聚合物的應(yīng)力應(yīng)變曲線詳解演示文稿

聚合物的應(yīng)力應(yīng)變曲線詳解演示文稿當前第1頁\共有96頁\編于星期三\10點優(yōu)選聚合物的應(yīng)力應(yīng)變曲線當前第2頁\共有96頁\編于星期三\10點本章內(nèi)容8.1聚合物的塑性和屈服8.1.1應(yīng)力應(yīng)變曲線8.1.2聚合物的屈服8.2高聚物的斷裂和強度8.2.1脆性斷裂與韌性斷裂8.2.2聚合物的強度8.2.3斷裂理論8.2.4影響聚合物強度和韌性的因素------增強與增韌8.2.5疲勞當前第3頁\共有96頁\編于星期三\10點表征材料力學(xué)性能的基本物理量受力方式

簡單拉伸

簡單剪切

均勻壓縮

參數(shù)受力特點外力F是與截面垂直，大小相等，方向相反，作用在同一直線上的兩個力。外力F是與界面平行，大小相等，方向相反的兩個力。材料受到的是圍壓力。FFθFF當前第4頁\共有96頁\編于星期三\10點應(yīng)變張應(yīng)變：

真應(yīng)變：切應(yīng)變：

是偏斜角壓縮應(yīng)變：應(yīng)力張應(yīng)力：真應(yīng)力：切應(yīng)力：壓力P當前第5頁\共有96頁\編于星期三\10點彈性模量楊氏模量：

泊淞比：切變模量：體積模量：柔量拉伸柔量：切變?nèi)崃浚嚎蓧嚎s度：當前第6頁\共有96頁\編于星期三\10點不同材料的泊松比材料名稱泊松比材料名稱泊松比鋅0.21玻璃0.25鋼0.25~0.35石料0.16~0.34銅0.31~0.34聚苯乙系0.33鋁0.32~0.36聚乙烯0.38鉛0.45有機玻璃0.33汞0.50橡膠類0.49~0.50當前第7頁\共有96頁\編于星期三\10點幾種常用的力學(xué)強度拉伸強度

σt=P/bd（最大負荷/截面積)MPa

1

MPa=9.8kg/cm2≈10kg/cm2

彎曲強度

σf=1.5(Pl/bd)MPa沖擊強度

σi=W/bdKgcm/cm2

注意!不同方法測量結(jié)果會有不同當前第8頁\共有96頁\編于星期三\10點常見塑料的拉伸和彎曲強度塑料名稱拉伸強度（MPa）伸長率%拉伸模量（GPa）彎曲強度（MPa）彎曲模量（GPa）聚乙烯22～3960～1500.84～0.9525～401.1～1.4聚苯乙烯35.2～63.312～252.8～3.561.2～98.4ABS塑料16.9～63.310～1400.7～2.925.3～94.93.0有機玻璃49.2～77.32～103.291.4～119聚丙烯33.7～42.2200～7001.2～1.442.2～56.21.2～1.6聚氯乙烯35.2～63.320～402.5～4.270.3～112尼龍6683603.2～3.3100～1102.9～3.0尼龍674～781502.61002.4～2.6尼龍101052～55100～2501.6891.3聚甲醛62～6860～752.891～922.6聚碳酸酯6760～1002.2～2.498～1062.0～3.0聚砜72～8520～1002.5～2.9108～1272.8聚酰亞胺94.568＞1003.2聚苯醚86.5～89.530～802.6～2.898～1372.0～2.1氯化聚醚42.360～1601.170～770.9線性聚酯802002.9117聚四氟乙烯14～25250～3500.411～14當前第9頁\共有96頁\編于星期三\10點聚合物力學(xué)性質(zhì)的特點是已知材料中變性范圍最寬的力學(xué)性質(zhì)。即力學(xué)性質(zhì)的多樣性。例如液體有軟彈性、硬彈性、剛性、脆性、韌性等?？梢詮募冋承越?jīng)粘彈性到純彈性，為應(yīng)用提供了廣闊的選擇余地。例子：1.PS制品很脆，一敲就碎（脆性）2.尼龍制品很堅韌，不易變形，也不易破碎（韌性）3.輕度交聯(lián)的橡膠拉伸時，可伸長好幾倍，力解除后基本恢復(fù)原狀（彈性）4.膠泥變形后，卻完全保持新的形狀（粘性）力學(xué)性對溫度和時間有強烈的信賴性。造成以上特點的原因：歸結(jié)為聚合物的長鏈分子結(jié)構(gòu)。當前第10頁\共有96頁\編于星期三\10點高彈性——高聚物特有

顯示高彈性的溫度范圍(Tg~Tf)分子量溫度范圍(Tg~Tf)增寬

(Tg~Tf)的范圍決定了橡膠的使用溫度范圍當前第11頁\共有96頁\編于星期三\10點粘彈性——力學(xué)行為對溫度和時間有強烈的依賴關(guān)系

為高聚物獨特的力學(xué)行為σ（應(yīng)力）ε（應(yīng)變）在研究高聚物力學(xué)行為T（溫度）時必須同時考慮t（時間）當前第12頁\共有96頁\編于星期三\10點比強度特高

比強度——單位重量材料能承受的最大負荷當前第13頁\共有96頁\編于星期三\10點幾種金屬材料和塑料(增強)的比強度材料名稱比重拉伸強度（MPa）比強度高級合金鋼8.01280160A3鋼7.8540050鋁合金2.8420160鑄鐵7.424032聚乙烯0.953031.6尼龍661.128374.1玻璃增強尼龍661.3～1.598～218143聚酯玻璃鋼1.8290160環(huán)氧玻璃鋼1.73500280玻璃增強聚碳酸酯1.4120～13092.9芳香聚酰胺纖維1.452800~1900聚酯纖維1.381100~800超高分子量聚乙烯纖維0.973500~3400聚苯并噁唑(纖維)1.565800~3700當前第14頁\共有96頁\編于星期三\10點8.1聚合物的塑性和屈服8.1.1應(yīng)力應(yīng)變曲線玻璃態(tài)高聚物的塑性與屈服：小形變的情況大形變的情況研究玻璃態(tài)高聚物大形變常用應(yīng)力-應(yīng)變實驗，判斷高聚物材料的強弱，硬軟，韌脆。當前第15頁\共有96頁\編于星期三\10點1.典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

------以屈服點A為界分成兩部分：

A點以前是彈性區(qū)域，可恢復(fù)原樣。A點以后呈塑性行為，不可恢復(fù)原樣，發(fā)生永久變形，材料屈服。其中：A點為屈服點，對應(yīng)的應(yīng)力和應(yīng)變?yōu)榍?yīng)力和屈服應(yīng)變

AB段叫應(yīng)變軟化

BC段頸縮階段CD段取向硬化D點發(fā)生斷裂，對應(yīng)的應(yīng)力為抗拉強度

當前第16頁\共有96頁\編于星期三\10點應(yīng)力應(yīng)變曲線斷裂點Bpoint:BreakingpointA彈性極限應(yīng)變A彈性極限應(yīng)力B斷裂伸長率B斷裂強度

Y

屈服應(yīng)力屈服點Ypoint:Yieldingpoint彈性極限點Apoint:Pointofelasticlimit當前第17頁\共有96頁\編于星期三\10點

應(yīng)力：σ=F/A0

應(yīng)變：ε=?l/l0

材料的楊氏模量E為應(yīng)力-應(yīng)變曲線起始部分的斜率E=tgа=?σ/?ε當前第18頁\共有96頁\編于星期三\10點應(yīng)力應(yīng)變曲線形變過程分析彈性形變→屈服→應(yīng)變軟化→冷拉→應(yīng)變硬化→斷裂當前第19頁\共有96頁\編于星期三\10點2、外界條件對應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響（1）不同溫度隨溫度的增加應(yīng)力-應(yīng)變曲線的類型從硬而脆的變?yōu)檐浂g的。TTa:T<<Tg脆斷b:T<Tg屈服后斷c:T<Tg幾十度韌斷d:Tg以上無屈服當前第20頁\共有96頁\編于星期三\10點（2）不同拉伸速率速度速度拉伸速率時溫等效原理：拉伸速度快=時間短溫度低當前第21頁\共有96頁\編于星期三\10點（3）物質(zhì)結(jié)構(gòu)組成a:脆性材料c:韌性材料d:橡膠b:半脆性材料酚醛或環(huán)氧樹脂PP,PE,PCPS,PMMANaturerubber,PI當前第22頁\共有96頁\編于星期三\10點(4)結(jié)晶應(yīng)變軟化更明顯冷拉時晶片的傾斜、滑移、轉(zhuǎn)動，形成微晶或微纖束當前第23頁\共有96頁\編于星期三\10點(5)球晶大小當前第24頁\共有96頁\編于星期三\10點(6)結(jié)晶度當前第25頁\共有96頁\編于星期三\10點3.晶態(tài)聚合物的應(yīng)力一應(yīng)變曲線整個曲線可分為三個階段：到y(tǒng)點后，試樣截面開始變得不均勻，出現(xiàn)“細頸”。晶態(tài)聚合物“冷拉”的原因：Tm以下，冷拉：拉伸成頸（球晶中片晶的變形）非晶態(tài)：Tg以下冷拉，只發(fā)生分子鏈的取向晶態(tài)：Tm以下，發(fā)生結(jié)晶的破壞，取向，再結(jié)晶過程，與溫度、應(yīng)變速率、結(jié)晶度、結(jié)晶形態(tài)有關(guān)。當前第26頁\共有96頁\編于星期三\10點玻璃態(tài)聚合物的拉伸與結(jié)晶聚合物的拉伸相似之處：

即兩種拉伸過程均經(jīng)歷彈性變形、屈服、發(fā)展大形變以及應(yīng)變硬化等階段，其中大形變在室溫時都不能自發(fā)回復(fù)，而加熱后則產(chǎn)生回復(fù)，故本質(zhì)上兩種拉伸過程造成的大形變都是高彈形變。該現(xiàn)象通常稱為“冷拉”。兩種拉伸過程又有區(qū)別：即產(chǎn)生冷拉的溫度范圍不同，玻璃態(tài)聚合物的冷拉溫度區(qū)間是Tb到Tg，而結(jié)晶聚合物則為Tg至Tm；另一差別在于玻璃態(tài)聚合物在冷拉過程中聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的變化比晶態(tài)聚合物簡單得多，它只發(fā)生分子鏈的取向，并不發(fā)生相變，而后者尚包含有結(jié)晶的破壞，取向和再結(jié)晶等過程。當前第27頁\共有96頁\編于星期三\10點4、聚合物具有的應(yīng)力-應(yīng)變曲線類型：（1）硬而脆（聚苯乙烯，PMMA等）（2）硬而韌（尼龍等）（3）硬而強（PVC與PS的共混物）（4）軟而韌（橡膠）（5）軟而弱(無規(guī)PP)當前第28頁\共有96頁\編于星期三\10點聚合物力學(xué)類型軟而弱軟而韌硬而脆硬而強硬而韌聚合物應(yīng)力—應(yīng)變曲線

應(yīng)力應(yīng)變曲線特點模量（剛性）低低高高高屈服應(yīng)力（強度）低低高高高極限強度（強度）低

中高高斷裂伸長（延性）中等按屈服應(yīng)力低中高應(yīng)力應(yīng)變曲線下面積（韌性）小中小中大五種不同類型材料的比較當前第29頁\共有96頁\編于星期三\10點例子聚合物力學(xué)類型軟而弱軟而韌硬而脆硬而強硬而韌聚合物應(yīng)力—應(yīng)變曲線

實例聚合物凝膠橡膠.增塑.PVC.PE.PTFEPS.PMMA.固化酚醛樹脂斷裂前無塑性形變斷裂前有銀紋硬PVCABS.PC.PE.PA有明顯的屈服和塑性形變.韌性好當前第30頁\共有96頁\編于星期三\10點8.1.2聚合物的屈服1.高聚物屈服點的特征大多數(shù)高聚物有屈服現(xiàn)象，最明顯的屈服現(xiàn)象是拉伸中出現(xiàn)的細頸現(xiàn)象。它是獨特的力學(xué)行為。并不是所有的高聚物材料都表現(xiàn)出屈服過程，這是由于溫度和時間對高聚物的性能的影響往往掩蓋了屈服行為的普遍性，有的高聚物出現(xiàn)細頸和冷拉，而有的高聚物脆性易斷。當前第31頁\共有96頁\編于星期三\10點關(guān)于細頸現(xiàn)象樣條尺寸：橫截面小的地方應(yīng)變軟化：應(yīng)力集中的地方

出現(xiàn)“細頸”的位置自由體積增加松弛時間變短出現(xiàn)“細頸”的原因無外力有外力

Orientation細頸穩(wěn)定取向硬化

Considère作圖法唯象角度

判據(jù)細頸:屈服時，試樣出現(xiàn)的局部變細的現(xiàn)象。當前第32頁\共有96頁\編于星期三\10點(1)屈服應(yīng)變大：高聚物的屈服應(yīng)變比金屬大得多，金屬0.01左右，高聚物0.2左右（例如PMMA的切變屈服為0.25，壓縮屈服為0.13）(2)屈服過程有應(yīng)變軟化現(xiàn)象：許多高聚物在過屈服點后均有一個應(yīng)力不太大的下降，叫應(yīng)變軟化，這時應(yīng)變增大，應(yīng)力反而下降。當前第33頁\共有96頁\編于星期三\10點(3)屈服應(yīng)力依賴應(yīng)變速率：應(yīng)變速率增大，屈服應(yīng)力增大。應(yīng)變速率對PMMA真應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響應(yīng)變速率增大12341——0.2吋分真應(yīng)變4——1.28吋/分3——1.13吋/分2——0.8吋/分真應(yīng)力當前第34頁\共有96頁\編于星期三\10點(4)屈服應(yīng)力依賴于溫度：溫度升高，屈服應(yīng)力下降。在溫度達到時，屈服應(yīng)力等于0溫度對醋酸纖維素應(yīng)力～應(yīng)變曲線的影響應(yīng)力應(yīng)變80℃65℃50℃25℃0℃－25℃當前第35頁\共有96頁\編于星期三\10點(5)屈服應(yīng)力受流體靜壓力的影響：壓力增大，屈服應(yīng)力增大。1.7千巴1巴0.69千巴3.2千巴切應(yīng)力切應(yīng)變當前第36頁\共有96頁\編于星期三\10點(6)高聚物屈服應(yīng)力不等于壓縮屈服應(yīng)力，一般后者大一些。所以高聚物取向薄膜不同方向上的屈服應(yīng)力差別很大。(7)高聚物在屈服時體積略有縮小。當前第37頁\共有96頁\編于星期三\10點高聚物屈服特征的小結(jié)（1）

屈服應(yīng)變大（2）

應(yīng)變軟化現(xiàn)象（3）

屈服應(yīng)力的應(yīng)變速率依賴性（4）

屈服應(yīng)力的溫度依賴性（5）

流體靜壓力對屈服應(yīng)力有影響（6）高聚物屈服應(yīng)力不等于壓縮屈服應(yīng)力（7）

高聚物在屈服時體積稍有縮小當前第38頁\共有96頁\編于星期三\10點關(guān)于工程應(yīng)力和真應(yīng)力應(yīng)力:

σ=F/A0真應(yīng)力：

σ真=F/AA=A0l0/l=A0/(1+ε)

因為：A<A0

所以：

σ真>σ當前第39頁\共有96頁\編于星期三\10點Considere作圖法（真應(yīng)力-應(yīng)變曲線）(P180)在橫坐標ε=-1處向真應(yīng)力-應(yīng)變曲線作切線就是表觀屈服點，有：dσ真/dε=σ真/(1+ε)=σ真/λ

這種以真應(yīng)力作圖求表觀屈服點的方法就是Considere作圖法。Y點在真應(yīng)力-應(yīng)變曲線上確定與工程應(yīng)力-應(yīng)變屈服點Y所對應(yīng)的B點。當前第40頁\共有96頁\編于星期三\10點2.真應(yīng)力-應(yīng)變曲線及屈服判據(jù)三種類型DE012301230123由無法作切線，不能成頸由可作兩條切線，有兩個點滿足屈服條件，D點時屈服點，E點開始冷拉由可作一條切線，曲線上有一個點滿足，此點為屈服點，在此點高聚物成頸當前第41頁\共有96頁\編于星期三\10點屈服判據(jù)應(yīng)力一般包括3個正應(yīng)力3個切應(yīng)力的6個分量組成：f=(σxx,σyy,σzz,σxy,σyz,σzx)而不同的應(yīng)力狀態(tài)又對應(yīng)不同的應(yīng)力分量組合，在組合應(yīng)力條件材料的屈服條件稱為屈服判據(jù)。屈服判據(jù)的理論：最大切應(yīng)力理論（Tresca判據(jù)）最大變形能理論（VonMises判據(jù)）雙參數(shù)屈服判據(jù)理論（Coulomb,Mohr判據(jù)）當前第42頁\共有96頁\編于星期三\10點3.屈服機理(1)銀紋屈服---銀紋現(xiàn)象與應(yīng)力發(fā)白I.銀紋現(xiàn)象：

很多高聚物，尤其是玻璃態(tài)透明高聚物（PS、MMA、PC）在儲存過程及使用過程中，往往會在表面出現(xiàn)像陶瓷的那樣，肉眼可見的微細的裂紋，這些裂紋，由于可以強烈地反射可見光看上去是閃亮的，所以又稱為銀紋crageFF當前第43頁\共有96頁\編于星期三\10點產(chǎn)生銀紋的原因：a.是高聚物受到張應(yīng)力作用時，在材料某些薄弱環(huán)節(jié)上應(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)垂直于應(yīng)力方向的微細凹槽或“裂紋”的現(xiàn)象b.環(huán)境因素也會促進銀紋產(chǎn)生，化學(xué)物質(zhì)擴散到高聚物中，使微觀表面溶脹或增塑，增加分子鏈段的活動性，玻璃化溫度下降促進銀紋產(chǎn)生，另外，試樣表面的缺陷和擦傷處也易產(chǎn)生銀紋，或起始于試樣內(nèi)部空穴或夾雜物的邊界處，這些缺陷造成應(yīng)力集中，有利于銀紋產(chǎn)生當前第44頁\共有96頁\編于星期三\10點銀紋定義：銀紋現(xiàn)象為聚合物所特有，是聚合物在張應(yīng)力作用下，于材料的某些薄弱部分出現(xiàn)應(yīng)力集中而產(chǎn)生局部的塑性形變的取向，以至在材料表面或內(nèi)部垂直于應(yīng)力方向上出現(xiàn)長度為100μm，寬度為10μm左右，厚度為1μm的微細凹槽。銀紋特征：應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象，密度為本體的50％，高度取向的高分子微纖。銀紋進一步發(fā)展→裂縫→脆性斷裂。當前第45頁\共有96頁\編于星期三\10點銀紋現(xiàn)象：含有約50%體積的空穴裂紋：是空的，里面無高聚物銀紋的特點：（1）銀紋仍有強度（2）銀紋的平面垂直于產(chǎn)生銀紋的張應(yīng)力。當前第46頁\共有96頁\編于星期三\10點II.應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象：橡膠改性的PS：HIPS或ABS在受到破壞時，其應(yīng)力面變成乳白色，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在于銀紋帶的大小和多少，應(yīng)力發(fā)白是由大量尺寸非常小的銀紋聚集而成。當前第47頁\共有96頁\編于星期三\10點(2)剪切屈服（剪切帶）現(xiàn)象：韌性高聚物在拉伸至屈服點時，?？梢娫嚇由铣霈F(xiàn)與拉伸方向成45°角的剪切滑移變形帶。

對韌性材料來說，拉伸時45°斜截面上的最大切應(yīng)力首先達到材料的剪切強度，所以首先出現(xiàn)與拉伸方向成45

°的剪切滑移變形帶---細頸。因為變形帶中分子鏈的取向度高，故變形逐步向整個試樣擴展。剪切帶的結(jié)構(gòu)形態(tài)當前第48頁\共有96頁\編于星期三\10點通常，韌性材料最大切應(yīng)力首先達到抗剪強度，所以材料先屈服。脆性材料最大切應(yīng)力達到抗剪強度之前，真應(yīng)力已超過材料強度，所以材料來不及屈服就已斷裂。因此韌性材料---斷面粗糙---明顯變形脆性材料---斷面光滑---斷面與拉伸方向垂直定義：韌性聚合物單軸拉伸至屈服點時，可看到與拉伸方向成45°的剪切滑移變形帶，有明顯的雙折射現(xiàn)象，分子鏈高度取向，剪切帶厚度約1μm左右，每個剪切帶又由若干個細小的不規(guī)則微纖構(gòu)成。當前第49頁\共有96頁\編于星期三\10點電鏡（SEM）下的剪切帶圖片當前第50頁\共有96頁\編于星期三\10點巖石山體的剪切帶當前第51頁\共有96頁\編于星期三\10點共性：銀紋和剪切帶均有分子鏈取向，

吸收能量，呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象注意：一般情況下，材料既有銀紋屈服又有剪切屈服主要區(qū)別剪切屈服銀紋屈服形變形變大幾十~幾百%形變小<10%曲線特征有明顯的屈服點無明顯的屈服點體積體積不變體積增加力剪切力張應(yīng)力結(jié)果冷拉裂縫當前第52頁\共有96頁\編于星期三\10點細頸、剪切帶和銀紋比較主要區(qū)別細頸、剪切帶銀紋形變量形變量大10~100%形變量小<10%曲線特征有明顯的屈服點無明顯的屈服點體積體積幾乎不變體積增加主要相同點能量吸收能量吸收能量當前第53頁\共有96頁\編于星期三\10點如何區(qū)分斷裂形式？------關(guān)鍵看屈服：屈服前斷裂為脆性斷裂屈服后斷裂為韌性斷裂8.2高聚物的斷裂和強度強度是指物質(zhì)抵抗破壞的能力張應(yīng)力拉伸強度彎曲力矩抗彎強度壓應(yīng)力壓縮強度拉伸模量彎曲模量硬度當前第54頁\共有96頁\編于星期三\10點8.2.1脆性斷裂與韌性斷裂試樣發(fā)生脆性或者韌性斷裂的影響因素：（1）與材料的組成有關(guān)（內(nèi)因）（2）與拉伸溫度與拉伸速度有關(guān)（外因）脆性斷裂屈服前斷裂無塑性流動表面光滑張應(yīng)力分量韌性斷裂屈服后斷裂有塑性流動表面粗糙切應(yīng)力分量當前第55頁\共有96頁\編于星期三\10點高分子材料的內(nèi)在韌性，要在一定的溫度和受力狀態(tài)下方能表現(xiàn)出來，離開這一環(huán)境就表現(xiàn)出脆性。1.判斷材料斷裂的方式a.應(yīng)力-應(yīng)變曲線：發(fā)生屈服之前斷裂，為脆性斷裂；b.斷裂能量：沖擊強度為2KJ/m2為臨界指標。c.試樣斷裂表面的形態(tài)。當前第56頁\共有96頁\編于星期三\10點脆性斷裂與韌性斷裂表面脆性斷裂

韌性斷裂當前第57頁\共有96頁\編于星期三\10點2.脆韌轉(zhuǎn)變溫度Tb(脆化溫度、脆化點)在一定速率下（不同溫度）測定的斷裂應(yīng)力和屈服應(yīng)力，作斷裂應(yīng)力和屈服應(yīng)力隨溫度的變化曲線------其交點對應(yīng)的溫度為脆化溫度Tb當前第58頁\共有96頁\編于星期三\10點3.脆性斷裂和塑性屈服是兩個各自獨立的過程在一定溫度和應(yīng)變速率下，當外加應(yīng)力達到它們之中較低的那個時，就發(fā)生斷裂或者屈服顯然：和曲線的交點應(yīng)該就是脆韌轉(zhuǎn)變點，在高于這點相應(yīng)的溫度時，材料總是韌性的。當前第59頁\共有96頁\編于星期三\10點問題：斷裂應(yīng)力和屈服應(yīng)力誰對溫度更敏感？屈服應(yīng)力比斷裂應(yīng)力對溫度更敏感！當前第60頁\共有96頁\編于星期三\10點問題：斷裂應(yīng)力和屈服應(yīng)力誰對應(yīng)變速率更敏感？屈服應(yīng)力比斷裂應(yīng)力對應(yīng)變速率更敏感！當前第61頁\共有96頁\編于星期三\10點影響高聚物脆韌轉(zhuǎn)變的條件斷裂應(yīng)力受應(yīng)變速率和溫度的影響不大應(yīng)變速率和溫度對屈服應(yīng)力的影響很大：隨溫度的增加而降低，隨應(yīng)變速率的增加而增加聚合物脆韌轉(zhuǎn)變點隨應(yīng)變速率的增加而移向高溫聚合物材料的缺口特別影響材料的脆韌轉(zhuǎn)變------尖銳的缺口可以使聚合物的斷裂從韌性變?yōu)榇嘈援斍暗?2頁\共有96頁\編于星期三\10點脆性斷裂與韌性斷裂的判斷T<Tb,先達到b，脆性斷裂T>Tb,先達到y(tǒng)，韌性斷裂當前第63頁\共有96頁\編于星期三\10點塑料一般的使用溫度范圍？------Tb-TgTb越低聚合物材料的韌性越?好差—T>Tb當前第64頁\共有96頁\編于星期三\10點4.材料的斷裂方式聚合物材料的破壞是高分子主鏈的化學(xué)鍵斷裂、高分子分子間滑脫及分子鏈間相互作用力的破壞。化學(xué)鍵拉斷15000MPa分子間滑脫5000MPa分子間扯離氫鍵500MPa范德華力100MPa理論值當前第65頁\共有96頁\編于星期三\10點通常高分子在斷裂時三種方式兼而有之，通常聚合物的理論斷裂強度在數(shù)千MPa，而實際斷裂強度只有數(shù)十MPa.例：PA，60MPa；PPO，70MPa理論值與實驗結(jié)果相差如此之大的原因：

高分子鏈長度有限樣條存在缺陷應(yīng)力集中當前第66頁\共有96頁\編于星期三\10點含有球形無機粒子的聚合物粘結(jié)劑的電鏡圖片當前第67頁\共有96頁\編于星期三\10點疲勞斷裂的表面電鏡圖片當前第68頁\共有96頁\編于星期三\10點聚合物木層板斷裂表面的電鏡圖片當前第69頁\共有96頁\編于星期三\10點例1：PC聚碳酸酯Tg=150℃Tb=-20℃室溫下PC是否易碎？當前第70頁\共有96頁\編于星期三\10點例2：PMMA聚甲基丙烯酸甲酯Tg=100℃Tb=90℃室溫下PMMA脆性的還是韌性的？當前第71頁\共有96頁\編于星期三\10點極限強度衡量材料抵抗外力破壞的能力的量度，表征了材料的受力極限。8.2.2聚合物的強度拉伸強度：（1）拉伸強度與壓縮強度當前第72頁\共有96頁\編于星期三\10點斷裂伸長率：揚氏模量：當前第73頁\共有96頁\編于星期三\10點（2）彎曲強度彎曲強度：彎曲模量：當前第74頁\共有96頁\編于星期三\10點（3）沖擊強度

沖擊強度：式中W是沖斷試樣所消耗的功。

當前第75頁\共有96頁\編于星期三\10點8.2.3斷裂理論自學(xué)當前第76頁\共有96頁\編于星期三\10點8.2.4影響聚合物強度和韌性的因素

------增強與增韌聚合物的增強------拉伸強度和拉伸模量的增加聚合物的增韌------沖擊強度的增加------沖擊強度是衡量材料韌性的指標沖斷試樣所消耗的功沖斷試樣的厚度和寬度當前第77頁\共有96頁\編于星期三\10點從分子角度來看，聚合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)鍵合力和分子間范德華力和H鍵力，據(jù)此可計算出聚合物的理論強度?；瘜W(xué)鍵拉斷分子間滑脫分子間扯離主要方式化學(xué)鍵斷裂所需力最大分子間扯離所需力最小通過斷裂形式分析：分子之間相互作用大小對強度影響最大當前第78頁\共有96頁\編于星期三\10點1.高分子結(jié)構(gòu)的影響A、高分子的強度來源于主鏈的化學(xué)鍵力和分子之間的作用力，極性↗則強度↗；H鍵↗則也強度↗例：LPPEPVCPA610PA66拉伸強度（kg/cm2）150500600830注解無極性

有極性基團有H鍵H鍵密度大說明：極性基團過密或取代基過大，阻礙鏈段的運動，Tb高，顯脆性，盡管拉伸強度大了，但易發(fā)生脆性斷裂。當前第79頁\共有96頁\編于星期三\10點B、主鏈含芳雜環(huán)的聚合物強度大于脂肪族主鏈的聚合物例：

PCPPO聚芳砜PEPS拉伸強度（kg/cm2）670850720-850220-390350-633注解含芳雜環(huán)不含側(cè)基含芳環(huán)聚芳砜的結(jié)構(gòu)：當前第80頁\共有96頁\編于星期三\10點C、分子鏈支化程度↗分子間距↗分子間作用力↘，會導(dǎo)致抗拉伸強度↘抗沖擊強度↗例：HPPE（LDPE，支化）LPPE（PDPE，線型）拉伸強度160<220-390（kg/cm2）沖擊強度（J/m.24℃,缺口）7850>27-1080當前第81頁\共有96頁\編于星期三\10點D、程度關(guān)聯(lián)可有效的增加分子鏈間的聯(lián)系，拉伸強度和沖擊強度均可提高例：交聯(lián)PE比PE:拉伸強度大一倍沖擊強度大3~4倍當前第82頁\共有96頁\編于星期三\10點E、分子量的影響分子量小時隨M↗拉伸強度和沖擊強度均↗，達到一定分子量（104）以后，拉伸強度不再隨M↗而↗，但沖擊強度仍能隨M↗而↗。例：超高分子量PE（M=4～6×106）比普通PE沖擊強度大三倍，用于制造人造關(guān)節(jié)。當前第83頁\共有96頁\編于星期三\10點2、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的影響（結(jié)晶和取向）A、結(jié)晶度↗，拉伸強度↗、抗彎強度↗、彈性模量↗例PP結(jié)晶度拉伸強度抗彎強度98%34556596.5%32545093.6%290410結(jié)晶度↗太高，沖擊強度↘，材料變脆當前第84頁\共有96頁\編于星期三\10點B、球晶尺寸過大，會使拉伸強度↘，沖擊強度顯著↘例：PP球晶尺寸(μm)拉伸強度斷裂伸長(%)103005001002252520012525微晶PP的沖擊強度>球晶PP當前第85頁\共有96頁\編于星期三\10點C