高聚物的力學(xué)性能下演示文稿

高聚物的力學(xué)性能下演示文稿目前一頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)從試驗(yàn)測得的應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù)可以繪制出應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如下圖所示：應(yīng)力-應(yīng)變曲線示意圖目前二頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)(一）玻璃態(tài)高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線1特征及分析典型的玻璃態(tài)高聚物試樣當(dāng)溫度在Tg以下幾十度的范圍內(nèi)以一定速率被單軸拉伸時(shí)，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線如下圖所示：目前三頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)曲線上A點(diǎn)之前，σ-δ關(guān)系服從虎克定律，所以A點(diǎn)為彈性極限點(diǎn)，Y點(diǎn)稱為屈服點(diǎn)，經(jīng)過此點(diǎn)后，應(yīng)力不再增加，材料仍能繼續(xù)發(fā)生一定的伸長。曲線最后一段表明增加應(yīng)變需要增大應(yīng)力，直至試樣斷裂。B點(diǎn)為斷裂點(diǎn)所謂斷裂能，是指應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積玻璃態(tài)高聚物典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線目前四頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)2影響因素（1）外因—溫度、拉伸速率①溫度溫度不同，同一高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線形狀也不同，如下圖所示：目前五頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)曲線（1）：T＜＜Tg，應(yīng)力隨應(yīng)變成正比地增加，最后，應(yīng)變不到10％就發(fā)生斷裂。曲線（2）：溫度略微升高以后，出現(xiàn)了一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)Y，即屈服點(diǎn)。應(yīng)力在Y點(diǎn)處達(dá)極大值。過了Y點(diǎn)，應(yīng)力降低，應(yīng)變增大，直至試樣斷裂，但總應(yīng)變≤20％(如曲線(2)所示)。玻璃態(tài)高聚物在不同溫度下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線目前六頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)曲線（3）：溫度升至Tg以下幾十度的范圍內(nèi)時(shí)，屈服點(diǎn)之后，試樣在不增加外力或者外力增加不大的情況下，能發(fā)生很大的應(yīng)變，然后應(yīng)力又增加，直至斷裂曲線（4）：溫度升至T＞Tg，試樣進(jìn)入高彈態(tài)，在不大的應(yīng)力下便可發(fā)展高彈形變(呈現(xiàn)一段較長的平臺)，曲線不再出現(xiàn)屈服點(diǎn)，試樣斷裂前，應(yīng)力又出現(xiàn)急劇上升。玻璃態(tài)高聚物在不同溫度下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線目前七頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)T↑，材料變的軟而韌，斷裂強(qiáng)度↓，斷裂伸長率↑；T↓，材料逐步變的硬而脆，斷裂強(qiáng)度↑，斷裂伸長率↓目前八頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)②拉伸速率同一高聚物，在一定溫度，不同拉伸速率下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如下圖所示：不同應(yīng)變速率下的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線（到屈服點(diǎn)為止）所用應(yīng)變速率（mm/min）注明在曲線上目前九頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)隨著拉伸速率的提高，高聚物的屈服應(yīng)力σY和拉伸強(qiáng)度都相應(yīng)提高。所以，拉伸速率↑和T↓對應(yīng)力-應(yīng)變性質(zhì)的影響是等效的。其中，屈服應(yīng)力對應(yīng)變速率具有更大的依賴性。目前十頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)總的來說，拉伸速率對強(qiáng)迫高彈形變的影響為：A.太快：強(qiáng)迫高彈形變來不及發(fā)生或得不到充分發(fā)展B.太慢：可能發(fā)生一部分粘性流動，形變無法恢復(fù)C.適中：產(chǎn)生強(qiáng)迫高彈形變目前十一頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)（2）內(nèi)因—結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)迫高彈性的必要條件是：高聚物具有可運(yùn)動的鏈段。但是，強(qiáng)迫高彈性又不同于一般的高彈性。后者要求高分子鏈柔順性好，而前者則要求高分子鏈不能太柔順。目前十二頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)（二）晶態(tài)高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線典型的末取向晶態(tài)高聚物在單軸拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如下圖所示，它比玻璃態(tài)高聚物的拉伸曲線具有更為明顯的轉(zhuǎn)折，整個(gè)曲線可分為三段：目前十三頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)①拉伸初期，σ↑很快而ε↑很小，σ隨ε線性↑，符合虎克定律，它代表普彈形變②A.達(dá)Y點(diǎn)后進(jìn)入拉伸的第二階段，Y點(diǎn)后，試樣的截面積突然變得不均勻，出現(xiàn)一個(gè)或幾個(gè)“細(xì)頸”。B.細(xì)頸與非細(xì)頸部分的截面積分別維持不變，而細(xì)頸部分不斷擴(kuò)展；非細(xì)頸部分逐漸縮短，直至整個(gè)試樣完全變細(xì)。

結(jié)晶高聚物拉伸過程應(yīng)力-應(yīng)變曲線及試樣外形變化示意圖目前十四頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)C.應(yīng)力幾乎不變而應(yīng)變不斷增加，但總的應(yīng)變值隨高聚物不同而不同。③A.成頸后的試樣重新被均勻拉伸B.須進(jìn)一步增大應(yīng)力，才能使微晶間或者分子間發(fā)生位移，最后導(dǎo)致分子鏈的斷裂以致材料破壞。結(jié)晶高聚物拉伸過程應(yīng)力-應(yīng)變曲線及試樣外形變化示意圖目前十五頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)（三）取向高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線對于已取向的晶態(tài)高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，其特點(diǎn)為：①沿取向方向技伸時(shí)，伸長率極小，不出現(xiàn)細(xì)頸，如前面結(jié)晶高聚物拉伸過程應(yīng)力-應(yīng)變曲線中的第③段直線。②沿垂直于取向方向拉伸時(shí)，其過程與末取向試樣相似，最后得到與原取向垂直的新的取向試樣，伸長率可達(dá)500-800％。目前十六頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)已取向的非晶高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與取向晶態(tài)高聚物相似，也表現(xiàn)出各向異性。其特點(diǎn)為：①沿取向方向拉伸時(shí)，若原來取向程度已較高，則曲線可能不再出現(xiàn)屈服伸長而斷裂。一般說來，沿取向方向的拉伸強(qiáng)度較大。②沿垂直取向方向拉伸時(shí)，若在拉伸過程中分子鏈可再取向，則斷裂伸長率及拉伸強(qiáng)度均較大；若在拉升時(shí)強(qiáng)迫高彈形變不能發(fā)生，則稱脆性斷裂（即在Y點(diǎn)之前斷裂），且強(qiáng)度較低。目前十七頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的類型Typesofstress-straincurve軟－硬：模量強(qiáng)－弱：屈服強(qiáng)度韌－脆：斷裂能目前十八頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)二高聚物的屈服（一）高聚物屈服點(diǎn)的特征①高聚物的屈服應(yīng)變比金屬大得多。②許多高聚物在過了屈服點(diǎn)以后，均有一個(gè)應(yīng)力不大的下降，叫做應(yīng)變軟化。這時(shí)，應(yīng)變增加，應(yīng)力反而下降目前十九頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)③高聚物的屈服應(yīng)力有很大的應(yīng)變速率依賴性，隨應(yīng)變速率的增大而增大④高聚物的屈服應(yīng)力隨T↑而↓，在到達(dá)它們的Tg時(shí)，屈服應(yīng)力降低為零⑤與金屬材料相比，高聚物的屈服應(yīng)力對流體靜壓力非常敏感。該壓力↑，屈服應(yīng)力隨之增大。

目前二十頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)（二）高聚物的屈服機(jī)理兩種可能的屈服形式：A.銀紋屈服B.剪切屈服都表現(xiàn)為不均勻的局部應(yīng)變目前二十一頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)1銀紋屈服（軸向屈服）1）銀紋概述定義：銀紋是在拉伸應(yīng)力作用下高聚物中某些薄弱部位由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生的空化條紋狀形變區(qū)。目前二十二頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)2）銀紋的微結(jié)構(gòu)銀紋的微結(jié)構(gòu)的示意圖如下：目前二十三頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)由示意圖可以看到，銀紋平面垂直于張應(yīng)力，銀紋體中有許多小的空穴，空穴和空穴之間是高分子鏈構(gòu)成的微纖，又稱銀紋質(zhì)。目前二十四頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)3）銀紋的分類A.應(yīng)力銀紋B.環(huán)境銀紋①應(yīng)力銀紋：玻璃態(tài)高聚物在張應(yīng)力作用下，特別是雙軸、三軸拉伸時(shí)，由于其表面缺陷、刻痕和內(nèi)部的小空隙等導(dǎo)致應(yīng)力集中而引發(fā)的銀紋。該種銀紋是有規(guī)則排列的。②環(huán)境銀紋：環(huán)境因素如化學(xué)物質(zhì)等也能促進(jìn)銀紋的產(chǎn)生，稱作環(huán)境銀紋。該種銀紋時(shí)無規(guī)則排列的。目前二十五頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)2剪切屈服1）概述定義：剪切屈服是一種沒有明顯體積變化的形狀扭變。前面討論的銀紋形變卻伴隨著空化過程，具有明顯的體積變化。目前二十六頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)2）分類A.擴(kuò)散剪切屈服B.剪切帶擴(kuò)散剪切屈服是指在整個(gè)受力區(qū)域內(nèi)發(fā)生的大范圍剪切形變。剪切帶是指只發(fā)生在局部帶狀區(qū)域內(nèi)的剪切形變。實(shí)驗(yàn)表明，剪切帶發(fā)生在與拉伸或壓縮方向成45°的截面上。目前二十七頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)目前二十八頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)3銀紋屈服與剪切屈服兩者的區(qū)別目前二十九頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)三高聚物的斷裂與強(qiáng)度（一）高聚物的斷裂1斷裂的概念材料所受的應(yīng)力達(dá)到某個(gè)臨界值時(shí)，材料分裂成兩部分或幾部分，稱為斷裂。2斷裂的形式A.脆性斷裂B.韌性斷裂目前三十頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)從應(yīng)力-應(yīng)變曲線及端口形式對兩者加以區(qū)別：目前三十一頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)目前三十二頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)目前三十三頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)PS試樣脆性斷裂表面的電鏡照片增韌改性PVC韌性斷裂表面的SEM照片

脆性斷裂和韌性斷裂斷口形貌

目前三十四頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)（二）高聚物的強(qiáng)度1強(qiáng)度的概念目前三十五頁\總數(shù)三十七頁\編于二十點(diǎn)2高聚物的理論強(qiáng)度從分子結(jié)構(gòu)的角度來看，高聚物之所以具有抵抗外力破壞的能力，主要靠分子內(nèi)的化學(xué)鍵合力和分子