié)果。v球晶中片晶的變形大體包括：球晶中片晶的變形大體包括：相轉(zhuǎn)變和雙晶化；相轉(zhuǎn)變和雙晶化；分子鏈的傾斜，片晶沿著分子軸方向滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)；分子鏈的傾斜，片晶沿著分子軸方向滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)；片晶的破裂，更大的傾斜、滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)，一些分子鏈從結(jié)晶體片晶的破裂，更大的傾斜、滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)，一些分子鏈從結(jié)晶體中拉出；中拉出；破裂的分子鏈和被拉直的鏈段一道組成微絲結(jié)構(gòu)。破裂的分子鏈和被拉直的鏈段一道組成微絲結(jié)構(gòu)。v沿著分子軸方向并伴有結(jié)晶偏轉(zhuǎn)的片晶滑移使片晶變薄和變長。沿著分子軸方向并伴有結(jié)晶偏轉(zhuǎn)的片晶滑移使片晶變薄和變長。片晶由于沿分子軸

9、的滑移而伸長變薄片晶由于沿分子軸的滑移而伸長變薄14晶態(tài)聚合物的應(yīng)力晶態(tài)聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線15晶態(tài)聚合物的應(yīng)力晶態(tài)聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線168.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服取向聚合物的應(yīng)力取向聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線v在取向方向上的強(qiáng)度隨取向程度的增加而增大，此時(shí)，分子量和在取向方向上的強(qiáng)度隨取向程度的增加而增大，此時(shí)，分子量和結(jié)晶度的影響較小，性能主要由取向狀況所決定。高度取向時(shí)，結(jié)晶度的影響較小，性能主要由取向狀況所決定。高度取向時(shí)，垂直于取向方向上材料的強(qiáng)度很小，容易開裂。垂直于取向方向上材料的強(qiáng)度很小，容易開裂。v取向方向上，材料的模量增大。平行方

10、向上模量比未取向時(shí)增大取向方向上，材料的模量增大。平行方向上模量比未取向時(shí)增大很多，在垂直方向上模量與未取向時(shí)差別不大。很多，在垂直方向上模量與未取向時(shí)差別不大。v雙軸取向時(shí)，在該雙軸構(gòu)成的平面內(nèi)，性能不像單軸取向那樣有雙軸取向時(shí)，在該雙軸構(gòu)成的平面內(nèi)，性能不像單軸取向那樣有薄弱的方向。利用雙軸取向，可改進(jìn)材料的性能。薄弱的方向。利用雙軸取向，可改進(jìn)材料的性能。17v聚合物應(yīng)力應(yīng)變聚合物應(yīng)力應(yīng)變-曲線的類型曲線的類型188.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服v硬而脆硬而脆：模量高，拉伸強(qiáng)度相當(dāng)大，沒有屈服點(diǎn)，斷裂伸長率一：模量高，拉伸強(qiáng)度相當(dāng)大，沒有屈服點(diǎn)，斷裂伸長率一般低于般低于2%。

11、PS，PMMA，酚醛樹脂，酚醛樹脂v硬而強(qiáng)硬而強(qiáng)：高的楊氏模量，高的拉伸強(qiáng)度，斷裂伸長率約為：高的楊氏模量，高的拉伸強(qiáng)度，斷裂伸長率約為5%。硬質(zhì)硬質(zhì)PVCv強(qiáng)而韌強(qiáng)而韌：強(qiáng)度高，斷裂伸長率較大。拉伸過程中產(chǎn)生細(xì)頸。：強(qiáng)度高，斷裂伸長率較大。拉伸過程中產(chǎn)生細(xì)頸。尼龍尼龍66，PC，POMv軟而韌軟而韌：模量低，屈服點(diǎn)低或者沒有明顯的屈服點(diǎn)，曲線有較大：模量低，屈服點(diǎn)低或者沒有明顯的屈服點(diǎn)，曲線有較大彎曲部分，伸長率很大（彎曲部分，伸長率很大（201000%），斷裂強(qiáng)度高。），斷裂強(qiáng)度高。橡膠和增塑橡膠和增塑PVCv軟而弱軟而弱：模量低，強(qiáng)度低，斷裂伸長率低：模量低，強(qiáng)度低，斷裂伸長率低一些柔軟

12、的凝膠，很少用作材料來使用。一些柔軟的凝膠，很少用作材料來使用。198.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服v細(xì)頸細(xì)頸：聚合物在塑性形變時(shí)出現(xiàn)均勻形變的不穩(wěn)定性。：聚合物在塑性形變時(shí)出現(xiàn)均勻形變的不穩(wěn)定性。形成的原因可能有兩個(gè)：形成的原因可能有兩個(gè)：v幾何因素幾何因素，材料試片尺寸在各處的微小差別。如果試樣某部分有，材料試片尺寸在各處的微小差別。如果試樣某部分有效截面積比試樣其他部分稍小，它受到的應(yīng)力就比其他部分高一效截面積比試樣其他部分稍小，它受到的應(yīng)力就比其他部分高一點(diǎn)，該部分將首先達(dá)到屈服點(diǎn)，其有效剛性比其他部位低，繼續(xù)點(diǎn)，該部分將首先達(dá)到屈服點(diǎn)，其有效剛性比其他部位低，繼續(xù)形變更為

13、容易。如此循環(huán)，直到該部位發(fā)生取向硬化，從而阻止形變更為容易。如此循環(huán)，直到該部位發(fā)生取向硬化，從而阻止了這一不均勻形變的發(fā)展。了這一不均勻形變的發(fā)展。v材料在屈服點(diǎn)以后的應(yīng)變軟化材料在屈服點(diǎn)以后的應(yīng)變軟化。如果材料在某局部的應(yīng)變稍稍高。如果材料在某局部的應(yīng)變稍稍高于其他地方（如應(yīng)力集中），則該處將局部軟化，進(jìn)而使塑性不于其他地方（如應(yīng)力集中），則該處將局部軟化，進(jìn)而使塑性不穩(wěn)定性更易發(fā)展，這一過程只能被材料取向硬化所阻止。穩(wěn)定性更易發(fā)展，這一過程只能被材料取向硬化所阻止。20真真 曲線上的極大值點(diǎn)曲線上的極大值點(diǎn)Y是與是與材料特性有關(guān)的真正屈服點(diǎn)材料特性有關(guān)的真正屈服點(diǎn)（特性屈服點(diǎn)特性屈服點(diǎn)

14、）；B點(diǎn)只是點(diǎn)只是表觀屈表觀屈服點(diǎn)服點(diǎn)。 假設(shè)拉伸形變中，假設(shè)拉伸形變中，dV = 0， ，可將實(shí)測可將實(shí)測 換算成換算成 。真Considre作圖法作圖法： 在在 真真 曲線上，從橫坐標(biāo)軸上曲線上，從橫坐標(biāo)軸上 = 1處向曲線作切線，切點(diǎn)就是處向曲線作切線，切點(diǎn)就是B點(diǎn)。點(diǎn)。真應(yīng)力應(yīng)變曲線：真應(yīng)力應(yīng)變曲線：8.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服工程應(yīng)力工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線真應(yīng)力真應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線21 在 曲線上，Y點(diǎn)滿足d0dse=(1) 真2dd1(1)0d(1)dsseseee=+-=+真真 dd1真真真( 真真 曲線對應(yīng)曲線對應(yīng)B點(diǎn)位置的斜率點(diǎn)位置的斜率)從點(diǎn)（從點(diǎn)（

15、-1, 0）到點(diǎn)（）到點(diǎn)（ , 真真）的直線斜率：）的直線斜率：0(1)1ssee-=- -+真真（正是（正是 真真 曲線上曲線上B點(diǎn)的斜率）點(diǎn)的斜率） 用用Considre作圖法判斷能形成穩(wěn)定細(xì)頸的高聚物：作圖法判斷能形成穩(wěn)定細(xì)頸的高聚物： 從從 = 0處向處向 真真 曲線可作兩條切線。曲線可作兩條切線。8.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服228.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服238.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服屈服判據(jù)屈服判據(jù)v應(yīng)力一般由包括應(yīng)力一般由包括3個(gè)正應(yīng)力和個(gè)正應(yīng)力和3個(gè)切應(yīng)力的個(gè)切應(yīng)力的6個(gè)分量組成，不個(gè)分量組成，不同的應(yīng)力狀態(tài)又對應(yīng)于不同應(yīng)力分量

16、的組合，在組合應(yīng)力條同的應(yīng)力狀態(tài)又對應(yīng)于不同應(yīng)力分量的組合，在組合應(yīng)力條件下材料的屈服條件稱為屈服判據(jù)或屈服準(zhǔn)則。件下材料的屈服條件稱為屈服判據(jù)或屈服準(zhǔn)則。最大切應(yīng)力理論最大切應(yīng)力理論Trasca（單參數(shù)屈服判據(jù)）（單參數(shù)屈服判據(jù)）最大變形能理論最大變形能理論Von Mises（單參數(shù)屈服判據(jù)）（單參數(shù)屈服判據(jù)）雙參數(shù)屈服判據(jù)雙參數(shù)屈服判據(jù)Coulomb248.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服剪切帶的結(jié)構(gòu)形態(tài)剪切帶的結(jié)構(gòu)形態(tài)v韌性聚合物單向拉伸至屈韌性聚合物單向拉伸至屈服點(diǎn)時(shí)，常可看到試樣上服點(diǎn)時(shí)，?？煽吹皆嚇由铣霈F(xiàn)與拉伸方向成出現(xiàn)與拉伸方向成45角角的剪切滑移變形帶的剪切滑移變形帶2

17、58.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服橫截面橫截面A0, 受到的應(yīng)力受到的應(yīng)力 0=F/A0斜截面斜截面A 受受 力力法向應(yīng)力法向應(yīng)力剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力268.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服=0n=0s=0=45n=0/2s=0/2=90n=0s=0278.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服抵抗外力的方式抵抗外力的方式抗張強(qiáng)度：抵抗拉力的作用抗張強(qiáng)度：抵抗拉力的作用抗剪強(qiáng)度：抵抗剪力的作用抗剪強(qiáng)度：抵抗剪力的作用兩種兩種當(dāng)應(yīng)力當(dāng)應(yīng)力 0增加時(shí)，增加時(shí)，法向應(yīng)力和切向應(yīng)力增大的幅度不同法向應(yīng)力和切向應(yīng)力增大的幅度不同抗張強(qiáng)度最大抗張強(qiáng)度最大 =0 ， n= 0抗剪強(qiáng)度最大抗

18、剪強(qiáng)度最大 =45 ， s= 0/2288.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服v切應(yīng)力雙生互等定律切應(yīng)力雙生互等定律法向應(yīng)力法向應(yīng)力剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力法向應(yīng)力法向應(yīng)力剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力對于傾角為對于傾角為=+/2的另一個(gè)截面的另一個(gè)截面對于傾角為對于傾角為的截面的截面298.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服v剪切屈服是沒有明顯體積變化的形狀扭變，一般分為擴(kuò)剪切屈服是沒有明顯體積變化的形狀扭變，一般分為擴(kuò)散剪切屈服和剪切帶：散剪切屈服和剪切帶：擴(kuò)散剪切屈服擴(kuò)散剪切屈服指在整個(gè)受力區(qū)域內(nèi)發(fā)生的大范圍剪指在整個(gè)受力區(qū)域內(nèi)發(fā)生的大范圍剪切形變。切形變。剪切帶剪切帶指只發(fā)生在局部帶狀區(qū)域內(nèi)的剪

19、切形變。指只發(fā)生在局部帶狀區(qū)域內(nèi)的剪切形變。v剪切屈服不僅在外加剪切力作用下能夠發(fā)生，而且拉伸剪切屈服不僅在外加剪切力作用下能夠發(fā)生，而且拉伸應(yīng)力、壓縮應(yīng)力都能引起。應(yīng)力、壓縮應(yīng)力都能引起。308.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服銀紋現(xiàn)象銀紋現(xiàn)象v為聚合物所特有，是聚合物在張應(yīng)力作用下，于材料某為聚合物所特有，是聚合物在張應(yīng)力作用下，于材料某些薄弱地方出現(xiàn)應(yīng)力集中而產(chǎn)生局部的塑性形變和取向，些薄弱地方出現(xiàn)應(yīng)力集中而產(chǎn)生局部的塑性形變和取向，以至于在材料表面或內(nèi)部垂直于應(yīng)力方向上出現(xiàn)長度為以至于在材料表面或內(nèi)部垂直于應(yīng)力方向上出現(xiàn)長度為100m、寬度為寬度為10 m左右、厚度約為左右、厚

20、度約為1 m的微細(xì)凹槽的微細(xì)凹槽的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。v分類分類：應(yīng)力銀紋，環(huán)境銀紋，溶劑銀紋應(yīng)力銀紋，環(huán)境銀紋，溶劑銀紋318.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服328.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服v銀紋方向和分子鏈方向銀紋方向和分子鏈方向v銀紋不是空的，銀紋體的密度為銀紋不是空的，銀紋體的密度為本體密度的本體密度的50%，折光指數(shù)低于，折光指數(shù)低于聚合物本體折光指數(shù)，在銀紋和聚合物本體折光指數(shù)，在銀紋和本體之間的界面上將對光線產(chǎn)生本體之間的界面上將對光線產(chǎn)生全反射現(xiàn)象，呈現(xiàn)銀光閃閃的紋全反射現(xiàn)象，呈現(xiàn)銀光閃閃的紋路（所以也稱應(yīng)力發(fā)白）。加熱路（所以也稱應(yīng)力發(fā)白）。加熱退火會(huì)使銀

21、紋消失。退火會(huì)使銀紋消失。F338.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服銀紋的擴(kuò)展銀紋的擴(kuò)展中間分子中間分子鏈斷裂鏈斷裂擴(kuò)展擴(kuò)展形成裂紋形成裂紋348.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服微纖的纏結(jié)結(jié)構(gòu)與其拉伸比相關(guān)微纖的纏結(jié)結(jié)構(gòu)與其拉伸比相關(guān)v纏結(jié)點(diǎn)密度纏結(jié)點(diǎn)密度 ，Le，值值 ，纏結(jié)鏈伸展較困難，不易發(fā)生銀，纏結(jié)鏈伸展較困難，不易發(fā)生銀紋化。紋化。v纏結(jié)點(diǎn)密度纏結(jié)點(diǎn)密度 ，Le，值值 ，纏結(jié)鏈伸長長度大，容易產(chǎn)生銀，纏結(jié)鏈伸長長度大，容易產(chǎn)生銀紋化。紋化。 358.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服v銀紋在整個(gè)聚合物試樣中的體積分?jǐn)?shù)有限，因此銀紋銀紋在整個(gè)聚合物試樣中的體積分

22、數(shù)有限，因此銀紋的形變對脆性聚合物的宏觀形變貢獻(xiàn)不大。的形變對脆性聚合物的宏觀形變貢獻(xiàn)不大。v銀紋化可以是玻璃態(tài)聚合物斷裂的先決條件，也可以銀紋化可以是玻璃態(tài)聚合物斷裂的先決條件，也可以是聚合物屈服的機(jī)理。是聚合物屈服的機(jī)理。應(yīng)力銀紋結(jié)構(gòu)若不能穩(wěn)定，則將發(fā)展而導(dǎo)致聚合物應(yīng)力銀紋結(jié)構(gòu)若不能穩(wěn)定，則將發(fā)展而導(dǎo)致聚合物斷裂。斷裂。銀紋可吸收塑性形變能，提高韌性。銀紋可吸收塑性形變能，提高韌性。368.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服v環(huán)境銀紋：在加工或使用過程中，因環(huán)境介質(zhì)（流體、環(huán)境銀紋：在加工或使用過程中，因環(huán)境介質(zhì)（流體、氣體）與應(yīng)力的共同作用，也會(huì)出現(xiàn)銀紋。時(shí)常發(fā)展為氣體）與應(yīng)力的共

23、同作用，也會(huì)出現(xiàn)銀紋。時(shí)常發(fā)展為環(huán)境應(yīng)力開裂。環(huán)境介質(zhì)的作用，致使引發(fā)銀紋所需的環(huán)境應(yīng)力開裂。環(huán)境介質(zhì)的作用，致使引發(fā)銀紋所需的應(yīng)力或應(yīng)變大為降低。應(yīng)力或應(yīng)變大為降低。v溶劑銀紋：處于溶劑環(huán)境中，易產(chǎn)生溶劑銀紋。溶劑銀紋：處于溶劑環(huán)境中，易產(chǎn)生溶劑銀紋。378.2 聚合物的斷裂與強(qiáng)度聚合物的斷裂與強(qiáng)度強(qiáng)度指物質(zhì)抵強(qiáng)度指物質(zhì)抵抗破壞的能力抗破壞的能力張應(yīng)力張應(yīng)力拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度彎曲力矩彎曲力矩抗彎強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度壓應(yīng)力壓應(yīng)力壓縮強(qiáng)度壓縮強(qiáng)度拉伸模量拉伸模量彎曲模量彎曲模量硬度硬度388.2.1 脆性斷裂和韌性斷裂脆性斷裂和韌性斷裂v內(nèi)在韌性內(nèi)在韌性材料在斷裂前能吸收大量的能量。材料在斷裂前能吸收大量

24、的能量。v韌性變壞韌性變壞脆性斷裂脆性斷裂如何區(qū)分?jǐn)嗳绾螀^(qū)分?jǐn)嗔研问?？裂形式？關(guān)鍵看屈服關(guān)鍵看屈服屈服前斷脆性斷裂屈服前斷脆性斷裂屈服后斷韌性斷裂屈服后斷韌性斷裂398.2.1 脆性斷裂和韌性斷裂脆性斷裂和韌性斷裂v所加的應(yīng)力體系和試樣的幾何形狀決定試樣中張應(yīng)力分量和切應(yīng)所加的應(yīng)力體系和試樣的幾何形狀決定試樣中張應(yīng)力分量和切應(yīng)力分量的相對值，影響材料的斷裂形式。力分量的相對值，影響材料的斷裂形式。eg：流體靜壓力通?？墒箶嗔延纱嘈宰?yōu)轫g性，尖銳的缺口改：流體靜壓力通?？墒箶嗔延纱嘈宰?yōu)轫g性，尖銳的缺口改變斷裂方式變斷裂方式由韌變脆。由韌變脆。v斷裂形式與溫度和測試速率（應(yīng)變速率）有關(guān)。斷裂形式

25、與溫度和測試速率（應(yīng)變速率）有關(guān)。 T，由低溫的脆性形變由低溫的脆性形變高溫的韌性形變。應(yīng)變速率的影響高溫的韌性形變。應(yīng)變速率的影響與溫度相反。與溫度相反。408.2.1 脆性斷裂和韌性斷裂脆性斷裂和韌性斷裂v斷裂應(yīng)力受溫度和應(yīng)變速率影響不大，屈服應(yīng)力受溫度和應(yīng)變速斷裂應(yīng)力受溫度和應(yīng)變速率影響不大，屈服應(yīng)力受溫度和應(yīng)變速率影響很大。率影響很大。v溫度溫度屈服應(yīng)力屈服應(yīng)力，應(yīng)變速率應(yīng)變速率屈服應(yīng)力屈服應(yīng)力 。v脆韌轉(zhuǎn)變將隨應(yīng)變速率增加而移向高溫，即在低應(yīng)變速率時(shí)是韌脆韌轉(zhuǎn)變將隨應(yīng)變速率增加而移向高溫，即在低應(yīng)變速率時(shí)是韌性的材料，高應(yīng)變速率時(shí)將會(huì)發(fā)生脆性斷裂。性的材料，高應(yīng)變速率時(shí)將會(huì)發(fā)生脆性斷

26、裂。脆化溫度，脆化點(diǎn)脆化溫度，脆化點(diǎn)418.2.2 聚合物的強(qiáng)度聚合物的強(qiáng)度v機(jī)械強(qiáng)度是材料抵抗外力破壞的能力。機(jī)械強(qiáng)度是材料抵抗外力破壞的能力。v拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度在規(guī)定的試驗(yàn)溫度、濕度和試驗(yàn)速度下，在標(biāo)準(zhǔn)試樣上沿在規(guī)定的試驗(yàn)溫度、濕度和試驗(yàn)速度下，在標(biāo)準(zhǔn)試樣上沿軸向施加拉伸載荷直至斷裂前試樣承受的最大載荷軸向施加拉伸載荷直至斷裂前試樣承受的最大載荷P與試與試樣橫截面的比值樣橫截面的比值v拉伸模量（即楊氏模量）通常由拉伸初始階段的應(yīng)力與應(yīng)拉伸模量（即楊氏模量）通常由拉伸初始階段的應(yīng)力與應(yīng)變比例計(jì)算變比例計(jì)算428.2.2 聚合物的強(qiáng)度聚合物的強(qiáng)度v施加單向壓縮載荷，得到抗壓強(qiáng)度和壓縮模量。施加

27、單向壓縮載荷，得到抗壓強(qiáng)度和壓縮模量。v理論上：虎克定律也適用于壓縮的情況理論上：虎克定律也適用于壓縮的情況壓縮模量壓縮模量=拉伸模量拉伸模量v實(shí)際上：壓縮模量通常稍大于拉伸模量實(shí)際上：壓縮模量通常稍大于拉伸模量v抗張強(qiáng)與抗壓強(qiáng)度的相對大小則因材料的性質(zhì)而異?？箯垙?qiáng)與抗壓強(qiáng)度的相對大小則因材料的性質(zhì)而異。v一般塑性材料善于抵抗拉力一般塑性材料善于抵抗拉力 脆性材料善于抵抗壓力脆性材料善于抵抗壓力438.2.2 聚合物的強(qiáng)度聚合物的強(qiáng)度v抗彎強(qiáng)度（或稱撓曲強(qiáng)度）：在規(guī)定試驗(yàn)條件下對標(biāo)準(zhǔn)抗彎強(qiáng)度（或稱撓曲強(qiáng)度）：在規(guī)定試驗(yàn)條件下對標(biāo)準(zhǔn)試樣施加靜彎曲力矩，直到試樣斷裂為止。試樣施加靜彎曲力矩，直到試

28、樣斷裂為止。448.2.2 聚合物的強(qiáng)度聚合物的強(qiáng)度v硬度：硬度：衡量材料表面抵抗機(jī)械壓力的能力的一種指標(biāo)。硬度的衡量材料表面抵抗機(jī)械壓力的能力的一種指標(biāo)。硬度的大小與材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量有關(guān)，而硬度試驗(yàn)不大小與材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量有關(guān)，而硬度試驗(yàn)不破壞材料且方法簡單。有時(shí)可作為估計(jì)材料拉伸強(qiáng)度的破壞材料且方法簡單。有時(shí)可作為估計(jì)材料拉伸強(qiáng)度的替代辦法。替代辦法。v因測量和計(jì)算方法的差異，硬度可分為布氏、洛氏和邵因測量和計(jì)算方法的差異，硬度可分為布氏、洛氏和邵氏等幾種。氏等幾種。458.2.2 影響因素影響因素v內(nèi)因（結(jié)構(gòu)因素）與外因（溫度和拉伸速率）內(nèi)因（結(jié)構(gòu)因素）與外因（溫度和拉伸

29、速率）高分子材料的強(qiáng)度上限取決于主鏈化學(xué)鍵力和分子鏈間的作用力。高分子材料的強(qiáng)度上限取決于主鏈化學(xué)鍵力和分子鏈間的作用力。v極性基團(tuán)或氫鍵：極性基團(tuán)或氫鍵：一般情況，增加高分子的極性或形成氫鍵可以使其強(qiáng)度提高。極一般情況，增加高分子的極性或形成氫鍵可以使其強(qiáng)度提高。極性基團(tuán)或氫鍵的密度越大，強(qiáng)度越高。性基團(tuán)或氫鍵的密度越大，強(qiáng)度越高。如極性基團(tuán)過密或取代基團(tuán)過大，不利于分子運(yùn)動(dòng)，材料的拉伸如極性基團(tuán)過密或取代基團(tuán)過大，不利于分子運(yùn)動(dòng)，材料的拉伸強(qiáng)度雖然提高，但呈現(xiàn)脆性。強(qiáng)度雖然提高，但呈現(xiàn)脆性。v芳雜環(huán)：芳雜環(huán)：主鏈含有芳雜環(huán)的聚合物，其強(qiáng)度和模量都比脂肪族的高。側(cè)基主鏈含有芳雜環(huán)的聚合物，其

30、強(qiáng)度和模量都比脂肪族的高。側(cè)基為芳雜環(huán)時(shí)，強(qiáng)度和模量也較高。為芳雜環(huán)時(shí)，強(qiáng)度和模量也較高。468.2.2 影響因素影響因素v支化程度：支化程度：分子鏈的支化程度分子鏈的支化程度，分子之間的距離，分子之間的距離，作用力，作用力，聚合物拉伸強(qiáng)，聚合物拉伸強(qiáng)度度。v交聯(lián)：交聯(lián)：適度交聯(lián)，分子鏈間的聯(lián)系適度交聯(lián)，分子鏈間的聯(lián)系 ，分子鏈不易發(fā)生相對滑移。交聯(lián)度，分子鏈不易發(fā)生相對滑移。交聯(lián)度，不易發(fā)生大的形變，同時(shí)材料強(qiáng)度，不易發(fā)生大的形變，同時(shí)材料強(qiáng)度。結(jié)晶的聚合物，交聯(lián)使聚合物結(jié)晶度結(jié)晶的聚合物，交聯(lián)使聚合物結(jié)晶度，結(jié)晶傾向，結(jié)晶傾向，過分交聯(lián)使強(qiáng)，過分交聯(lián)使強(qiáng)度度。不結(jié)晶的聚合物，交聯(lián)密度過大，

31、強(qiáng)度不結(jié)晶的聚合物，交聯(lián)密度過大，強(qiáng)度。原因原因：可能是交聯(lián)度高：可能是交聯(lián)度高時(shí)，網(wǎng)鏈不能均勻承載，易集中應(yīng)力于局部網(wǎng)鏈上，有效網(wǎng)鏈數(shù)時(shí)，網(wǎng)鏈不能均勻承載，易集中應(yīng)力于局部網(wǎng)鏈上，有效網(wǎng)鏈數(shù) 。交聯(lián)度交聯(lián)度 ，承載的不均勻性，承載的不均勻性 ，強(qiáng)度，強(qiáng)度 。 478.2.2 影響因素影響因素v分子量對聚合物脆性斷裂強(qiáng)度的影響分子量對聚合物脆性斷裂強(qiáng)度的影響v分子量提高到一定程度后，對斷裂強(qiáng)度的改善不明顯，分子量提高到一定程度后，對斷裂強(qiáng)度的改善不明顯，但沖擊強(qiáng)度繼續(xù)增加。但沖擊強(qiáng)度繼續(xù)增加。v晶態(tài)聚合物中的微晶晶態(tài)聚合物中的微晶與物理交聯(lián)相似。結(jié)晶度增加，拉伸強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和與物理交聯(lián)相似。

32、結(jié)晶度增加，拉伸強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和彈性模量均有提高。如結(jié)晶度太高，材料發(fā)脆。彈性模量均有提高。如結(jié)晶度太高，材料發(fā)脆。v球晶的結(jié)構(gòu)球晶的結(jié)構(gòu)成型加工的溫度、成核劑的加入以及后處理?xiàng)l件等，對成型加工的溫度、成核劑的加入以及后處理?xiàng)l件等，對結(jié)晶聚合物的機(jī)械性能有很大影響。結(jié)晶聚合物的機(jī)械性能有很大影響。488.2.2 影響因素影響因素v晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)由伸直鏈組成的纖維狀晶體，其抗拉性能較折疊鏈晶體優(yōu)越。由伸直鏈組成的纖維狀晶體，其抗拉性能較折疊鏈晶體優(yōu)越。v取向取向可使材料的強(qiáng)度提高幾倍甚至幾十倍。可使材料的強(qiáng)度提高幾倍甚至幾十倍。單軸取向后，高分子鏈順著外力方向平行排列，沿取向方向斷單軸取向后，

33、高分子鏈順著外力方向平行排列，沿取向方向斷裂時(shí)破壞主價(jià)鍵的比例大大增加，主價(jià)鍵的強(qiáng)度比范德華力的裂時(shí)破壞主價(jià)鍵的比例大大增加，主價(jià)鍵的強(qiáng)度比范德華力的強(qiáng)度高強(qiáng)度高50倍左右。倍左右。雙軸取向后，在長、寬兩個(gè)方向上強(qiáng)度和模量都有提高，同時(shí)雙軸取向后，在長、寬兩個(gè)方向上強(qiáng)度和模量都有提高，同時(shí)可以阻礙裂縫向縱深發(fā)展?？梢宰璧K裂縫向縱深發(fā)展。498.2.2 影響因素影響因素v材料中的缺陷材料中的缺陷造成應(yīng)力集中，嚴(yán)重地降低了材料的強(qiáng)度。加工過程中混合不均造成應(yīng)力集中，嚴(yán)重地降低了材料的強(qiáng)度。加工過程中混合不均或塑化不良，成型過程中制件表里冷卻速度不同而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力等或塑化不良，成型過程中制件表里冷卻速

34、度不同而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力等等，均可產(chǎn)生缺陷。等，均可產(chǎn)生缺陷。v增塑劑增塑劑起稀釋作用，減小了分子間作用力，強(qiáng)度降低。起稀釋作用，減小了分子間作用力，強(qiáng)度降低。v低溫和高應(yīng)變速率低溫和高應(yīng)變速率聚合物傾向于發(fā)生脆性斷裂。溫度越低，應(yīng)變速率越高，斷裂強(qiáng)聚合物傾向于發(fā)生脆性斷裂。溫度越低，應(yīng)變速率越高，斷裂強(qiáng)度越大。度越大。508.2.2 聚合物的強(qiáng)度聚合物的強(qiáng)度聚合物材料的破壞可能是高分子主鏈的化學(xué)鍵斷裂或聚合物材料的破壞可能是高分子主鏈的化學(xué)鍵斷裂或是高分子分子間滑脫或分子鏈間相互作用力的破壞。是高分子分子間滑脫或分子鏈間相互作用力的破壞。理論值理論值518.2.2 聚合物的強(qiáng)度聚合物的強(qiáng)度在斷裂時(shí)

35、三種方式兼而有之，通常聚合物理論斷裂強(qiáng)度在在斷裂時(shí)三種方式兼而有之，通常聚合物理論斷裂強(qiáng)度在幾千幾千MPa，而實(shí)際只有幾十而實(shí)際只有幾十Mpa 。e.g.PA, 60 MPaPPO, 70 MPa理論值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差原因理論值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差原因樣條存在缺陷樣條存在缺陷應(yīng)力集中應(yīng)力集中528.2.2 聚合物的強(qiáng)度聚合物的強(qiáng)度引起應(yīng)力集中的缺陷引起應(yīng)力集中的缺陷:v幾何的不連續(xù)，如孔、空洞、缺口、溝槽、裂紋；幾何的不連續(xù)，如孔、空洞、缺口、溝槽、裂紋；v材質(zhì)的不連續(xù)，如雜質(zhì)的顆粒、共混物相容性差造成的過大第二材質(zhì)的不連續(xù)，如雜質(zhì)的顆粒、共混物相容性差造成的過大第二組分顆粒；組分顆粒；v載荷的不連續(xù)

36、；載荷的不連續(xù)；v不連續(xù)的溫度分布產(chǎn)生的熱應(yīng)力等。不連續(xù)的溫度分布產(chǎn)生的熱應(yīng)力等。缺陷的來源缺陷的來源v材料中固有；材料中固有；v產(chǎn)品設(shè)計(jì)或加工時(shí)造成。產(chǎn)品設(shè)計(jì)或加工時(shí)造成。538.2.3 斷裂理論斷裂理論v有裂縫的材料極易開裂。裂縫端部的銳度對裂縫的擴(kuò)展有裂縫的材料極易開裂。裂縫端部的銳度對裂縫的擴(kuò)展有很大影響。有很大影響。圓孔：圓孔：在孔邊上與在孔邊上與0成成角的切向應(yīng)力分量角的切向應(yīng)力分量:圓孔使應(yīng)力集中了圓孔使應(yīng)力集中了3倍倍548.2.3 斷裂理論斷裂理論橢圓孔橢圓孔應(yīng)力集中隨平均應(yīng)力的增大和裂縫尖端處半徑的減小而增大。當(dāng)應(yīng)力集中隨平均應(yīng)力的增大和裂縫尖端處半徑的減小而增大。當(dāng)應(yīng)力集

37、中到一定程度時(shí)，就會(huì)達(dá)到和超過分子、原子的最大內(nèi)聚應(yīng)力集中到一定程度時(shí)，就會(huì)達(dá)到和超過分子、原子的最大內(nèi)聚力而使材料破壞。力而使材料破壞。558.2.3 斷裂理論斷裂理論v從裂縫存在的幾率來看，與試樣的幾何形狀和尺寸有關(guān)。從裂縫存在的幾率來看，與試樣的幾何形狀和尺寸有關(guān)。v例如：例如：細(xì)試樣中危害大的裂縫存在的幾率比粗試樣中為小細(xì)試樣中危害大的裂縫存在的幾率比粗試樣中為小纖維強(qiáng)度纖維強(qiáng)度隨其直徑的減小而增高。隨其直徑的減小而增高。大試樣中出現(xiàn)裂縫的幾率比小試樣大得多大試樣中出現(xiàn)裂縫的幾率比小試樣大得多試樣的平均強(qiáng)度隨試樣的平均強(qiáng)度隨其長度的降低而提高。其長度的降低而提高。v測定材料強(qiáng)度時(shí)要求試

38、樣有一定規(guī)格。測定材料強(qiáng)度時(shí)要求試樣有一定規(guī)格。568.2.3 斷裂理論斷裂理論格里菲思線彈性斷裂理論格里菲思線彈性斷裂理論為什么材料的實(shí)際強(qiáng)度為什么材料的實(shí)際強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論強(qiáng)度？遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論強(qiáng)度？存在缺陷存在缺陷為什么在缺陷處斷裂？為什么在缺陷處斷裂？缺陷處應(yīng)力集中缺陷處應(yīng)力集中缺陷處應(yīng)力多大？缺陷處應(yīng)力多大？Griffith理論理論578.2.3 斷裂理論斷裂理論格里菲思能量平衡的觀點(diǎn)認(rèn)為：格里菲思能量平衡的觀點(diǎn)認(rèn)為：v斷裂要產(chǎn)生新的表面，需要一定的表面能，斷裂產(chǎn)生斷裂要產(chǎn)生新的表面，需要一定的表面能，斷裂產(chǎn)生新的表面所需要的表面能是由材料內(nèi)部彈性儲(chǔ)能的減少新的表面所需要的表面能是由材料

39、內(nèi)部彈性儲(chǔ)能的減少來補(bǔ)償?shù)模粊硌a(bǔ)償?shù)?；v彈性儲(chǔ)能在材料中的分布是不均勻的。裂縫附近集中彈性儲(chǔ)能在材料中的分布是不均勻的。裂縫附近集中了大量彈性儲(chǔ)能，有裂縫的地方要比其他地方有更多的了大量彈性儲(chǔ)能，有裂縫的地方要比其他地方有更多的彈性儲(chǔ)能來供給產(chǎn)生新表面所需要的表面能，致使材料彈性儲(chǔ)能來供給產(chǎn)生新表面所需要的表面能，致使材料在裂縫處先行斷裂。在裂縫處先行斷裂。588.2.3 斷裂理論斷裂理論v裂縫失去穩(wěn)定性的條件裂縫失去穩(wěn)定性的條件每擴(kuò)展單位面積裂縫時(shí)，端點(diǎn)附近每擴(kuò)展單位面積裂縫時(shí)，端點(diǎn)附近所釋放出來的彈性能所釋放出來的彈性能能量釋放能量釋放率，是驅(qū)動(dòng)裂縫擴(kuò)展的原動(dòng)力，與率，是驅(qū)動(dòng)裂縫擴(kuò)展的原動(dòng)

40、力，與應(yīng)力的類型及大小、裂縫尺寸、試應(yīng)力的類型及大小、裂縫尺寸、試樣的幾何形狀等有關(guān)（樣的幾何形狀等有關(guān)（）產(chǎn)生每單位面積裂縫的表面功，產(chǎn)生每單位面積裂縫的表面功，反映材料抵抗裂縫擴(kuò)展的一種反映材料抵抗裂縫擴(kuò)展的一種性質(zhì)。性質(zhì)。內(nèi)儲(chǔ)彈性能內(nèi)儲(chǔ)彈性能598.2.3 斷裂理論斷裂理論裂縫擴(kuò)展力裂縫擴(kuò)展力引起裂縫擴(kuò)展引起裂縫擴(kuò)展的臨界應(yīng)力的臨界應(yīng)力無限大薄板上裂縫長度之半無限大薄板上裂縫長度之半張應(yīng)力張應(yīng)力材料的彈性模量材料的彈性模量608.2.3 斷裂理論斷裂理論v假定，脆性玻璃無塑性流動(dòng)，裂縫增長所需的表面功僅假定，脆性玻璃無塑性流動(dòng)，裂縫增長所需的表面功僅與表面能（表面張力）有關(guān)與表面能（表面

41、張力）有關(guān)脆性固體斷裂的格里菲思能量判據(jù)方程脆性固體斷裂的格里菲思能量判據(jù)方程,適用于尖端無曲率半徑的適用于尖端無曲率半徑的“線裂縫線裂縫”的情的情況。況。對于長度為對于長度為2a的裂縫，只要外應(yīng)力的裂縫，只要外應(yīng)力c，裂縫能穩(wěn)定，材料裂縫能穩(wěn)定，材料有安全的保證。有安全的保證。618.2.3 斷裂理論斷裂理論材料的斷裂與外應(yīng)力和裂紋長度和材料的斷裂與外應(yīng)力和裂紋長度和乘積有關(guān)乘積有關(guān)脆性聚合物脆性聚合物628.2.3 斷裂理論斷裂理論臨界應(yīng)力強(qiáng)度臨界應(yīng)力強(qiáng)度KIc應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)力強(qiáng)度因子K1裂紋擴(kuò)展阻力裂紋擴(kuò)展阻力裂紋擴(kuò)展動(dòng)力裂紋擴(kuò)展動(dòng)力臨界應(yīng)力強(qiáng)度臨界應(yīng)力強(qiáng)度KIc應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)力強(qiáng)度因子

42、K1裂紋裂紋穩(wěn)定穩(wěn)定臨界應(yīng)力強(qiáng)度臨界應(yīng)力強(qiáng)度KIc應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)力強(qiáng)度因子K1裂紋裂紋擴(kuò)展擴(kuò)展638.2.3 斷裂理論斷裂理論v非線性斷裂理論非線性斷裂理論彈性體的撕裂為非線性斷裂過程，采用廣義格里菲思判據(jù)，即撕彈性體的撕裂為非線性斷裂過程，采用廣義格里菲思判據(jù)，即撕裂時(shí)釋放的應(yīng)變能大于撕裂能時(shí)裂縫將失去穩(wěn)定性。裂時(shí)釋放的應(yīng)變能大于撕裂能時(shí)裂縫將失去穩(wěn)定性。v斷裂的分子理論斷裂的分子理論考慮了結(jié)構(gòu)因素，認(rèn)為材料的斷裂也是一個(gè)松弛過程，宏觀斷裂考慮了結(jié)構(gòu)因素，認(rèn)為材料的斷裂也是一個(gè)松弛過程，宏觀斷裂是微觀化學(xué)鍵斷裂的熱活化過程，即當(dāng)原子熱運(yùn)動(dòng)的無規(guī)熱漲落是微觀化學(xué)鍵斷裂的熱活化過程，即當(dāng)原子熱運(yùn)

43、動(dòng)的無規(guī)熱漲落能量超過束縛原子間的勢壘時(shí)，會(huì)使化學(xué)鍵離解，從而發(fā)生斷裂。能量超過束縛原子間的勢壘時(shí)，會(huì)使化學(xué)鍵離解，從而發(fā)生斷裂。648.2.4 聚合物的增強(qiáng)聚合物的增強(qiáng)增強(qiáng)途徑與機(jī)理增強(qiáng)途徑與機(jī)理v聚合物基體中加入第二種物質(zhì)，形成聚合物基體中加入第二種物質(zhì)，形成“復(fù)合材料復(fù)合材料”，通，通過復(fù)合來顯著提高材料力學(xué)強(qiáng)度的作用稱為過復(fù)合來顯著提高材料力學(xué)強(qiáng)度的作用稱為“增強(qiáng)增強(qiáng)”作作用，能夠提高聚合物基體力學(xué)強(qiáng)度的物質(zhì)稱為用，能夠提高聚合物基體力學(xué)強(qiáng)度的物質(zhì)稱為增強(qiáng)劑增強(qiáng)劑或或活性填料活性填料。惰性填料惰性填料在聚合物中起著稀釋作用，可以降在聚合物中起著稀釋作用，可以降低材料的成本。低材料的成本

44、。v按照填料的形態(tài)，可以分為按照填料的形態(tài)，可以分為粉狀粉狀和和纖維狀纖維狀兩類。兩類。658.2.4 聚合物的增強(qiáng)聚合物的增強(qiáng)活性填料的作用（橡膠的補(bǔ)強(qiáng)）活性填料的作用（橡膠的補(bǔ)強(qiáng)）v填料的表面效應(yīng)填料的表面效應(yīng)：活性填料粒子的活性表面較強(qiáng)烈地吸附橡膠的：活性填料粒子的活性表面較強(qiáng)烈地吸附橡膠的分子鏈，通常一個(gè)粒子表面上連結(jié)有幾條分子鏈，形成鏈間的物分子鏈，通常一個(gè)粒子表面上連結(jié)有幾條分子鏈，形成鏈間的物理交聯(lián)。吸附了分子鏈的這種粒子能起到均勻分布負(fù)荷的作用，理交聯(lián)。吸附了分子鏈的這種粒子能起到均勻分布負(fù)荷的作用，降低了橡膠發(fā)生斷裂的可能性，從而起到增強(qiáng)作用。降低了橡膠發(fā)生斷裂的可能性，從而

45、起到增強(qiáng)作用。v增強(qiáng)的效果受粒子和分子鏈間結(jié)合的牢固程度所制約。兩者在界增強(qiáng)的效果受粒子和分子鏈間結(jié)合的牢固程度所制約。兩者在界面上的親和性面上的親和性，結(jié)合力，結(jié)合力，增強(qiáng)作用，增強(qiáng)作用。用化學(xué)處理方法或加入偶。用化學(xué)處理方法或加入偶聯(lián)劑強(qiáng)化結(jié)合力。聯(lián)劑強(qiáng)化結(jié)合力。668.2.4 聚合物的增強(qiáng)聚合物的增強(qiáng)v纖維填料纖維填料主要作為骨架，以幫助承擔(dān)負(fù)荷。主要作為骨架，以幫助承擔(dān)負(fù)荷。纖維填充塑料增強(qiáng)的原因：依靠復(fù)合作用，利用纖維的高強(qiáng)度以纖維填充塑料增強(qiáng)的原因：依靠復(fù)合作用，利用纖維的高強(qiáng)度以承受應(yīng)力，利用基體樹脂的塑性流動(dòng)及其與纖維的粘結(jié)性以傳遞承受應(yīng)力，利用基體樹脂的塑性流動(dòng)及其與纖維的粘

46、結(jié)性以傳遞應(yīng)力。應(yīng)力。v高分子液晶高分子液晶熱致液晶中的液晶棒狀分子在共混物中形成微纖結(jié)構(gòu)起到增強(qiáng)作熱致液晶中的液晶棒狀分子在共混物中形成微纖結(jié)構(gòu)起到增強(qiáng)作用。微纖結(jié)構(gòu)是加工過程中由液晶棒狀分子在共混無物基體中就用。微纖結(jié)構(gòu)是加工過程中由液晶棒狀分子在共混無物基體中就地形成的，稱做地形成的，稱做“原位原位”復(fù)合增強(qiáng)。復(fù)合增強(qiáng)。678.2.5 聚合物的耐沖擊性聚合物的耐沖擊性v沖擊強(qiáng)度沖擊強(qiáng)度衡量材料韌性衡量材料韌性的一種指標(biāo)，通常定義為試樣在沖擊載荷的一種指標(biāo)，通常定義為試樣在沖擊載荷的作用下折斷或折裂時(shí)單位截面積所吸收的能量。的作用下折斷或折裂時(shí)單位截面積所吸收的能量。v測試方法測試方法：擺

47、錘式?jīng)_擊試驗(yàn)、落重式?jīng)_擊試驗(yàn)和高速拉伸等三類。：擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)、落重式?jīng)_擊試驗(yàn)和高速拉伸等三類。不同試驗(yàn)方法常給出不同的聚合物沖擊強(qiáng)度。測得的值與試樣的不同試驗(yàn)方法常給出不同的聚合物沖擊強(qiáng)度。測得的值與試樣的幾何形狀和尺寸有關(guān)，薄的試樣一般比厚的試樣給出較高的沖擊幾何形狀和尺寸有關(guān)，薄的試樣一般比厚的試樣給出較高的沖擊強(qiáng)度。強(qiáng)度。沖斷試樣所消耗的功沖斷試樣所消耗的功沖斷試樣的厚度和寬度沖斷試樣的厚度和寬度688.2.5 聚合物的耐沖擊性聚合物的耐沖擊性v擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn) Charpy 簡支梁，簡支梁，Izod 懸臂梁懸臂梁 可用帶缺口的或無可用帶缺口的或無缺口試樣。缺口試樣。 采用帶缺口試樣的采用帶缺口試樣的目的：使缺口處的截面目的：使缺口處的截面積大為減小，受沖擊時(shí)積大為減小，受沖擊時(shí)試樣斷裂一定發(fā)生在這試樣斷裂一定發(fā)生在這一薄弱處，所有的沖擊一薄弱處，所有的沖擊能量都能在這局部地區(qū)能量都能在這局部地區(qū)被吸收，提高試驗(yàn)的準(zhǔn)被吸收，提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。確性。Charpy 簡支梁簡支梁698.2.5 聚合物的耐沖擊性聚合物的耐沖擊性Izod 懸臂梁懸臂梁708.2.5 聚合物的耐沖擊性聚合物的耐沖擊性影響聚合物沖擊強(qiáng)度的因素：高分子結(jié)構(gòu)影響聚合物沖擊強(qiáng)度的因素：高分子結(jié)構(gòu)高分子的極性高分子的極性或產(chǎn)生氫鍵，拉伸強(qiáng)度或產(chǎn)生氫鍵，拉伸強(qiáng)度。 如極性基團(tuán)過密