物理性能期末復(fù)習(xí)

1、材料材料 金屬金屬 陶瓷陶瓷 高分子高分子 靜態(tài)拉伸、斷裂、疲勞靜態(tài)拉伸、斷裂、疲勞 微觀結(jié)構(gòu)的變化微觀結(jié)構(gòu)的變化 低碳鋼拉伸試驗(yàn)低碳鋼拉伸試驗(yàn) 彈性彈性 變形變形 屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) 不均不均 勻屈勻屈 服塑服塑 性變性變 形形 均勻均勻 屈服屈服 塑性塑性 變形變形 縮頸縮頸 斷裂斷裂 那些具體物理性能那些具體物理性能 E 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 彈性極限彈性極限 斷裂強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度 斷裂伸長(zhǎng)率斷裂伸長(zhǎng)率 虎克定律 泊松比，是材料橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值泊松比，是材料橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值 的絕對(duì)值的絕對(duì)值 屈服、屈服點(diǎn)、屈服強(qiáng)度屈服、屈服點(diǎn)、屈服強(qiáng)度 塑性的意義塑性的意義 韌性斷裂和脆性斷裂韌性斷裂

2、和脆性斷裂 韌性斷裂：韌性斷裂：金屬斷裂前產(chǎn)生明顯的金屬斷裂前產(chǎn)生明顯的宏觀塑性變形宏觀塑性變形的斷裂，的斷裂， 有一個(gè)緩慢的撕裂過(guò)程，在裂紋擴(kuò)展過(guò)程中不斷消耗能量。有一個(gè)緩慢的撕裂過(guò)程，在裂紋擴(kuò)展過(guò)程中不斷消耗能量。 u脆性斷裂脆性斷裂：突然發(fā)生斷裂，基本上不發(fā)生塑性變形，突然發(fā)生斷裂，基本上不發(fā)生塑性變形， 沒(méi)有明顯征兆，因此危害性很大。沒(méi)有明顯征兆，因此危害性很大。 值越大，表示應(yīng)力狀態(tài)越值越大，表示應(yīng)力狀態(tài)越“軟軟”，金屬越易于，金屬越易于 產(chǎn)生塑性變形和韌性斷裂。產(chǎn)生塑性變形和韌性斷裂。 值越小，表示應(yīng)力值越小，表示應(yīng)力 狀態(tài)越狀態(tài)越“硬硬”，金屬越不易于產(chǎn)生塑性變形而易，金屬越不易

3、于產(chǎn)生塑性變形而易 于產(chǎn)生于產(chǎn)生脆性斷裂脆性斷裂。 拉伸時(shí)塑性很好的材料，在壓縮時(shí)只發(fā)生壓拉伸時(shí)塑性很好的材料，在壓縮時(shí)只發(fā)生壓 縮變形而不斷裂?？s變形而不斷裂。 為什么用反映塑性大小反映塑性大小 彎曲彎曲 彎曲彎曲 缺口試樣靜載荷試驗(yàn)缺口試樣靜載荷試驗(yàn) 缺口根部產(chǎn)生缺口根部產(chǎn)生應(yīng)力集中應(yīng)力集中， 同時(shí)缺口截面上的應(yīng)力同時(shí)缺口截面上的應(yīng)力 分布發(fā)生改變。分布發(fā)生改變。 缺口效應(yīng)缺口效應(yīng) F F 理論應(yīng)力集中系數(shù)理論應(yīng)力集中系數(shù)Kt 由于由于裂紋裂紋破壞了材料的破壞了材料的均勻連續(xù)性均勻連續(xù)性，改變了材料內(nèi)，改變了材料內(nèi) 部應(yīng)力狀態(tài)和部應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力應(yīng)力分布，所以機(jī)件的結(jié)構(gòu)性能就不分布，所以機(jī)件

4、的結(jié)構(gòu)性能就不 再相似于無(wú)裂紋的試樣性能，傳統(tǒng)的力學(xué)強(qiáng)度理論再相似于無(wú)裂紋的試樣性能，傳統(tǒng)的力學(xué)強(qiáng)度理論 就不再適用。就不再適用。 斷裂力學(xué)斷裂力學(xué)就是在這種背景下發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新型斷就是在這種背景下發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新型斷 裂強(qiáng)度科學(xué)，是在承認(rèn)機(jī)件存在裂強(qiáng)度科學(xué)，是在承認(rèn)機(jī)件存在宏觀裂紋的前提宏觀裂紋的前提下，下， 建立了裂紋擴(kuò)展的各種新的力學(xué)參量，并提出了含建立了裂紋擴(kuò)展的各種新的力學(xué)參量，并提出了含 裂紋體的裂紋體的斷裂判據(jù)和材料斷裂韌度斷裂判據(jù)和材料斷裂韌度。 斷裂韌性斷裂韌性 裂紋包括：裂紋的萌生和發(fā)展裂紋包括：裂紋的萌生和發(fā)展 o 應(yīng)力應(yīng)變分析方法：應(yīng)力應(yīng)變分析方法：考慮考慮裂紋尖端附

5、近裂紋尖端附近的的 應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度，得到相應(yīng)的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度，得到相應(yīng)的斷裂斷裂K判據(jù)判據(jù)。 (2) 能量分析方法：能量分析方法：考慮裂紋擴(kuò)展時(shí)系統(tǒng)能量考慮裂紋擴(kuò)展時(shí)系統(tǒng)能量 的變化，建立的變化，建立能量轉(zhuǎn)化平衡方程能量轉(zhuǎn)化平衡方程，得到相，得到相 應(yīng)的應(yīng)的斷裂斷裂G判據(jù)判據(jù)。 線(xiàn)彈性條件下金屬斷裂韌度線(xiàn)彈性條件下金屬斷裂韌度 分析裂紋體斷裂問(wèn)題的方法：分析裂紋體斷裂問(wèn)題的方法： 裂紋擴(kuò)展能量釋放率裂紋擴(kuò)展能量釋放率GI及斷裂韌度及斷裂韌度GIC 防止應(yīng)力腐蝕的措施防止應(yīng)力腐蝕的措施 合理選擇金屬材料合理選擇金屬材料 減少或消除機(jī)件中的殘余拉應(yīng)力減少或消除機(jī)件中的殘余拉應(yīng)力 改善化學(xué)介質(zhì)改善化學(xué)介質(zhì)

6、采用電化學(xué)保護(hù)采用電化學(xué)保護(hù) 選用合適的合金材料。選用合適的合金材料。 將構(gòu)件所承受的應(yīng)力降低到臨界應(yīng)力以下將構(gòu)件所承受的應(yīng)力降低到臨界應(yīng)力以下 加更活潑的金屬，高分子涂料加更活潑的金屬，高分子涂料 斷裂方式不同：斷裂方式不同： 室溫室溫 高溫高溫 1. 靜載荷靜載荷 位錯(cuò)塞積位錯(cuò)塞積 脆性解理脆性解理 蠕變?nèi)渥?穿晶、沿晶穿晶、沿晶 2. 循環(huán)載荷循環(huán)載荷 疲勞疲勞 穿晶穿晶 疲勞、蠕變疲勞、蠕變 穿晶、沿晶混合穿晶、沿晶混合 環(huán)境影響：環(huán)境影響： 影響不大影響不大 高溫氧化高溫氧化 金屬的高溫力學(xué)性能金屬的高溫力學(xué)性能 一一. . 磨損的概念磨損的概念 磨損是摩擦的結(jié)果！磨損是摩擦的結(jié)果！

7、 二二. . 磨損的特點(diǎn)磨損的特點(diǎn) 材料表面發(fā)生材料表面發(fā)生微觀變形與斷裂微觀變形與斷裂 變形與斷裂反復(fù)發(fā)生的變形與斷裂反復(fù)發(fā)生的動(dòng)態(tài)過(guò)程動(dòng)態(tài)過(guò)程 受受諸多因素諸多因素的影響的影響 三三. . 磨損曲線(xiàn)磨損曲線(xiàn) 磨損曲線(xiàn)磨損曲線(xiàn) 磨損的類(lèi)型磨損的類(lèi)型 磨損的類(lèi)型磨損的類(lèi)型 改善方法改善方法 六六. . 粘著磨損粘著磨損 改善方法改善方法 六六. . 粘著磨損粘著磨損 陶瓷材料的塑性變形陶瓷材料的塑性變形 （1 1）室溫下，大多數(shù)陶瓷塑性變形極小。）室溫下，大多數(shù)陶瓷塑性變形極小。 （2 2）10001000以上，大多數(shù)陶瓷可發(fā)生塑性變形（主滑以上，大多數(shù)陶瓷可發(fā)生塑性變形（主滑 移系運(yùn)動(dòng)）。移

8、系運(yùn)動(dòng)）。 實(shí)際強(qiáng)度遠(yuǎn)小于理論強(qiáng)度的原因?qū)嶋H強(qiáng)度遠(yuǎn)小于理論強(qiáng)度的原因 引起陶瓷實(shí)際抗拉強(qiáng)度較低的原因是陶瓷中因工引起陶瓷實(shí)際抗拉強(qiáng)度較低的原因是陶瓷中因工 藝缺陷導(dǎo)致的藝缺陷導(dǎo)致的微裂紋微裂紋，在裂紋尖端引起很高的應(yīng)，在裂紋尖端引起很高的應(yīng) 力集中，裂紋尖端之最大應(yīng)力可達(dá)到理論斷裂強(qiáng)力集中，裂紋尖端之最大應(yīng)力可達(dá)到理論斷裂強(qiáng) 度。因而使陶瓷晶體的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于理論度。因而使陶瓷晶體的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于理論 屈服強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度。 抗壓強(qiáng)度大于抗拉強(qiáng)度的原因抗壓強(qiáng)度大于抗拉強(qiáng)度的原因 由于陶瓷中總是存在微裂紋，拉伸時(shí)當(dāng)裂紋一達(dá)到由于陶瓷中總是存在微裂紋，拉伸時(shí)當(dāng)裂紋一達(dá)到 臨界尺寸就失穩(wěn)擴(kuò)展立即斷裂，

9、而壓縮時(shí)裂紋或閉合臨界尺寸就失穩(wěn)擴(kuò)展立即斷裂，而壓縮時(shí)裂紋或閉合 或呈穩(wěn)態(tài)緩慢擴(kuò)展，使壓縮強(qiáng)度提高?；虺史€(wěn)態(tài)緩慢擴(kuò)展，使壓縮強(qiáng)度提高。 陶瓷材料的增韌 （細(xì)密、純、勻，減少應(yīng)力集中）（細(xì)密、純、勻，減少應(yīng)力集中） （1）改善顯微結(jié)構(gòu)）改善顯微結(jié)構(gòu) （2）相變?cè)鲰g）相變?cè)鲰g （3）微裂紋增韌）微裂紋增韌 當(dāng)主裂紋遇到微裂紋時(shí)，發(fā)生分叉轉(zhuǎn)向前進(jìn)，增當(dāng)主裂紋遇到微裂紋時(shí)，發(fā)生分叉轉(zhuǎn)向前進(jìn)，增 加擴(kuò)展過(guò)程中的表面能；并松弛主裂紋尖端的應(yīng)加擴(kuò)展過(guò)程中的表面能；并松弛主裂紋尖端的應(yīng) 力集中，減慢裂紋擴(kuò)展速度。力集中，減慢裂紋擴(kuò)展速度。 陶瓷的抗熱震性（熱沖擊） 材料承受溫度驟變而不破壞的能力。材料承受溫度

10、驟變而不破壞的能力。 在各種熱環(huán)境下引起的熱應(yīng)力，以及與之在各種熱環(huán)境下引起的熱應(yīng)力，以及與之 相應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子是熱震破壞的原因。相應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子是熱震破壞的原因。 由熱震引起的瞬時(shí)斷裂，即熱振斷裂。由熱震引起的瞬時(shí)斷裂，即熱振斷裂。 高分子材料相對(duì)于金屬，陶瓷材料的高分子材料相對(duì)于金屬，陶瓷材料的優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)是是 什么？什么？ 原因：原因：1. 種類(lèi)繁多；種類(lèi)繁多；2. 制造加工便利、質(zhì)輕、制造加工便利、質(zhì)輕、 耐化學(xué)腐蝕，耐化學(xué)腐蝕，3. 還因?yàn)樗哂休^高的力學(xué)強(qiáng)還因?yàn)樗哂休^高的力學(xué)強(qiáng) 度和韌性。度和韌性。 塑料塑料 橡膠橡膠 纖維纖維 塑料的彈性模量介于橡膠和纖塑料的彈性模量介于橡膠和

11、纖 維之間，約維之間，約107108Pa；受力形受力形 變可達(dá)百分之幾至幾百。變可達(dá)百分之幾至幾百。 室溫彈性高；形變大（可達(dá)室溫彈性高；形變大（可達(dá)1000%1000%），）， 外力去除后，能迅速恢復(fù)原狀；彈性模外力去除后，能迅速恢復(fù)原狀；彈性模 量小，約量小，約10105 510104 4PaPa。 彈性模量較大，約彈性模量較大，約1091010Pa。形變。形變 小，機(jī)械性能隨溫度變化不大小，機(jī)械性能隨溫度變化不大 y -y -屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) e-e-彈性極限點(diǎn)彈性極限點(diǎn) 冷拉冷拉 應(yīng)變軟化應(yīng)變軟化 應(yīng)變硬化應(yīng)變硬化 e b y e b y p-比例極限比例極限 p p b -b -斷裂點(diǎn)斷

12、裂點(diǎn) p-比例極限比例極限 線(xiàn)型非晶態(tài)高聚物的應(yīng)力線(xiàn)型非晶態(tài)高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)應(yīng)變曲線(xiàn) 拉伸過(guò)程高分子鏈的三種運(yùn)動(dòng)情況：拉伸過(guò)程高分子鏈的三種運(yùn)動(dòng)情況： 彈性形變（開(kāi)始彈性形變（開(kāi)始e e點(diǎn)）點(diǎn)） 強(qiáng)迫高彈形變強(qiáng)迫高彈形變 塑性變形塑性變形 塑性變形塑性變形 是微觀結(jié)構(gòu)的相鄰部分產(chǎn)生永久性位移，而不引起是微觀結(jié)構(gòu)的相鄰部分產(chǎn)生永久性位移，而不引起 材料斷裂的現(xiàn)象。材料斷裂的現(xiàn)象。塑性變形是一種不可逆變形塑性變形是一種不可逆變形. . 塑性變形主要是由于塑性變形主要是由于切應(yīng)力切應(yīng)力引起的。材料塑性變形引起的。材料塑性變形 過(guò)程中仍然保留著彈性變形，所以整個(gè)變形過(guò)程是過(guò)程中仍然保留著彈性變形

13、，所以整個(gè)變形過(guò)程是 彈性加塑性變形過(guò)程，可稱(chēng)為彈塑性變形。彈性加塑性變形過(guò)程，可稱(chēng)為彈塑性變形。 結(jié)晶態(tài)高分子材料結(jié)晶態(tài)高分子材料: : 塑變機(jī)制：塑變機(jī)制： 塑性變形是由薄晶塑性變形是由薄晶 轉(zhuǎn)變?yōu)檠貞?yīng)力方向排列轉(zhuǎn)變?yōu)檠貞?yīng)力方向排列 的微纖維束的過(guò)程的微纖維束的過(guò)程 非晶態(tài)高分子材料非晶態(tài)高分子材料： 塑變機(jī)制：在正應(yīng)力作用下形成銀紋和塑變機(jī)制：在正應(yīng)力作用下形成銀紋和切應(yīng)力作用切應(yīng)力作用 下無(wú)取向分子鏈局部轉(zhuǎn)變?yōu)榕帕械睦w維束下無(wú)取向分子鏈局部轉(zhuǎn)變?yōu)榕帕械睦w維束 冷拉和成頸冷拉和成頸 玻璃態(tài)高聚物在玻璃態(tài)高聚物在TbTg之間之間 部分結(jié)晶高聚物在部分結(jié)晶高聚物在TbTm之間之間 玻璃態(tài)高聚

14、物的玻璃態(tài)高聚物的強(qiáng)迫強(qiáng)迫高彈形變高彈形變 對(duì)于玻璃態(tài)高聚物，當(dāng)環(huán)境溫度處于對(duì)于玻璃態(tài)高聚物，當(dāng)環(huán)境溫度處于 Tb T Tg時(shí)，雖然材料處于玻璃態(tài)，鏈段凍結(jié)，但在時(shí)，雖然材料處于玻璃態(tài)，鏈段凍結(jié)，但在 恰當(dāng)速率下拉伸，材料仍能發(fā)生百分之幾百的大恰當(dāng)速率下拉伸，材料仍能發(fā)生百分之幾百的大 變形（參見(jiàn)圖中變形（參見(jiàn)圖中T = 80，60的情形），這種的情形），這種 變形稱(chēng)強(qiáng)迫高彈形變。變形稱(chēng)強(qiáng)迫高彈形變。 （2 2）強(qiáng)迫高彈形變的本質(zhì)是在高應(yīng)力下，原來(lái)）強(qiáng)迫高彈形變的本質(zhì)是在高應(yīng)力下，原來(lái)卷曲卷曲的分子鏈的分子鏈 段段被強(qiáng)迫被強(qiáng)迫發(fā)生運(yùn)動(dòng)、伸展，發(fā)生大變形，如同處于高彈態(tài)的發(fā)生運(yùn)動(dòng)、伸展，發(fā)生大變

15、形，如同處于高彈態(tài)的 情形。這種強(qiáng)迫高彈形變?cè)谕饬Τ废?，通過(guò)適當(dāng)升溫（情形。這種強(qiáng)迫高彈形變?cè)谕饬Τ废螅ㄟ^(guò)適當(dāng)升溫（T T T Tg g）仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)。）仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)。 （1 1）既）既不同于不同于高彈態(tài)下的高彈形變，也高彈態(tài)下的高彈形變，也不同于不同于粘流態(tài)下的粘流態(tài)下的 粘性流動(dòng)，是一種獨(dú)特的力學(xué)行為。粘性流動(dòng)，是一種獨(dú)特的力學(xué)行為。 （3 3）強(qiáng)迫高彈形變能夠產(chǎn)生，說(shuō)明提高應(yīng)力可以促進(jìn)分子鏈）強(qiáng)迫高彈形變能夠產(chǎn)生，說(shuō)明提高應(yīng)力可以促進(jìn)分子鏈 段在作用力方向上的運(yùn)動(dòng)，如同升高溫度一樣，起到某種段在作用力方向上的運(yùn)動(dòng)，如同升高溫度一樣，起到某種 “活化活化”作用。作用。 l

16、玻璃態(tài)高聚物強(qiáng)迫高彈形變的特點(diǎn)玻璃態(tài)高聚物強(qiáng)迫高彈形變的特點(diǎn) 晶態(tài)高聚物的應(yīng)力晶態(tài)高聚物的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線(xiàn)應(yīng)變曲線(xiàn) 第一階段第一階段OY段：段：出現(xiàn)出現(xiàn)“細(xì)細(xì) 頸頸”。 第二階段，第二階段，細(xì)頸的發(fā)展階段。細(xì)頸的發(fā)展階段。 第三階段（第三階段（DB）：）：成頸變細(xì)成頸變細(xì) 的試樣重新被均勻拉伸，直的試樣重新被均勻拉伸，直 到斷裂點(diǎn)到斷裂點(diǎn)B。 第二階段是由于應(yīng)力增加到第二階段是由于應(yīng)力增加到C點(diǎn)時(shí)足已點(diǎn)時(shí)足已克服其晶格能克服其晶格能，結(jié)晶，結(jié)晶 發(fā)生發(fā)生熔融熔融，鏈段開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，并沿外力方向，鏈段開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，并沿外力方向取向取向。如果在此溫。如果在此溫 度下，聚合物度下，聚合物結(jié)晶結(jié)晶速率足夠大

17、，則沿外力方向取向后鏈段能速率足夠大，則沿外力方向取向后鏈段能 重新排入晶格而重新結(jié)晶；如果結(jié)晶速度太低，則會(huì)成為重新排入晶格而重新結(jié)晶；如果結(jié)晶速度太低，則會(huì)成為 非晶態(tài)的取向高聚物。由于取向后分子鏈間排列緊密，分子非晶態(tài)的取向高聚物。由于取向后分子鏈間排列緊密，分子 間作用力增大，故強(qiáng)度增大。取向后強(qiáng)度增大，致使試樣不間作用力增大，故強(qiáng)度增大。取向后強(qiáng)度增大，致使試樣不 會(huì)迅速變細(xì)拉斷，而是在細(xì)頸兩端發(fā)展，也就是粗細(xì)交接處會(huì)迅速變細(xì)拉斷，而是在細(xì)頸兩端發(fā)展，也就是粗細(xì)交接處 的分子鏈繼續(xù)取向，直至細(xì)頸發(fā)展完全。此后，必須進(jìn)一步的分子鏈繼續(xù)取向，直至細(xì)頸發(fā)展完全。此后，必須進(jìn)一步 增加應(yīng)力，

18、才能破壞晶格能或克服鏈間作用力，使分子發(fā)生增加應(yīng)力，才能破壞晶格能或克服鏈間作用力，使分子發(fā)生 位移，甚至斷裂，從而導(dǎo)致材料破壞。位移，甚至斷裂，從而導(dǎo)致材料破壞。 熔融熔融- -重結(jié)晶重結(jié)晶 溫度的影響溫度的影響 l非晶態(tài)高聚物不同溫度下的應(yīng)力非晶態(tài)高聚物不同溫度下的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線(xiàn)應(yīng)變曲線(xiàn) 1，2-溫度低于脆性溫度，材料處于硬玻璃溫度低于脆性溫度，材料處于硬玻璃 態(tài)，無(wú)強(qiáng)迫高彈性態(tài)，無(wú)強(qiáng)迫高彈性 3，4，5-溫度處于脆性溫度與玻璃化溫度溫度處于脆性溫度與玻璃化溫度 之間，為軟玻璃態(tài)之間，為軟玻璃態(tài) 6，7，8-溫度處于玻璃化溫度與黏流溫度溫度處于玻璃化溫度與黏流溫度 之間，為高彈態(tài)之間，

19、為高彈態(tài) 9-溫度處于黏流溫度以上，為黏流態(tài)溫度處于黏流溫度以上，為黏流態(tài) 1 2 3 45 6 7 8 9 形變速率的影響形變速率的影響 拉伸速率提高屈服強(qiáng)度上升拉伸速率提高屈服強(qiáng)度上升. . 時(shí)時(shí)- -溫等效原理溫等效原理 高聚物的屈服行為高聚物的屈服行為 脆性斷裂時(shí)，試樣沒(méi)有明顯的變化，斷裂面一般與拉伸方脆性斷裂時(shí)，試樣沒(méi)有明顯的變化，斷裂面一般與拉伸方 向垂直（圖向垂直（圖a），斷裂面很光潔；），斷裂面很光潔； 韌性破壞過(guò)程中，當(dāng)拉伸至屈服點(diǎn)時(shí)，試樣常出現(xiàn)與拉伸韌性破壞過(guò)程中，當(dāng)拉伸至屈服點(diǎn)時(shí)，試樣常出現(xiàn)與拉伸 方向呈約方向呈約45角傾斜的剪切滑移變形帶角傾斜的剪切滑移變形帶 剪切帶為

20、何為剪切帶為何為4545o o 銀紋面之間是由維系兩銀紋面的銀紋質(zhì)銀紋面之間是由維系兩銀紋面的銀紋質(zhì) 高度取向的微纖束和空穴組成的高度取向的微纖束和空穴組成的 l銀紋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)銀紋的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 銀紋是高聚物所特有的一種現(xiàn)象，脆性材料拉伸中的微觀銀紋是高聚物所特有的一種現(xiàn)象，脆性材料拉伸中的微觀 屈服現(xiàn)象主要是銀紋屈服現(xiàn)象主要是銀紋 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 分子鏈結(jié)構(gòu)的影響分子鏈結(jié)構(gòu)的影響 極性基團(tuán)和氫鍵極性基團(tuán)和氫鍵 低壓聚乙烯，聚氯乙烯，尼龍低壓聚乙烯，聚氯乙烯，尼龍 - 拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度 但不能密度過(guò)大，但不能密度

21、過(guò)大， 妨礙鏈段運(yùn)動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫妨礙鏈段運(yùn)動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫 高彈，高彈， 表現(xiàn)為脆性斷裂表現(xiàn)為脆性斷裂 芳雜環(huán)芳雜環(huán) 其強(qiáng)度和模量都比脂肪族高，因此，新穎的工程其強(qiáng)度和模量都比脂肪族高，因此，新穎的工程 塑料大都主鏈含芳雜環(huán)的。塑料大都主鏈含芳雜環(huán)的。 分子鏈的支化程度分子鏈的支化程度（分子間距離）（分子間距離） -作用力減少，拉伸強(qiáng)度低，作用力減少，拉伸強(qiáng)度低， 沖擊強(qiáng)度高沖擊強(qiáng)度高 交聯(lián)度交聯(lián)度提高，橡膠材料的拉提高，橡膠材料的拉 伸模量和強(qiáng)度都大大提高，達(dá)到伸模量和強(qiáng)度都大大提高，達(dá)到 極值強(qiáng)度后，又趨于下降（結(jié)晶極值強(qiáng)度后，又趨于下降（結(jié)晶 取向下降）；斷裂伸長(zhǎng)率則連續(xù)取向下降）；斷

22、裂伸長(zhǎng)率則連續(xù) 下降下降。 交聯(lián)可以提高材料的交聯(lián)可以提高材料的抗蠕變能力抗蠕變能力，也能提高，也能提高斷裂強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度。 對(duì)于玻璃態(tài)聚合物，交聯(lián)對(duì)脆性強(qiáng)度的影響不大；但對(duì)高彈對(duì)于玻璃態(tài)聚合物，交聯(lián)對(duì)脆性強(qiáng)度的影響不大；但對(duì)高彈 態(tài)材料的強(qiáng)度影響很大。態(tài)材料的強(qiáng)度影響很大。 交聯(lián)的影響交聯(lián)的影響 分子量是對(duì)高分子材料力學(xué)性能（包括強(qiáng)度、彈性、韌性）分子量是對(duì)高分子材料力學(xué)性能（包括強(qiáng)度、彈性、韌性） 起起決定性作用決定性作用的結(jié)構(gòu)參數(shù)。的結(jié)構(gòu)參數(shù)。 低分子有機(jī)化合物一般沒(méi)有力學(xué)強(qiáng)度（多為液體），高分子低分子有機(jī)化合物一般沒(méi)有力學(xué)強(qiáng)度（多為液體），高分子 材料要獲得強(qiáng)度，必須具有一定材料要獲得強(qiáng)

23、度，必須具有一定聚合度聚合度，使分子間作用力足夠大，使分子間作用力足夠大 才行。才行。 分子量的影響分子量的影響 超過(guò)最小聚合度，隨分超過(guò)最小聚合度，隨分 子量增大，子量增大，材料強(qiáng)度（材料強(qiáng)度（拉伸拉伸 強(qiáng)度）強(qiáng)度）逐步增大逐步增大。到一定的。到一定的 值，值，拉伸強(qiáng)度變化不大，拉伸強(qiáng)度變化不大，沖沖 擊強(qiáng)度繼續(xù)增大（超高分子擊強(qiáng)度繼續(xù)增大（超高分子 量量PE）。）。 但當(dāng)分子量相當(dāng)大，致但當(dāng)分子量相當(dāng)大，致 使分子間作用力的總和超過(guò)使分子間作用力的總和超過(guò) 了化學(xué)鍵能時(shí)，材料強(qiáng)度主了化學(xué)鍵能時(shí)，材料強(qiáng)度主 要取決于化學(xué)鍵能的大小，要取決于化學(xué)鍵能的大小， 這時(shí)材料強(qiáng)度不再依賴(lài)分子這時(shí)材料強(qiáng)

24、度不再依賴(lài)分子 量而變化。量而變化。 分子量的影響分子量的影響 主要影響因素有主要影響因素有結(jié)晶度、晶粒尺寸和晶體結(jié)構(gòu)結(jié)晶度、晶粒尺寸和晶體結(jié)構(gòu)。 一般影響規(guī)律是：一般影響規(guī)律是： 1 1）隨著）隨著結(jié)晶度結(jié)晶度上升，材料的屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、硬度、彈性上升，材料的屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、硬度、彈性 模量均模量均提高提高，但斷裂伸長(zhǎng)率和韌性，但斷裂伸長(zhǎng)率和韌性下降下降。這是由于結(jié)晶使分子鏈。這是由于結(jié)晶使分子鏈 排列緊密有序，孔隙率低，分子間作用增強(qiáng)所致。然而如果結(jié)晶排列緊密有序，孔隙率低，分子間作用增強(qiáng)所致。然而如果結(jié)晶 度太高，材料將發(fā)脆。度太高，材料將發(fā)脆。 結(jié)晶的影響結(jié)晶的影響 聚乙烯的斷

25、裂性能與結(jié)晶度的關(guān)系聚乙烯的斷裂性能與結(jié)晶度的關(guān)系 結(jié)晶度結(jié)晶度 / 65758595 斷裂強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度 /14.4182540 斷裂伸長(zhǎng)率斷裂伸長(zhǎng)率 / 50030010020 3 3）晶體形態(tài)晶體形態(tài)對(duì)聚合物拉伸強(qiáng)度的影響規(guī)律是，同一聚合對(duì)聚合物拉伸強(qiáng)度的影響規(guī)律是，同一聚合 物，物，伸直鏈晶體的拉伸強(qiáng)度最大，串晶次之，球晶最小伸直鏈晶體的拉伸強(qiáng)度最大，串晶次之，球晶最小。 2 2）晶粒尺寸和晶體結(jié)構(gòu)晶粒尺寸和晶體結(jié)構(gòu) 均勻小球晶均勻小球晶能使材料的強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、模量和韌性得能使材料的強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、模量和韌性得 到到提高提高，而大球晶將使斷裂伸長(zhǎng)和韌性下降，沖擊強(qiáng)度下，而大球晶將使斷裂伸長(zhǎng)

26、和韌性下降，沖擊強(qiáng)度下 降。降。 原因：原因：大量的大量的均勻小球晶均勻小球晶分布在材料內(nèi)，起到類(lèi)似分布在材料內(nèi)，起到類(lèi)似交交 聯(lián)點(diǎn)聯(lián)點(diǎn)作用，使材料應(yīng)力作用，使材料應(yīng)力- -應(yīng)變曲線(xiàn)由軟而弱型轉(zhuǎn)為軟而韌應(yīng)變曲線(xiàn)由軟而弱型轉(zhuǎn)為軟而韌 型，甚至轉(zhuǎn)為有屈服的硬而韌型。型，甚至轉(zhuǎn)為有屈服的硬而韌型。 方法：方法：因此改變結(jié)晶歷史，如采用添加成核劑，如在因此改變結(jié)晶歷史，如采用添加成核劑，如在 聚丙烯中添加草酸酞作為晶種，都有利于均勻小球晶生成，聚丙烯中添加草酸酞作為晶種，都有利于均勻小球晶生成， 從而可以提高材料強(qiáng)度和韌性。從而可以提高材料強(qiáng)度和韌性。 聚丙烯應(yīng)力聚丙烯應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)與球應(yīng)變曲線(xiàn)與球 晶尺寸的關(guān)系晶尺寸的關(guān)系 加工過(guò)程中分子鏈沿一定方向取向，使材料力學(xué)性能加工過(guò)程中分子鏈沿一定方向取向，使材料力學(xué)性能 產(chǎn)生產(chǎn)生各向異性各向異性，在取向方向得到增強(qiáng)。，在取向方向得到增強(qiáng)。 對(duì)于對(duì)于延性、易結(jié)晶材料延性、易結(jié)晶材料，在平行于取向方向的強(qiáng)度、，在平行于取向方向的強(qiáng)度、 模量提高，在垂直于取向方向的強(qiáng)度下降，伸長(zhǎng)率增大。模量提高，在垂直于取向方向的強(qiáng)度下降，伸長(zhǎng)率增大。 取向的影響取向的影響 雙軸取向雙軸取向時(shí)，在該雙軸構(gòu)成的平面內(nèi)，性能不像單軸時(shí)，在該雙軸構(gòu)成的平面內(nèi)