屈服、斷裂和強(qiáng)度資料

1、高分子材料加工基礎(chǔ)2022-6-232研究內(nèi)容研究內(nèi)容u研究對象研究對象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)大外力的短時作用外力的短時作用后，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)動機(jī)理解釋上述過程從分子運(yùn)動機(jī)理解釋上述過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這種大形變在外力撤消后不回復(fù)，通過適當(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，被凍結(jié)的鏈段鏈段在

3、外力作用下強(qiáng)迫運(yùn)動，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，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，在存儲及使用過程中，由于應(yīng)力和環(huán)境因素的影響，表面往

5、往會出現(xiàn)一些微裂紋。有這些裂紋的平面能強(qiáng)烈反射可見光，形成銀色的閃光，故稱為銀紋銀紋，相應(yīng)的開裂現(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，銀紋長度方向銀紋長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塑性流動表面光滑韌性斷裂屈服后斷裂有塑性流動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