屈服、斷裂和強(qiáng)度資料

1、高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-232研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容u研究對(duì)象研究對(duì)象u聚合物的極限性質(zhì)，即在較大外力的持續(xù)作用在較大外力的持續(xù)作用或強(qiáng)大強(qiáng)大外力的短時(shí)作用外力的短時(shí)作用后，聚合物發(fā)生大大形變直至宏觀破壞宏觀破壞或斷裂斷裂。u主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、高分子材料的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變特性二、高聚物的屈服三、高分子材料的斷裂和強(qiáng)度高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-233圖圖6-1 啞鈴型標(biāo)準(zhǔn)試樣啞鈴型標(biāo)準(zhǔn)試樣高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-234玻璃態(tài)高聚物的應(yīng)力高聚物的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線結(jié)晶態(tài)高彈態(tài)高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-235圖圖6-2 6-2 玻璃態(tài)或結(jié)晶態(tài)高聚物的應(yīng)力玻璃態(tài)或結(jié)晶態(tài)高

2、聚物的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 Y: 屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)B:B:斷裂點(diǎn)斷裂點(diǎn)AAEAAEA:A:彈性極限點(diǎn)彈性極限點(diǎn)BdW0應(yīng)變軟化應(yīng)變硬化冷拉高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-236彈性形變彈性形變 -屈服屈服-應(yīng)變軟化應(yīng)變軟化-冷拉冷拉-應(yīng)變硬化應(yīng)變硬化-斷斷裂裂從分子運(yùn)動(dòng)機(jī)理解釋上述過(guò)程從分子運(yùn)動(dòng)機(jī)理解釋上述過(guò)程高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-237高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-238n這種大形變?cè)谕饬Τ废蟛换貜?fù)，通過(guò)適當(dāng)升溫（TTg或Tm）仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)，屬于強(qiáng)迫高彈形變。高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-239n 非晶態(tài)聚合物非晶態(tài)聚合物n當(dāng)溫度處于Tb TTg時(shí)，被凍結(jié)的鏈段鏈段在

3、外力作用下強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生大變形。n 結(jié)晶聚合物結(jié)晶聚合物n在溫度處于Tb TTm區(qū)間發(fā)生冷拉伸時(shí)，除了非晶態(tài)的鏈段鏈段發(fā)生強(qiáng)迫高彈形變，還包括晶區(qū)的微晶微晶在應(yīng)力作用下使原有的結(jié)晶結(jié)構(gòu)破壞，球晶、片晶被拉開(kāi)分裂成更小的結(jié)晶單元，分子鏈從晶體中被拉出、伸直，沿著拉伸方向排列形成的大形變的過(guò)程。高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-2310冷拉伸微觀機(jī)理分析圖球晶內(nèi)部晶片拉伸變化示意圖 高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-2311高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-2312(a) (a) 溫度的影響溫度的影響a: TTb0C脆斷-硬而脆 c: TTg5070C韌斷-硬而韌d: TTg70C無(wú)屈服-軟而韌b: T

4、bTTg050C屈服后斷-硬而強(qiáng)PVC試樣溫度范圍拉伸特性T高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-2313速度高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-2314a: 硬而脆性材料 PS、PMMA、酚醛樹(shù)脂 c: 硬而韌性材料尼龍、聚甲醛、聚碳酸酯、聚酰亞胺 b: 硬而強(qiáng)性材料硬質(zhì)PVC、芳香尼龍、高分子量PS d: 軟而韌材料硫化橡膠、軟質(zhì)PVC高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-2315n 屈服的形式屈服的形式n銀紋屈服n剪切屈服屈服點(diǎn)高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-2316n 銀紋化現(xiàn)象銀紋化現(xiàn)象n許多聚合物，尤其是玻璃態(tài)透明聚合物如PS、PMMA、PC等，在存儲(chǔ)及使用過(guò)程中，由于應(yīng)力和環(huán)境因素的影響，表面往

5、往會(huì)出現(xiàn)一些微裂紋。有這些裂紋的平面能強(qiáng)烈反射可見(jiàn)光，形成銀色的閃光，故稱為銀紋銀紋，相應(yīng)的開(kāi)裂現(xiàn)象稱為銀紋化現(xiàn)象銀紋化現(xiàn)象。PSPMMA高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-2317產(chǎn)生銀紋的原因產(chǎn)生銀紋的原因n力學(xué)因素（拉應(yīng)力、彎應(yīng)力）n環(huán)境因素（與某些化學(xué)物質(zhì)相接觸）n 銀紋和裂縫的區(qū)別銀紋和裂縫的區(qū)別n裂縫是宏觀開(kāi)裂，內(nèi)部質(zhì)量為零；而銀紋內(nèi)部有物質(zhì)填充著，質(zhì)量不等于零，該物質(zhì)稱銀紋質(zhì)，是由高度取向的聚合物纖維束構(gòu)成。n銀紋具有可逆性，在壓應(yīng)力下或在Tg以上溫度退火處理，銀紋會(huì)回縮或消失，材料重新回復(fù)光學(xué)均一狀態(tài)。高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-2318F銀紋質(zhì)（微纖）銀紋質(zhì)（微纖）平行于平行

6、于外力外力方向，方向，銀紋長(zhǎng)度方向銀紋長(zhǎng)度方向與與外力外力垂直。垂直。高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-2319n 剪切屈服帶的形成剪切屈服帶的形成n在最大剪應(yīng)力平面上由于應(yīng)變軟化引起分子鏈滑動(dòng)形成剪切應(yīng)變的薄層。FPC高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-2320形變大，幾十幾百%小 10%曲線特征有明顯的屈服點(diǎn)無(wú)明顯的屈服點(diǎn)體積體積不變體積增加力剪切力張應(yīng)力結(jié)果冷拉裂縫高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-2321高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-2322脆性斷裂屈服前斷裂無(wú)塑性流動(dòng)表面光滑韌性斷裂屈服后斷裂有塑性流動(dòng)表面粗糙脆性斷裂脆性斷裂韌性斷裂韌性斷裂高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-2323脆性斷裂

7、和韌性斷裂表面脆性斷裂和韌性斷裂表面 PSPS試樣脆性斷裂表面的電鏡照片試樣脆性斷裂表面的電鏡照片 增韌改性增韌改性PVCPVC韌性斷裂表面的電韌性斷裂表面的電鏡照片鏡照片 高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-2324高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-23253.3 高分子材料的強(qiáng)度高分子材料的強(qiáng)度高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-2326高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-2327高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-2328強(qiáng)度強(qiáng)度高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-23292）溫度與形變速率的影響）溫度與形變速率的影響高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-2330高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-2331Carbon fiber高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-2332橡膠拉伸強(qiáng)度 / MPa增強(qiáng)倍數(shù)純膠含炭黑橡膠非結(jié)晶型硅橡膠0.3413.740丁苯橡膠1.9619.010丁腈橡膠1