第 7 章聚合物的斷裂和強度

1、第第7章章 聚合物的斷裂和強度聚合物的斷裂和強度1. 聚合物的斷裂模式聚合物的斷裂模式1.1 根據(jù)斷裂前吸收能量的大小根據(jù)斷裂前吸收能量的大小 脆性和韌性斷裂。脆性和韌性斷裂。1.2 根據(jù)受載條件根據(jù)受載條件 直接加載下的斷裂；直接加載下的斷裂； 疲勞斷裂疲勞斷裂材料在一個應力水平低于其材料在一個應力水平低于其 斷裂強度的交變應力作用下，經(jīng)多次循環(huán)斷裂強度的交變應力作用下，經(jīng)多次循環(huán) 作用斷裂；作用斷裂； 蠕變斷裂蠕變斷裂材料在一個低于其斷裂強度材料在一個低于其斷裂強度 的恒定應力的長期作用下發(fā)生斷裂，也稱的恒定應力的長期作用下發(fā)生斷裂，也稱 靜態(tài)疲勞。靜態(tài)疲勞。 環(huán)境應力開裂環(huán)境應力開裂材料

2、在腐蝕性環(huán)境（包括溶材料在腐蝕性環(huán)境（包括溶 劑）和應力的共同作用下發(fā)生開裂。劑）和應力的共同作用下發(fā)生開裂。 磨損磨耗磨損磨耗 一種材料在與另一種材料的摩一種材料在與另一種材料的摩 擦過程中，其表面材料以小顆粒形式斷裂下來。擦過程中，其表面材料以小顆粒形式斷裂下來。2. 聚合物的斷裂過程和斷裂強度聚合物的斷裂過程和斷裂強度 2.1 線型無定型聚合物的斷裂過程（線型無定型聚合物的斷裂過程（TTg） 脆性斷裂脆性斷裂剛性、彈性模量、強度；剛性、彈性模量、強度； 韌性斷裂韌性斷裂應變軟化、冷拉伸、細頸、韌性；應變軟化、冷拉伸、細頸、韌性；應力應力()應變應變屈服點屈服點應變軟化應變軟化應變硬化應變

3、硬化冷拉伸冷拉伸2.3 橡膠的斷裂橡膠的斷裂 在高于在高于Tg時，其應力應變曲線中沒時，其應力應變曲線中沒有屈服點。有屈服點。2.2 晶態(tài)聚合物的斷裂行為晶態(tài)聚合物的斷裂行為2.4 溫度和應變速率對斷裂行為的影響溫度和應變速率對斷裂行為的影響 溫度的影響溫度的影響 應變速率的影響應變速率的影響 應力性質的影響應力性質的影響應力應力()0應變應變()ABCDEFGGG應變速度增加，應變速度增加，溫度降低溫度降低T()TBBy3. 固體聚合物的屈服行為固體聚合物的屈服行為3.1 固體聚合物屈服行為的特點固體聚合物屈服行為的特點屈服后聚合物一般發(fā)生應變軟化，屈服后聚合物一般發(fā)生應變軟化， 屈服應力時

4、的應變較小屈服應力時的應變較小對溫度敏感對溫度敏感當溫度高于玻璃化溫度時，屈服應當溫度高于玻璃化溫度時，屈服應 力很快降為力很快降為0 0結晶聚合物屈服后，可以形成細頸，結晶聚合物屈服后，可以形成細頸， 并發(fā)生相變化并發(fā)生相變化3.2 屈服和冷拉條件屈服和冷拉條件工程應力：工程應力：0fA真實應力：真實應力：fA則：則：假定材料不可壓縮，則：假定材料不可壓縮，則：0 A lA l 0AlAl稱為拉伸比。因此稱為拉伸比。因此屈服應力符合如下條件：屈服應力符合如下條件：010ddfdAd因為：因為：所以：所以：210dddddd因為因為1+，d=d, ,所以：所以：Considere作圖法作圖法應

5、力應力1 0 1 2 0 1 2 3dddd 0 1 2 3 4不發(fā)生屈服不發(fā)生屈服發(fā)生屈服發(fā)生屈服形成細頸形成細頸發(fā)生屈服發(fā)生屈服發(fā)生冷拉伸發(fā)生冷拉伸應變硬化應變硬化4. 固體聚合物的屈服行為固體聚合物的屈服行為聚合物的微觀斷裂機理聚合物的微觀斷裂機理化學鍵斷裂化學鍵斷裂范德華力或范德華力或氫鍵破壞氫鍵破壞分子間滑落分子間滑落4.1 固體聚合物的理論強度固體聚合物的理論強度 聚合物的強度與單位面積上鍵的數(shù)目及聚合物的強度與單位面積上鍵的數(shù)目及鍵的強度有關。此外與氫鍵和分子間范德華鍵的強度有關。此外與氫鍵和分子間范德華力有關。力有關。 理論上計算一個聚乙烯分子鏈斷裂所理論上計算一個聚乙烯分子鏈

6、斷裂所需的力需的力(34)109 N/鍵。鍵。4.2 強度和模量的關系強度和模量的關系02TEr4.3 聚合物材料實際斷裂行為與結構的關系聚合物材料實際斷裂行為與結構的關系BnBAM, By脆脆性性材材料料3, yBy部部分分延延性性材材料料(1)(1)化學本性化學本性3, By完完全全延延性性材材料料(2)(2)分子量分子量(3)(3)結晶和取向結晶和取向5. 聚合物斷裂的裂縫理論聚合物斷裂的裂縫理論032a02(1)ab圓孔圓孔橢圓孔橢圓孔5.1 裂縫的應力集中裂縫的應力集中002cos2t對圓孔形，應力：對圓孔形，應力：對橢圓孔，應力：對橢圓孔，應力：02(1)tab當當ab時，時，00

7、(12)2maa5.2 Griffith斷裂理論斷裂理論2scEa4. 用粘度法測定某一用粘度法測定某一PS試樣的相對分子質量試樣的相對分子質量, ,實驗是在苯溶液中實驗是在苯溶液中30進行的，步驟是先稱進行的，步驟是先稱取取0.1375g試樣，配制成試樣，配制成25mL的的PS苯溶液，苯溶液，用移液管移取用移液管移取10mL10mL此溶液注入黏度計中，測此溶液注入黏度計中，測量出流出時間量出流出時間t1241.6s，然后依次加入苯，然后依次加入苯5mL、5mL、10mL、10mL稀釋，分別測得稀釋，分別測得流出時間流出時間t2=189.7s，t3=166.0s，t4=144.4s，t5=134.2s。最后測得純苯的流出時間最后測得純苯的流出時間t0=106.8s 。從書中查得。從書中查得PS苯體系在苯體系在30時時的的K0.9910-2，a=0.74。試計算試樣的黏。試計算試樣的黏均分子質量。均分子質量。00.0055 /,106.8g mL ts00.1375解：c =，列表如下：25c12/31/21/31/4t241.6189.7166144.4134.2r=t/t02.2621.7761.5541.3521.257SP =r-11.2620.7760.5540.3520.257lnr/c0.8160.8620.8820.9050.915sp/c1.2631.1