聚合物結(jié)構(gòu)及性能備課講稿

第五章

高聚物的力學(xué)(lìxué)性質(zhì)第一頁，共256頁。第五章高聚物的力學(xué)(lìxué)性質(zhì)第一節(jié)概述第二節(jié)高彈性第三節(jié)粘彈性第四節(jié)高聚物的塑性和屈服第五節(jié)高聚物的斷裂(duànliè)和強度第二頁，共256頁。第一節(jié)概述(ɡàishù)1-1力學(xué)性能分類1-2表征(biǎozhēnɡ)力學(xué)性能的基本物理量1-3高聚物力學(xué)性能的特點第三頁，共256頁。1-1力學(xué)性能分類(fēnlèi)力學(xué)性能是高聚物優(yōu)異物理性能的基礎(chǔ)(jīchǔ)形變性能力學(xué)性能斷裂性能第四頁，共256頁。彈性粘彈性非線性粘彈性線性粘彈性高彈性普彈性動態(tài)靜態(tài)粘性Deformation形變性能ElasticityHighelasticityViscosityviscoelasticityLinearviscoelasticityStaticDynamicNon-Linearviscoelasticity應(yīng)力松弛蠕變滯后力學(xué)損耗第五頁，共256頁。斷裂性能韌性強度FractureToughnessStrength第六頁，共256頁。常用(chánɡyònɡ)術(shù)語應(yīng)力（stress）：材料在外力作用下發(fā)生宏觀應(yīng)變時，其內(nèi)部原子或分子間距改變而產(chǎn)生的一種抵抗外力作用的附加內(nèi)力（抵抗外力，試圖(shìtú)使其恢復(fù)到原平衡狀態(tài)力），大小與外力相等，方向相反。定義單位面積上的附加內(nèi)力為應(yīng)力。應(yīng)力的大小用單位面積上所受到的外力大小表示。即：應(yīng)力=F/A應(yīng)變（strain）：在外力作用下，當(dāng)材料不能發(fā)生慣性移動時，它的幾何形狀和尺寸將發(fā)生變化，這種變化稱為應(yīng)變。如單軸拉伸時，試樣長度由原來的l0→l，拉伸應(yīng)變第七頁，共256頁。 常用術(shù)語(shùyǔ)力學(xué)行為：指施加一個外力在材料上，它產(chǎn)生怎樣的形變（響應(yīng)），即應(yīng)力和應(yīng)變之間的響應(yīng)行為形變性能：非極限情況下的力學(xué)行為斷裂性能：極限情況下的力學(xué)行為彈性：對于理想彈性體來講，其彈性形變可用虎克定律來表示，即：應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系，應(yīng)變與時間無關(guān)第八頁，共256頁。粘性：在外力作用下，分子與分子之間發(fā)生位移，理想的粘性流體其流動形變可用牛頓定律來描述：應(yīng)力與應(yīng)變速率成正比。特征：形變隨時間線性增加，且不可逆。普彈性：在大應(yīng)力作用下，只產(chǎn)生小的、線性可逆形變，它是由化學(xué)鍵的鍵長，鍵角變化引起的。與材料的內(nèi)能變化有關(guān)：形變時內(nèi)能增加，形變恢復(fù)時，放出能量，對外做功(zuògōng)（玻璃態(tài)，晶態(tài)，高聚物，金屬，陶瓷均有這種性能），普彈性又稱能彈性。特點：應(yīng)變對應(yīng)力的響應(yīng)是瞬時的。第九頁，共256頁。高彈性：小的應(yīng)力作用下可發(fā)生很大的可逆形變，是由內(nèi)部構(gòu)象熵變引起的，所以(suǒyǐ)也稱熵彈性（橡膠具有高彈性）粘彈性：粘性和彈性的雙重表現(xiàn)稱為粘彈性靜態(tài)力學(xué)性能：在恒應(yīng)力或恒應(yīng)變情況下的力學(xué)行為動態(tài)力學(xué)性能：物體在交變應(yīng)力下的粘彈性行為應(yīng)力松弛：在恒應(yīng)變情況下，應(yīng)力隨時間的變化第十頁，共256頁。蠕變：在恒應(yīng)力下，物體的形變隨時間的變化強度：材料所能承受的最大應(yīng)力韌性：材料斷裂時所吸收(xīshōu)的能量第十一頁，共256頁。1-2形變類型(lèixíng)及描述力學(xué)行為的基本物理量形變有三種最基本的類型：簡單拉伸(lāshēn)形變——單軸拉伸(lāshēn)下的張應(yīng)變。簡單剪切形變——簡單剪切力作用下的應(yīng)變。均勻壓縮產(chǎn)生的體積形變——材料在靜壓力下產(chǎn)生的壓縮應(yīng)變。第十二頁，共256頁。1-2形變類型及描述力學(xué)(lìxué)行為的基本物理量（1）簡單拉伸拉伸應(yīng)變——工程(gōngchéng)應(yīng)變或習(xí)用應(yīng)變：工程(gōngchéng)應(yīng)力：第十三頁，共256頁。（1）簡單(jiǎndān)拉伸真應(yīng)力(yìnglì)：真應(yīng)變(yìngbiàn)：楊氏模量：第十四頁，共256頁。（1）簡單(jiǎndān)拉伸橫向(hénɡxiànɡ)收縮應(yīng)變：泊松比：第十五頁，共256頁。（2）簡單(jiǎndān)剪切剪切應(yīng)變(yìngbiàn)：剪切應(yīng)力：剪切模量：第十六頁，共256頁。（3）均勻(jūnyún)壓縮在流體(liútǐ)靜壓力P的均勻壓縮下：均勻壓縮應(yīng)變：壓縮(yāsuō)模量（體積模量、本體模量、剛度）：第十七頁，共256頁。彈性模量(tánxìnɡm(xù)óliànɡ)——E、G、B統(tǒng)稱為彈性模量(tánxìnɡm(xù)óliànɡ)。彈性模量(tánxìnɡm(xù)óliànɡ)之間的關(guān)系（各向同性材料）：第十八頁，共256頁。1-2形變類型及描述力學(xué)行為的基本(jīběn)物理量

小結(jié)受力方式簡單拉伸簡單剪切均勻壓縮受力特點外力F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是與作用面平行，大小相等，方向相反的兩個力。材料受到的是靜壓力。θFFFF第十九頁，共256頁。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簡單(jiǎndān)拉伸簡單(jiǎndān)剪切均勻(jūnyún)壓縮第二十頁，共256頁。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：機械強度拉伸強度剪切強度壓縮強度第二十一頁，共256頁。取向(qǔxiànɡ)材料：單軸取向(qǔxiànɡ)材料（圖a）的描述需要5個參數(shù)才能全面描述。即取向(qǔxiànɡ)方向的模量E33和泊松比=–E33/E13，橫向上的模量E11=E22和泊松比12=21=–E11/E21，以及決定繞取向(qǔxiànɡ)方向扭轉(zhuǎn)的剪切模量G。雙軸取向(qǔxiànɡ)的材料（圖b）需要9個參數(shù)才能全面描述，即模量E11、E22、E33和泊松比12、21、23、32、13、31。第二十二頁，共256頁。1-3高聚物力學(xué)性能的特點(tèdiǎn)1．高聚物材料具有可變范圍最寬的力學(xué)性質(zhì)，包括從液體、軟橡皮到堅硬的固體，各種高聚物對于機械應(yīng)力的反應(yīng)相差(xiānɡchà)很大，例如：第二十三頁，共256頁。PS制品很脆，一敲就碎（脆性）尼龍制品很堅韌，不易變形，也不易破碎（韌性）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）膠泥變形后，卻完全保持新的形狀（粘性、塑性形變、不可逆）高聚物力學(xué)性質(zhì)的這種多樣性，為不同的應(yīng)用提供(tígōng)了廣闊的選擇余地第二十四頁，共256頁。2.高聚物力學(xué)性能的最大特點是：高彈性和粘彈性（1）高聚物的高彈性：是由于高聚物極大的分子量使得高分子鏈有許多不同(bùtónɡ)的構(gòu)象和很好的柔順性。高分子鏈的柔順性在力學(xué)性能上的表現(xiàn)為高聚物的高彈性。它與一般材料的普彈性的本質(zhì)差別就是高彈性屬于構(gòu)象的改變所致——熵彈性；形變時構(gòu)象熵減小，恢復(fù)時增加。內(nèi)能在高彈性形變中不起主要作用（它卻是普彈形變的主要起因）。第二十五頁，共256頁。（2）高聚物的粘彈性：指高聚物材料不但具有彈性材料的一般特性，同時還具有粘性流體的一些特性。彈性和粘性在高聚物材料身上同時呈現(xiàn)得特別明顯(míngxiǎn)。高聚物的粘彈性表現(xiàn)在它有突出的力學(xué)松弛現(xiàn)象，在研究它的力學(xué)性能時必須考慮應(yīng)力、應(yīng)變與時間的關(guān)系。另外，溫度對力學(xué)性能也是非常重要的因素。因此，描述粘彈性高聚物材料的力學(xué)行為必須同時考慮應(yīng)力、應(yīng)變、時間和溫度四個參數(shù)。第二十六頁，共256頁。研究高聚物力學(xué)性能的目的： （有兩個互相關(guān)聯(lián)(guānlián)的目的）一是求得高聚物各種力學(xué)性能的宏觀描述和測試合理化，以作為高聚物材料使用和制品設(shè)計的依據(jù)。二是尋求高聚物宏觀力學(xué)性能和它們各層次結(jié)構(gòu)的關(guān)系，以便應(yīng)用性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系進(jìn)行特定性能材料的設(shè)計、制備和加工成型。第二十七頁，共256頁。第二節(jié)橡膠(xiàngjiāo)彈性2-1高彈性的一般特點2-2高彈性的熱力學(xué)分析2-3高彈形變(xíngbiàn)的統(tǒng)計理論2-4高彈性大形變(xíngbiàn)的唯象理論第二十八頁，共256頁。2-1高彈性的一般(yībān)特點高彈態(tài)：是高聚物在玻璃化溫度以上所具有的一種獨特的力學(xué)狀態(tài)，是基于鏈段運動的一種力學(xué)狀態(tài)。高彈性(tánxìng)（橡膠彈性(tánxìng)）：是處于高彈態(tài)的高聚物表現(xiàn)出獨特的力學(xué)性能，也是高聚物區(qū)別于其他材料的一個突出特性，是高聚物材料優(yōu)異性能的一個方面，有著重要的使用價值。第二十九頁，共256頁。高彈性的特征：（1）彈性形變大，可高達(dá)1000%，而金屬材料的普彈形變不超過(chāoguò)1%。（2）彈性模量小，約105~106Pa(即N/m2)；而金屬材料的彈性模量達(dá)1010~1011Pa。（3）彈性模量隨隨絕對溫度升高正比地增加，而金屬材料的彈性模量隨溫度的升高而減小。第三十頁，共256頁。（4）形變有明顯的熱效應(yīng)。在快速拉伸時（絕熱過程），高聚物溫度上升(shàngshēng)（放熱），回縮時，溫度降低（吸熱）；而金屬材料則相反。如果把橡膠薄片拉長，把它貼在嘴唇或面頰上，就會感到橡皮在伸長時發(fā)熱，回縮時吸熱。（5）形變需要時間。橡膠受到外力（應(yīng)力恒定）壓縮或拉伸時，形變總是隨時間而發(fā)展，最后達(dá)到最大形變，這種現(xiàn)象叫蠕變（屬于松弛過程）。除此以外，還有：（6）橡膠的泊松比接近于0.5。（7）高彈性的本質(zhì)是熵彈性，普彈性則是能彈性。第三十一頁，共256頁。2-2高彈性的熱力學(xué)分析(fēnxī)交聯(lián)橡膠被拉伸(lāshēn)時發(fā)生高彈形變，除去外力后可完全回復(fù)原狀，即變形是可逆的，所以可用熱力學(xué)第一定律和第二定律來進(jìn)行分析。第三十二頁，共256頁。2-2高彈性的熱力學(xué)分析(fēnxī)一根長度為l的試樣，在拉力(lālì)f的作用下，伸長dl，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，體系內(nèi)能的變化為：dU=dQ–dW dQ——體系吸收的熱量； dW——體系對外所作的功，包括膨脹功PdV。假設(shè)過程是可逆的，由熱力學(xué)第二定律可得：dQ=TdSdW=PdV–fdl 所以dU=TdS–PdV+fdl第三十三頁，共256頁。物理意義：外力作用在橡膠上，一方面引起橡膠的內(nèi)能變化，另一方面使橡膠的熵發(fā)生改變(gǎibiàn)。或者說：橡膠的張力是由形變時內(nèi)能的變化和熵變所起的。以上就是橡膠的熱力學(xué)方程。在等溫等容條件(tiáojiàn)下，有：而所以(suǒyǐ)（6-15）（6-16）

fdl=dU–TdS+PdV第三十四頁，共256頁。在等溫等壓條件(tiáojiàn)下，有dH=d(U+PV)=TdS+VdP+fdl等溫等容有利于理論分析(fēnxī)，等溫等壓便于實際測量。而（不可(bùkě)測量的量變成可測量的量）第三十五頁，共256頁。推導(dǎo)(tuīdǎo)：將dU=TdS–PdV+fdl代入上式，得由上式得第三十六頁，共256頁。熱彈轉(zhuǎn)變：當(dāng)伸長率>10%時，直線的斜率為正；伸長率<10%時，直線的斜率為負(fù)，這種斜率的變化稱為熱彈轉(zhuǎn)變。原因：固定(gùdìng)伸長時的熱膨脹。第三十七頁，共256頁。若將固定伸長改為(ɡǎiwéi)固定伸長比，則不會出現(xiàn)熱彈轉(zhuǎn)變。第三十八頁，共256頁。截距為；斜率(xiélǜ)為發(fā)現(xiàn)各直線外推到時均通過原點，即截距為077%33%11%4%固定拉伸時的張力－溫度曲線第三十九頁，共256頁。得：即：橡膠拉伸時，內(nèi)能幾乎不變，而主要引起熵的變化。就是說，在外力(wàilì)作用下，橡膠分子鏈由原來蜷曲無序的狀態(tài)變?yōu)樯熘庇行驙顟B(tài)。熵由大變小，由無序變有序；終態(tài)是不穩(wěn)定體系，當(dāng)外力(wàilì)除去以后，就會自發(fā)地恢復(fù)到初態(tài)。橡皮由拉伸態(tài)恢復(fù)到原來狀態(tài)是熵增加過程（自發(fā)過程），這也解釋了高彈形變?yōu)槭裁词强苫貜?fù)的。第四十頁，共256頁。拉伸時熵值減小，dS<0，dQ=TdS<0。說明拉伸過程是放熱過程，絕熱拉伸時，體系(tǐxì)溫度會升高。由于理想高彈體拉伸時只引起熵變，或者說只有熵的變化才對理想高彈體的彈性有貢獻(xiàn)，所以這種彈性稱為熵彈性。第四十一頁，共256頁。2-3高彈形變(xíngbiàn)的統(tǒng)計理論一、狀態(tài)方程二、一般(yībān)修正第四十二頁，共256頁。一、狀態(tài)方程熱力學(xué)分析給出了宏觀物理量之間的關(guān)系。指出了高彈性的本質(zhì)是熵彈性。橡膠彈性的統(tǒng)計理論是通過對高分子鏈的構(gòu)象統(tǒng)計分析，建立應(yīng)力和應(yīng)變、微觀(wēiguān)結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的定量關(guān)系式——交聯(lián)橡膠的狀態(tài)方程。第四十三頁，共256頁。一、狀態(tài)方程（1）單個孤立鏈的熵對于單個孤立的柔性(róuxìnɡ)高分子鏈，可按等效自結(jié)合鏈來處理，其末端距分布符合高斯分布：z——鏈段數(shù)；b——鏈段長度。第四十四頁，共256頁。（1）單個孤立(gūlì)鏈的熵由于高分子鏈的構(gòu)象數(shù)同單位體積內(nèi)末端出現(xiàn)的幾率密度W(x,y,z)成正比。根據(jù)Boltzmann定律(dìnglǜ)，構(gòu)象熵S=kln （k——Boltzmann常數(shù)，——構(gòu)象數(shù)）而W(x,y,z)，所以單個高分子鏈的熵： C——常數(shù)第四十五頁，共256頁。（2）橡膠交聯(lián)網(wǎng)(liánwǎnɡ)變形時的熵變真實橡膠交聯(lián)網(wǎng)是復(fù)雜的，為處理方便，采用以下假設(shè)：每個交聯(lián)點由4個有效鏈組成，交聯(lián)點是無規(guī)分布的。兩交聯(lián)點之間的鏈——網(wǎng)鏈為高斯鏈，其末端距分布符合高斯分布。這些高斯鏈組成的各向同性的交聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)象總數(shù)是各個網(wǎng)鏈構(gòu)象數(shù)目的乘積(chéngjī)。交聯(lián)網(wǎng)中的交聯(lián)點在形變前后都是固定在其平均位置上。當(dāng)橡膠試樣形變時，這些交聯(lián)點將以相同的比率變形，即所謂的“仿射”變形。第四十六頁，共256頁。（2）橡膠(xiàngjiāo)交聯(lián)網(wǎng)變形時的熵變對于一塊各向同性的橡皮試樣，取其中的一個單位立方體（如圖a）來分析：當(dāng)發(fā)生宏觀的均勻應(yīng)變后，其形狀變?yōu)閳Db。變形后的長方體各邊的長度分別為1、2、3。=l/l0——伸長率（伸長比）根據(jù)“仿射”形變(xíngbiàn)假設(shè)，宏觀上的伸長比和微觀上的伸長比應(yīng)相等。形變(xíngbiàn)前形變后第四十七頁，共256頁。（2）橡膠交聯(lián)網(wǎng)(liánwǎnɡ)變形時的熵變仿射形變假定：微觀形變率和宏觀形變率相等，因此(yīncǐ)形變前末端的坐標(biāo)和形變后的坐標(biāo)之間的關(guān)系如圖所示。第四十八頁，共256頁。（2）橡膠交聯(lián)網(wǎng)(liánwǎnɡ)變形時的熵變高分子鏈的構(gòu)象熵形變(xíngbiàn)前：形變(xíngbiàn)后：形變(xíngbiàn)前后的熵變：若交聯(lián)網(wǎng)內(nèi)有N條網(wǎng)鏈，則第四十九頁，共256頁。（2）橡膠交聯(lián)網(wǎng)(liánwǎnɡ)變形時的熵變?nèi)∑骄?，并考慮(kǎolǜ)根據(jù)(gēnjù)高斯鏈的構(gòu)象統(tǒng)計理論：得：理想交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，U=0，所以，自由能的變化第五十頁，共256頁。（3）狀態(tài)方程根據(jù)等容過程，體系自由能的增加(zēngjiā)，等于外界對體系所做的功：F又稱為儲能函數(shù)。對于單軸拉伸(lāshēn)情況，假定在x軸方向拉伸(lāshēn)，并令考慮(kǎolǜ)體積不變，有：則：第五十一頁，共256頁。（3）狀態(tài)方程所以(suǒyǐ)，有又因為dW=fdl則：第五十二頁，共256頁。（3）狀態(tài)方程N1——單位體積(tǐjī)內(nèi)的網(wǎng)鏈數(shù)（網(wǎng)鏈密度）。N1與網(wǎng)鏈平均分子量Mc、試樣的密度之間的關(guān)系如下：——試樣的密度(mìdù),g/m3；NA——阿弗加德羅常數(shù)。上式又可寫成R——理想氣體(lǐxiǎnɡqìtǐ)常數(shù)交聯(lián)橡膠的狀態(tài)方程第五十三頁，共256頁。（3）狀態(tài)方程橡膠的狀態(tài)方程所描述的應(yīng)力(yìnglì)-應(yīng)變（-）關(guān)系并不符合虎克定律，但是當(dāng)很小時(xiǎoshí)，上式略去高次項，并代入狀態(tài)方程第五十四頁，共256頁。（3）狀態(tài)方程 令 則對于(duìyú)橡膠有虎克定律(dìnglǜ)橡膠(xiàngjiāo)的狀態(tài)方程又可寫成E和G分別為楊氏模量和剪切模量。注：此式在應(yīng)用時需要注意單位問題，用g/cm3作單位時，G的單位就是MPa。第五十五頁，共256頁。第五十六頁，共256頁。二、狀態(tài)方程的一般(yībān)修正對狀態(tài)方程的修正(xiūzhèng)實際上是對G的修正(xiūzhèng)。（1）末端距修正(xiūzhèng)——對高斯鏈末端距的修正(xiūzhèng)第五十七頁，共256頁。二、狀態(tài)方程的一般(yībān)修正（2）Flory修正——對N1的修正（自由(zìyóu)端的修正）——交聯(lián)前的數(shù)均分子量第五十八頁，共256頁。二、狀態(tài)方程的一般(yībān)修正（3）纏結(jié)和內(nèi)能(nèinénɡ)的修正：（4）體積變化(biànhuà)修正：——纏結(jié)對剪切模量的貢獻(xiàn)V0——拉伸前的體積；V——拉伸后的體積。（5）大形變修正：A——小于1的校正因子第五十九頁，共256頁。狀態(tài)方程（小結(jié)(xiǎojié)）對大形變的修正自由(zìyóu)端修正對纏結(jié)的修正末端距修正flory的自由(zìyóu)端修正第六十頁，共256頁。2-4高彈性大形變(xíngbiàn)的唯象理論（自學(xué)）第六十一頁，共256頁。第三節(jié)粘彈性Viscoelasticity第六十二頁，共256頁。第3節(jié)粘彈性3-1粘彈性現(xiàn)象 蠕變、應(yīng)力(yìnglì)松弛 滯后現(xiàn)象、力學(xué)學(xué)損耗3-2粘彈性的力學(xué)模型3-3松弛時間譜和推時時間譜3-4Boltzmann迭加原理3-5粘彈性的溫度依賴性和WLF方程3-6粘彈性的分子理論第六十三頁，共256頁。3-1粘彈性現(xiàn)象(xiànxiàng)力學(xué)松弛——高聚物的力學(xué)性能隨時間的變化統(tǒng)稱力學(xué)松弛最基本的有：蠕變應(yīng)力(yìnglì)松弛滯后力學(xué)損耗靜態(tài)(jìngtài)粘彈性動態(tài)粘彈性第六十四頁，共256頁。①理想彈性體受外力后，平衡形變瞬時達(dá)到，應(yīng)變正比于應(yīng)力，形變與時間無關(guān)②理想粘性體受外力后，形變是隨時間線性發(fā)展的，應(yīng)變速率正比于應(yīng)力③高聚物的形變與時間有關(guān)，這種關(guān)系介于理想彈性體和理想粘性體之間，也就是說，應(yīng)變和應(yīng)變速率同時與應(yīng)力有關(guān)，因此(yīncǐ)高分子材料常稱為粘彈性材料。第六十五頁，共256頁。形變時間交聯(lián)高聚物理想彈性體理想粘性體線性高聚物蠕變行為第六十六頁，共256頁。一、蠕變(rúbiàn)蠕變：在一定的溫度和恒定的外力作用下（拉力，壓力，扭力等），材料的形變隨時間的增加而逐漸(zhújiàn)增大的現(xiàn)象。蠕變過程包括下面三種形變：普彈形變、高彈形變、粘性流動第六十七頁，共256頁。（1）普彈形變1高分子材料受到外力作用時，分子鏈內(nèi)部鍵長和鍵角立刻發(fā)生變化，形變量很小，外力除去(chúqù)后，普彈形變立刻完全恢復(fù)，與時間無關(guān)。第六十八頁，共256頁。普彈形變(xíngbiàn)示意圖第六十九頁，共256頁。E2——高彈性模量；——松弛時間；0——恒定(héngdìng)的應(yīng)力。（2）高彈形變2是分子鏈通過鏈段運動逐漸伸展的過程，形變量(biànliàng)比普彈形變大得多，形變與時間成指數(shù)關(guān)系，外力除去高彈形變逐漸恢復(fù)。第七十頁，共256頁。高彈形變(xíngbiàn)示意圖第七十一頁，共256頁。（3）粘性(zhānxìnɡ)流動3分子間無交聯(lián)的線形高聚物，則會產(chǎn)生分子間的相對滑移，它與時間成線性關(guān)系，外力除去后，粘性(zhānxìnɡ)形變不能恢復(fù)，是不可逆形變 3——本體粘度第七十二頁，共256頁。粘性(zhānxìnɡ)流動示意圖第七十三頁，共256頁。蠕變過程中，三種形變一起發(fā)生(fāshēng)的，材料總應(yīng)變?yōu)椋河捎?是不可逆形變，所以對于線形高聚物來講，外力除去后，總會留下一部分不可恢復(fù)的形變。定義：蠕變?nèi)崃亢瘮?shù)第七十四頁，共256頁。（4）三種形變的相對比例(bǐlì)，具體條件不同而不同T＜Tg時，主要是1；T≈Tg時，主要是1和2；T＞Tg時，1，2，3都較顯著。第七十五頁，共256頁。第七十六頁，共256頁。（5）蠕變與溫度高低及外力大小有關(guān)溫度過低（在Tg以下）或外力太小，蠕變很小，而且很慢，在短時間內(nèi)不易觀察到。溫度過高（在Tg以上很多）或外力過大，形變發(fā)展很快，也不易觀察到蠕變的全過程。溫度在Tg以上不多，鏈段在外力下即可以(kěyǐ)運動，但運動時受的內(nèi)摩擦又較大，則可觀察到蠕變的全過程。第七十七頁，共256頁。第七十八頁，共256頁。（6）不同種類高聚物蠕變行為不同線形非晶態(tài)高聚物如果T<<Tg，只能看到蠕變的起始(qǐshǐ)部分，要觀察到全部曲線要幾個月甚至幾年。如果T>>Tg，只能看到蠕變的最后部分。在Tg附近，則可在較短的時間內(nèi)觀察到全過程。交聯(lián)高聚物的蠕變：無粘性流動部分。晶態(tài)高聚物的蠕變不僅與溫度有關(guān)，而且由于再結(jié)晶等情況，使蠕變比預(yù)期的要大。（原因：由于微結(jié)晶和再結(jié)晶現(xiàn)象，或由于晶面發(fā)生滑移，或晶體破裂等，使結(jié)晶態(tài)高聚物的形變比預(yù)期的理論值大。）第七十九頁，共256頁。（7）應(yīng)用各種高聚物在室溫時的蠕變現(xiàn)象很不相同，了解這種差別對于(duìyú)實際應(yīng)用十分重要1——PSF（聚砜）2——聚苯醚3——PC4——改性聚苯醚5——ABS（耐熱(nairè)）6——POM7——尼龍8——ABS2.01.51.00.5123456（％）78小時(xiǎoshí)1000200023℃時幾種高聚物蠕變性能第八十頁，共256頁?？梢钥闯觯褐麈満茧s環(huán)的剛性鏈高聚物，具有較好的抗蠕變(rúbiàn)性能，所以成為廣泛應(yīng)用的工程塑料，可用來代替金屬材料加工成機械零件。蠕變(rúbiàn)較嚴(yán)重的材料，使用時需采取必要的補救措施。第八十一頁，共256頁。例1：硬質(zhì)PVC抗蝕性好，可作化工管道，但易蠕變，所以使用時必須增加支架。例2：PTFE是塑料中摩擦系數(shù)最小的，所以有很好的自潤滑性能，但蠕變嚴(yán)重，所以不能作機械零件，卻是很好的密封材料。例3：橡膠(xiàngjiāo)采用硫化交聯(lián)的辦法來防止由蠕變產(chǎn)生分子間滑移造成不可逆的形變。第八十二頁，共256頁。二、應(yīng)力(yìnglì)松弛定義：對于一個線性粘彈體來說，在應(yīng)變保持不變的情況下，應(yīng)力(yìnglì)隨時間的增加而逐漸衰減，這一現(xiàn)象叫應(yīng)力(yìnglì)松弛。（StressRelax）第八十三頁，共256頁。例如：拉伸一塊未交聯(lián)的橡膠到一定(yīdìng)長度，并保持長度不變，隨著時間的增加，這塊橡膠的回彈力會逐漸減小，這是由于其內(nèi)部的應(yīng)力在慢慢減小，最后變?yōu)?。從分子運動來看：是其分子鏈從較伸展的構(gòu)象通過鏈段運動恢復(fù)到原來的卷曲構(gòu)象。因此不能用未交聯(lián)的橡膠來做傳動帶、輪胎等。第八十四頁，共256頁。0——起始(qǐshǐ)應(yīng)力∞——平衡應(yīng)力——松弛時間第八十五頁，共256頁。E1、G1——足夠(zúgòu)長的時間后，聚合物的平衡彈性模量；E0、G0——起始模量；(t)——應(yīng)力松弛函數(shù)。t＝0，(t)＝1；t＝∞，(t)＝0。定義：松弛(sōnɡchí)模量函數(shù)剪切形變(xíngbiàn)的松弛模量拉伸形變的松弛模量第八十六頁，共256頁。從分子運動來解釋蠕變和應(yīng)力(yìnglì)松弛：應(yīng)力(yìnglì)松弛和蠕變是一個問題的兩個方面，都反映了高聚物內(nèi)部分子的鏈段的運動情況。當(dāng)高聚物一開始被拉長時，其中分子處于不平衡的構(gòu)象，要逐漸過渡到平衡的構(gòu)象，也就是鏈段要順著外力的方向來運動以減少或消除內(nèi)部應(yīng)力(yìnglì)。第八十七頁，共256頁。溫度對松弛(sōnɡchí)的影響：（1）如果T>>Tg，如常溫下的橡膠，鏈段易運動，受到的內(nèi)摩擦力很小，分子很快順著外力方向調(diào)整，內(nèi)應(yīng)力很快消失（松弛(sōnɡchí)了），甚至可以快到覺察不到的程度。（2）如果T<<Tg，如常溫下的塑料，雖然鏈段受到很大的應(yīng)力，但由于內(nèi)摩擦力很大，鏈段運動能力很小，所以應(yīng)力松弛(sōnɡchí)極慢，也就不易覺察到。（3）如果溫度接近Tg（附近幾十度），應(yīng)力松弛(sōnɡchí)可以較明顯地被觀察到，如用軟質(zhì)PVC絲縛物，開始扎得很緊，但慢慢地會變松，這就是應(yīng)力松弛(sōnɡchí)比較明顯的例子。（4）只有交聯(lián)高聚物應(yīng)力松弛(sōnɡchí)不會減到零（因為不會產(chǎn)生分子間滑移），而線形高聚物的應(yīng)力松弛(sōnɡchí)可減到零。第八十八頁，共256頁。第八十九頁，共256頁。三、滯后(zhìhòu)現(xiàn)象（Delay）高聚物作為結(jié)構(gòu)材料，在實際應(yīng)用時，往往受到交變應(yīng)力的作用。例如(lìrú)輪胎，傳動皮帶，齒輪，消振器等，它們都是在交變力作用的場合使用的。以輪胎為例，車在行進(jìn)中，它上面某一部分一會兒著地，一會離地，受到的是一定頻率的外力，它的形變也是一會大，一會小，交替地變化。第九十頁，共256頁。例如：汽車速度為每小時60km，相當(dāng)于在輪胎某處受到每分鐘300次周期性外力(wàilì)的作用（假設(shè)汽車輪胎直徑為1m，周長則為3.14×1m，速度為1000m/min＝1000/3.14＝318r/min），把輪胎的應(yīng)力和應(yīng)變隨時間的變化記錄下來，可以得到下面兩條波形曲線：（應(yīng)力可看成正弦波動函數(shù)）第九十一頁，共256頁。彈性(tánxìng)固體粘性流體第九十二頁，共256頁。粘彈體(dàntǐ)滯后(zhìhòu)角（相位差）：第九十三頁，共256頁。定義：高聚物在交變力作用下，形變落后(luòhòu)于應(yīng)力變化的現(xiàn)象，稱為滯后現(xiàn)象。解釋：鏈段在運動時要受到內(nèi)摩擦阻力的作用，當(dāng)外力變化時鏈段的運動還跟不上外力的變化，形變落后(luòhòu)于應(yīng)力，有一個相位差。相位差越大，說明鏈段運動愈困難，愈是跟不上外力的變化。滯后程度的影響因素：⑴高聚物的滯后程度與其本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)：通常剛性分子滯后現(xiàn)象?。ㄈ缢芰希?；柔性分子滯后現(xiàn)象嚴(yán)重（如橡膠）。⑵滯后程度還受到外界條件的影響：第九十四頁，共256頁。外力作用的頻率如果外力作用的頻率低，鏈段能夠來得及運動，形變能跟上應(yīng)力(yìnglì)的變化，則滯后現(xiàn)象很小。只有外力的作用頻率處于適當(dāng)范圍，使鏈段可以運動，但又跟不上應(yīng)力(yìnglì)的變化，才會出現(xiàn)明顯的滯后現(xiàn)象第九十五頁，共256頁。溫度的影響溫度很高時，鏈段運動很快，形變幾乎不落后應(yīng)力的變化，滯后現(xiàn)象幾乎不存在溫度很低時，鏈段運動速度(sùdù)很慢，在應(yīng)力增長的時間內(nèi)形變來不及發(fā)展，也無滯后只有在適當(dāng)溫度下（Tg上下幾十度范圍內(nèi)），鏈段能充分運動，但又跟不上應(yīng)力變化，滯后現(xiàn)象就比較嚴(yán)重第九十六頁，共256頁?！镌黾宇l率與降低溫度對滯后有相同的影響★降低頻率與升高溫度對滯后有相同的影響這是線粘彈性動態(tài)力學(xué)行為(xíngwéi)的時-溫等效原理。第九十七頁，共256頁。四、力學(xué)損耗(sǔnhào)（內(nèi)耗）輪胎在高速行使(xíngshǐ)相當(dāng)長時間后，立即檢查內(nèi)層溫度，為什么達(dá)到燙手的程度？高聚物受到交變應(yīng)力作用時，由于高分子鏈的運動需要克服內(nèi)摩擦阻力做功，致使有部分彈性儲能轉(zhuǎn)化成為熱能。在不斷循環(huán)的外力作用下，未釋放的彈性儲能都被消耗在體系的自摩擦上，并轉(zhuǎn)化成熱量放出。第九十八頁，共256頁。這種由于(yóuyú)力學(xué)滯后而使機械功轉(zhuǎn)換成熱的現(xiàn)象，稱為力學(xué)損耗或內(nèi)耗。以應(yīng)力-應(yīng)變(~)關(guān)系作圖時，所得的曲線在施加幾次交變應(yīng)力后就封閉成環(huán)，稱為滯后環(huán)或滯后圈，此圈越大，力學(xué)損耗越大?；乜s曲線拉伸曲線無滯后第九十九頁，共256頁。例1：對于作輪胎的橡膠，則希望它有最小的力學(xué)損耗才好順丁膠：內(nèi)耗小，結(jié)構(gòu)簡單，沒有側(cè)基，鏈段運動的內(nèi)摩擦較小丁苯膠：內(nèi)耗大，結(jié)構(gòu)含有較大剛性的苯基，鏈段運動的內(nèi)摩擦較大丁晴膠：內(nèi)耗大，結(jié)構(gòu)含有極性較強的氰基，鏈段運動的內(nèi)摩擦較大丁基膠：內(nèi)耗比上面(shàngmiɑn)幾種都大，側(cè)基數(shù)目多，鏈段運動的內(nèi)摩擦更大第一百頁，共256頁。例2：對于作為防震材料，要求在常溫附近有較大的力學(xué)損耗(sǔnhào)（吸收振動能并轉(zhuǎn)化為熱能）對于隔音材料和吸音材料，要求在音頻范圍內(nèi)有較大的力學(xué)損耗(sǔnhào)（當(dāng)然也不能內(nèi)耗太大，否則發(fā)熱過多，材料易于熱塑化）第一百零一頁，共256頁。在正弦應(yīng)力作用下，高聚物的應(yīng)變是相同角頻率的正弦函數(shù)，與應(yīng)力間有相位(xiàngwèi)差:交變應(yīng)力應(yīng)變展開得： 與應(yīng)力同相位(xiàngwèi)比應(yīng)力落后 的普彈性形變/2的粘性形變第一百零二頁，共256頁。應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系可用模量表達(dá)(biǎodá)：由于相位差的存在，模量將是一個復(fù)數(shù)，稱為復(fù)模量或動態(tài)模量：第一百零三頁，共256頁。復(fù)變模量的實數(shù)(shìshù)部分表示物體在形變過程中由于彈性形變而儲存的能量，叫儲能模量，它反映材料形變時的回彈能力（彈性）復(fù)變模量的虛數(shù)部分表示形變過程中以熱的形式損耗的能量，叫損耗模量，它反映材料形變時內(nèi)耗的程度（粘性）滯后角的正切值——力學(xué)損耗因子第一百零四頁，共256頁。損耗模量損耗(sǔnhào)因子儲能(chǔnénɡ)模量第一百零五頁，共256頁。①，這兩根曲線在很小或很大時幾乎為0；在曲線兩側(cè)幾乎也與無關(guān)(wúguān)，這說明：交變應(yīng)力頻率太小時，內(nèi)耗很小，當(dāng)交變應(yīng)力頻率太大時，內(nèi)耗也很小。②只有當(dāng)為某一特定范圍時，鏈段又跟上又跟不上外力時，才發(fā)生滯后，產(chǎn)生內(nèi)耗，彈性儲能轉(zhuǎn)化為熱能而損耗掉，曲線則表現(xiàn)出很大的能量吸收。第一百零六頁，共256頁。應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系也可用柔量函數(shù)表達(dá)(biǎodá)：復(fù)柔量或稱動態(tài)柔量定義為：給定(ɡěidìnɡ)則第一百零七頁，共256頁。五、粘彈性材料(cáiliào)的能耗當(dāng)粘彈性材料受到交變的應(yīng)力(yìnglì)或交變的應(yīng)變作用時，由于鏈段運動受到本體的粘滯阻力作用而產(chǎn)生能量損耗。外力對單位體積的粘彈性體所做的功為：這是一般公式，對于彈性體，它表示應(yīng)變能；對于等溫條件(tiáojiàn)下的粘彈性體，它包含彈性勢能和損耗能兩部分。第一百零八頁，共256頁。粘彈性材料(cáiliào)的能耗考慮周期性應(yīng)力或應(yīng)變作用下的特殊情況(qíngkuàng)，設(shè)物體受周期作用的應(yīng)變?yōu)椋簞t應(yīng)力(yìnglì)響應(yīng)：即應(yīng)力由兩部分組成，即彈性部分和粘性部分。一個循環(huán)（周期）內(nèi)單位體積的功為：第一百零九頁，共256頁。粘彈性材料(cáiliào)的能耗一個(yīɡè)循環(huán)（周期）內(nèi)單位體積的功為：其中(qízhōng)，周期上式表明每個循環(huán)外力對單位體積粘彈體所做的功。第一項為可逆的彈性勢能；第二項為粘滯損耗的能量，可用于計算具體的能量損耗值。時，第一項的最大儲能值為：第一百一十頁，共256頁。粘彈性材料(cáiliào)的能耗例：在周期性的應(yīng)變(t)=0cost的作用下，單位(dānwèi)體積消耗的能量為：一般定義單位時間內(nèi)的平均能量損耗(sǔnhào)為能耗D：力學(xué)內(nèi)耗：第一百一十一頁，共256頁。對于周期性應(yīng)力(yìnglì)的特殊情況：粘彈性材料(cáiliào)的能耗每個循環(huán)(xúnhuán)（周期）內(nèi)單位體積的功為：第一項為彈性勢能，第二項為粘滯損耗的能量。應(yīng)變響應(yīng)：第一百一十二頁，共256頁。粘彈性材料(cáiliào)的能耗考慮(kǎolǜ)特例：能耗(nénɡhào)：每個周期的能量損耗：第一百一十三頁，共256頁。六、測定(cèdìng)高聚物粘彈性的實驗方法蠕變(rúbiàn)儀高聚物的蠕變(rúbiàn)試驗可在拉伸，壓縮，剪切，彎曲下進(jìn)行。第一百一十四頁，共256頁。（１）拉伸蠕變試驗機（塑料）原理：對試樣施加恒定(héngdìng)的外力（加力可以是上夾具固定，自試樣下面直接掛荷重），測定應(yīng)變隨時間的變化夾具(jiājù)試樣(shìyànɡ)荷重第一百一十五頁，共256頁。注：對于硬塑料，長度變化(biànhuà)較小，通常在試樣表面貼應(yīng)變片（類似電子秤的裝置，可以將力學(xué)信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮柚?，而得出?yīng)變值），測定拉伸過程中電阻值的變化(biànhuà)而得出應(yīng)變值。第一百一十六頁，共256頁。（２）剪切蠕變（交聯(lián)橡膠）材料受的剪切應(yīng)力在這種恒切應(yīng)力下測定(cèdìng)應(yīng)變隨時間的變化。第一百一十七頁，共256頁。應(yīng)力松弛拉伸(lāshēn)應(yīng)力松弛：橡膠和低模量高聚物的應(yīng)力松弛實驗第一百一十八頁，共256頁。動態(tài)扭擺儀扭擺測量原理：由于試樣內(nèi)部高分子的內(nèi)摩擦作用，使得(shǐde)慣性體的振動受到阻尼后逐漸衰減，振幅隨時間增加而減小。對數(shù)減量：第一百一十九頁，共256頁。3-2粘彈性模型(móxíng)彈簧能很好地描述理想彈性體力學(xué)行為（虎克定律）粘壺能很好地描述理想粘性流體力學(xué)(liútǐlìxué)行為（牛頓流動定律）第一百二十頁，共256頁。3-2粘彈性模型(móxíng)高聚物的粘彈性可以通過彈簧和粘壺的各種(ɡèzhǒnɡ)組合得到描述。最簡單的是：兩者串聯(lián)的麥克斯韋（Maxwell）模型兩者并聯(lián)的開爾文（Kelvin）模型。第一百二十一頁，共256頁。（1）Maxwell模型由一個彈簧和一個粘壺串聯(lián)而成，當(dāng)一個外力作用在該模型上時彈簧和粘壺所受的應(yīng)力(yìnglì)相同：所以(suǒyǐ)有：或者(huòzhě)寫成：第一百二十二頁，共256頁。代入方程(fāngchéng)得：這就是麥克斯韋模型的運動(yùndòng)方程式（本構(gòu)方程）第一百二十三頁，共256頁。應(yīng)用(yìngyòng)：Maxwell模型對模擬應(yīng)力松弛過程特別有用（但不能用來模擬交聯(lián)高聚物的應(yīng)力松弛）Maxwell模型不能模擬高聚物的動態(tài)力學(xué)行為（tg）Maxwell模型也不能用于模擬蠕變過程第一百二十四頁，共256頁。應(yīng)力(yìnglì)松弛：應(yīng)力松弛是在一定溫度，恒定(héngdìng)應(yīng)變作用下的應(yīng)力響應(yīng)。給定應(yīng)變代入本構(gòu)方程分離變量并積分得第一百二十五頁，共256頁。應(yīng)力(yìnglì)松弛：利用(lìyòng)邊值條件Maxwell模型的應(yīng)力(yìnglì)松弛（松弛模量）第一百二十六頁，共256頁。第一百二十七頁，共256頁。蠕變(rúbiàn)：蠕變是在一定溫度，恒定應(yīng)力(yìnglì)作用下的應(yīng)變隨時間的變化給定應(yīng)變代入本構(gòu)方程在0~t之間積分得第一百二十八頁，共256頁。蠕變(rúbiàn)：利用(lìyòng)邊值條件（蠕變?nèi)崃浚㎝axwell模型不能描述聚合物的蠕變(rúbiàn)行為。第一百二十九頁，共256頁。動態(tài)(dòngtài)力學(xué)性能：給定(ɡěidìnɡ)動態(tài)應(yīng)力則應(yīng)變?yōu)椋捍脒\動方程得：動態(tài)模量（復(fù)模量）：第一百三十頁，共256頁。動態(tài)(dòngtài)力學(xué)性能：把動態(tài)(dòngtài)模量寫成Maxwell模型不能描述聚合物的動態(tài)(dòngtài)力學(xué)行為。第一百三十一頁，共256頁。動態(tài)(dòngtài)力學(xué)性能：同理，動態(tài)(dòngtài)柔量Maxwell模型不能描述聚合物的動態(tài)(dòngtài)力學(xué)行為。第一百三十二頁，共256頁。（２）開爾文模型（Kelvin-Voigt模型）由彈簧與粘壺并聯(lián)而成的作用(zuòyòng)在模型上的應(yīng)力： 兩個元件的應(yīng)變總是相等的：方程組第一百三十三頁，共256頁。所以模型運動方程為：應(yīng)用：Kelvin模型可用來模擬高聚物的蠕變過程Kelvin模型可用來模擬高聚物的動態(tài)(dòngtài)力學(xué)行為Kelvin模型不能用來模擬應(yīng)力松弛過程第一百三十四頁，共256頁。蠕變(rúbiàn)：給定應(yīng)變代入本構(gòu)方程得：用分離(fēnlí)變量法解方程，并利用邊值條件確定積分常數(shù)得：（蠕變(rúbiàn)方程）（蠕變(rúbiàn)柔量）第一百三十五頁，共256頁。第一百三十六頁，共256頁。應(yīng)力(yìnglì)松弛：Kelvin模型不能用于描述聚合物的應(yīng)力松弛行為，因為不可能對其中并聯(lián)的粘性單元給出一個瞬時(shùnshí)的應(yīng)變，應(yīng)變是需要時間的，因此，Kelvin模型對應(yīng)力松弛無意義。第一百三十七頁，共256頁。動態(tài)(dòngtài)力學(xué)性能：給定動態(tài)應(yīng)力則應(yīng)變?yōu)椋捍氡緲?gòu)方程(fāngchéng)可求得動態(tài)模量（復(fù)模量）和動態(tài)柔量（復(fù)柔量）：（與實際不符）（與實際(shíjì)不符）第一百三十八頁，共256頁。★兩個模型的不足：Maxwell模型在恒應(yīng)力情況下不能反映(fǎnyìng)出蠕變行為Kelvin模型在恒應(yīng)變情況下不能反映(fǎnyìng)出應(yīng)力松弛第一百三十九頁，共256頁。（３）四元件模型是根據(jù)高分子的運動機理(jīlǐ)設(shè)計的（因為高聚物的形變是由三部分組成的）第一百四十頁，共256頁。①由分子內(nèi)部鍵長，鍵角改變引起的普彈形變，它是瞬間完成(wánchéng)的，與時間無關(guān)，所以可用一個硬彈簧來模擬。②由鏈段的伸展，蜷曲引起的高彈形變隨時間而變化，可用彈簧與粘壺并聯(lián)來模擬。③高分子本身相互滑移引起的粘性流動，這種形變隨時間線性變化，可用粘壺來模擬。第一百四十一頁，共256頁?？梢园阉脑Ｐ涂闯墒荕axwell和Kelvin模型的串聯(lián)。實驗表明：四元件模型是較成功的，在任何(rènhé)情況下均可反映彈性與粘性同時存在力學(xué)行為。不足：只有一個松弛時間，不能完全反映高聚物粘彈性的真實變化情況，因為鏈段有大小，對應(yīng)的松弛時間不同。第一百四十二頁，共256頁。（4）廣義(guǎngyì)的Maxwell模型和廣義(guǎngyì)的Kelvin模型第一百四十三頁，共256頁。（4）廣義(guǎngyì)的Maxwell模型和廣義(guǎngyì)的Kelvin模型從廣義的Maxwell模型和或Kelvin鏈可以推導(dǎo)出關(guān)于應(yīng)力(yìnglì)和應(yīng)變的微分型一般關(guān)系式，稱為微分型運動方程（或稱本構(gòu)方程）。例如，對于Kelvin鏈而言，設(shè)第i個Kelvin單元中彈簧的彈性模量為Ei，粘壺的粘度為i，該單元的應(yīng)變?yōu)閕，則應(yīng)力(yìnglì)：利用微分算子可以得到：第一百四十四頁，共256頁。那么，由n個Kelvin單元構(gòu)成(gòuchéng)的Kelvin鏈的總應(yīng)變?yōu)椋簩⒋耸秸归_、整理，可得到一般模型的應(yīng)力－應(yīng)變(yìngbiàn)微分方程：即第一百四十五頁，共256頁?；蛘?huòzhě)寫成：其中(qízhōng)：由廣義的Maxwell模型(móxíng)同樣可以推出上述本構(gòu)方程。前面講的幾個模型(móxíng)可以看成是廣義Maxwell模型(móxíng)或廣義Kelvin模型(móxíng)的特殊形式，其本構(gòu)方程也可以寫成上述形式（只有兩邊前面的某幾項不為零的特殊情況）。第一百四十六頁，共256頁。3-3松弛(sōnɡchí)時間譜和推遲時間譜廣義的Kelvin模型的特點是各串聯(lián)單元上的應(yīng)力相同(xiānɡtónɡ)，總應(yīng)變?yōu)楦鲉卧膽?yīng)變之和。因此，柔量為各單元的柔量之和：儲能柔量和損耗(sǔnhào)柔量分別為：或?qū)懗桑旱谝话偎氖唔?，?56頁。廣義的Maxwell模型的特點(tèdiǎn)是應(yīng)力相加，應(yīng)變相同。因此，模量為各單元的模量之和：儲能(chǔnénɡ)模量和損耗模量分別為：3-3松弛(sōnɡchí)時間譜和推遲時間譜第一百四十八頁，共256頁。如果i→∞，則可用積分代替求和，有限數(shù)目的常數(shù)(chángshù)（Ei，i）將由一個獨立變數(shù)的函數(shù)g()所代替。譬如，應(yīng)力松弛模量寫成：g()——松弛時間(shíjiān)譜同樣，對蠕變?nèi)崃坑校篺

()——推遲時間譜3-3松弛(sōnɡchí)時間譜和推遲時間譜第一百四十九頁，共256頁。由于高聚物的松弛時間分布很寬，用對數(shù)時間標(biāo)尺作變量更方便(fāngbiàn)，故定義一個新的松弛時間譜H(ln)和一個新的推遲時間譜L(ln)，它們與g()和f()的關(guān)系是：H(ln)：松弛(sōnɡchí)時間譜L(ln)：推遲時間譜3-3松弛(sōnɡchí)時間譜和推遲時間譜這樣，第一百五十頁，共256頁。此外(cǐwài)，和3-3松弛(sōnɡchí)時間譜和推遲時間譜如果知道了松弛時間譜H(ln)和推遲時間譜L(ln)，則可求出松弛模量和蠕變?nèi)崃?。這些方程也為求取松弛時間譜和推遲時間譜提供(tígōng)了方法。第一百五十一頁，共256頁。3-4Boltzmann迭加原理(yuánlǐ)力學(xué)模型提供了描述高聚物粘彈性的微分表達(dá)式（微分型本構(gòu)方程(fāngchéng)），給我們顯示了高聚物粘彈性的一般特征。此外，另有一條更好的途徑可用來描述高聚物的粘彈性，那就是通過Boltzmann疊加原理建立起來的所謂的積分型表達(dá)式（積分型本構(gòu)方程(fāngchéng)）。如前所述，當(dāng)力學(xué)模型中的單元數(shù)趨于無窮大時，通過引入松弛時間譜和延遲時間譜，最終也導(dǎo)出了積分表達(dá)式。 因此，處理粘彈性的這兩種方法最后導(dǎo)出的表達(dá)式不僅是統(tǒng)一的，而且在各種理論計算中也是互相補充的。下面我們從高聚物力學(xué)行為的歷史效應(yīng)來推求粘彈性的積分表達(dá)式。第一百五十二頁，共256頁。3-4Boltzmann迭加原理(yuánlǐ)是高聚物粘彈性的一個簡單但又非常重要的原理，這個原理指出:高聚物的蠕變是其整個負(fù)荷歷史的函數(shù)。高聚物力學(xué)行為的歷史效應(yīng)包括兩個方面的內(nèi)容(nèiróng)，其一是先前載荷歷史對高聚物材料變形性能的影響，其二是多個載荷共同作用于高聚物材料時，其最終變形性能與個別載荷作用的關(guān)系。Boltzmann疊加原理正是回答了這兩個方面的問題。第一百五十三頁，共256頁。Boltzmann疊加原理指出：高聚物材料的變形時整個載荷歷史的函數(shù)，或者說在時刻t說觀察到的應(yīng)變除了正比于時刻t施加的應(yīng)力外，還要加上時刻t以前曾經(jīng)承受(chéngshòu)過的各個應(yīng)力在t時刻所產(chǎn)生的相應(yīng)應(yīng)變。每個載荷對高聚物變形的貢獻(xiàn)是獨立的，或者說幾個獨立載荷所產(chǎn)生的變形之和等于這幾個載荷相加成的總載荷所產(chǎn)生的變形，即最終的形變是各個負(fù)荷所貢獻(xiàn)的形變的簡單加和。Boltzmann疊加原理對蠕變和應(yīng)力松弛均適用。3-4Boltzmann迭加原理(yuánlǐ)第一百五十四頁，共256頁。對于蠕變，在t0＝0時加以應(yīng)力0，在t1再加（1－0）的應(yīng)力，使總應(yīng)力增加到1，則t1以后的蠕變等于由應(yīng)力0單獨作用所產(chǎn)生的蠕變和t1時刻加的應(yīng)力（1－0）單獨作用所產(chǎn)生的蠕變之和（如圖）。（注意，它們的作用時間分別為t和t－t1）。如果在t2時刻去掉應(yīng)力1，則相當(dāng)于加上一個(yīɡè)反向的應(yīng)力，即－1，此時即為蠕變的回復(fù)過程（如圖）。3-4Boltzmann迭加原理(yuánlǐ)第一百五十五頁，共256頁。第一百五十六頁，共256頁。Boltzmann疊加原理(yuánlǐ)用數(shù)學(xué)表達(dá)式3-4Boltzmann迭加原理(yuánlǐ)t＝0，加以應(yīng)力0，在t時刻產(chǎn)生(chǎnshēng)的應(yīng)變?yōu)椋簍1再加應(yīng)力（1－0），在t時刻產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)椋涸趖時刻產(chǎn)生的總應(yīng)變?yōu)椋呵懊娴幕貜?fù)過程的應(yīng)變?yōu)椋旱谝话傥迨唔?，?56頁。Boltzmann疊加原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式 更一般的情況：在某一時刻i添加一個應(yīng)力增量(zēnɡliànɡ)△i（i=1,2,3…）,則到時刻t的總?cè)渥優(yōu)椋?-4Boltzmann迭加原理(yuánlǐ)如果(rúguǒ)應(yīng)力是連續(xù)變化的，則加和將改為積分：一般寫成：（5－1）上式即Boltzmann疊加原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式。第一百五十八頁，共256頁。Boltzmann疊加原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式還可以寫成以下的幾種(jǐzhǒnɡ)形式：3-4Boltzmann迭加原理(yuánlǐ)利用(lìyòng)分部積分可得：（5－2）（5－3）上式第一項是沒有歷史效應(yīng)的部分，為普彈形變；第二項代表高聚物的粘彈性的歷史效應(yīng)，說明在t時刻的蠕變除了正比于時刻t的應(yīng)力外，還要加上t時刻以前的應(yīng)力在t時刻的后效。第一百五十九頁，共256頁。Boltzmann疊加原理的數(shù)學(xué)(shùxué)表達(dá)式對于應(yīng)力松弛，同樣有：3-4Boltzmann迭加原理(yuánlǐ)利用分部(fēnbù)積分可得：（5－4）（5－5）上式第一項為給定應(yīng)變(t)所需要的應(yīng)力，第二項代表高聚物應(yīng)力松弛行為的歷史效應(yīng)。上式適合與線形高聚物（應(yīng)力可以松弛到零），也使用于交聯(lián)高聚物（應(yīng)力松弛到一個有限值）。第一百六十頁，共256頁。利用Boltzmann疊加原理還可以把幾種不同的粘彈性行為互相聯(lián)系起來，從而可以從一種(yīzhǒnɡ)力學(xué)行為推算另一種(yīzhǒnɡ)力學(xué)行為，而無需力學(xué)模型。利用Laplace變換可推出蠕變?nèi)崃亢蛻?yīng)力松弛模量之間的關(guān)系式：3-4Boltzmann迭加原理(yuánlǐ)或（5－6）第一百六十一頁，共256頁。利用(lìyòng)Boltzmann疊加原理還可以推出蠕變?nèi)崃?、?yīng)力松弛模量與動態(tài)柔量、動態(tài)模量之間的關(guān)系：3-4Boltzmann迭加原理(yuánlǐ)（5－7）（5－8）第一百六十二頁，共256頁。和3-4Boltzmann迭加原理(yuánlǐ)（5－9）（5－10）第一百六十三頁，共256頁。3-5粘彈性的溫度(wēndù)依賴性——時溫等效原理

和WLF方程從分子運動的松弛性質(zhì)可以知道，同一個力學(xué)松弛現(xiàn)象，即可以在較高溫度下、較短時間內(nèi)觀察到，也可以在較低溫度、較長時間內(nèi)觀察到。因此，升高溫度與延長時間對分子運動是等效的，對聚合物的粘彈行為也是等效的。則就是時溫等效原理。對于交變應(yīng)力的情況下，降低(jiàngdī)頻率等效于延長觀察時間，所以也等效于升高溫度。第一百六十四頁，共256頁。借助于轉(zhuǎn)換因子（平移因子）可以將在某一溫度下測定的力學(xué)數(shù)據(jù)，變成另一溫度下的力學(xué)數(shù)據(jù)，這就是時溫等效原理的應(yīng)用。實用(shíyòng)意義通過不同溫度下可以試驗測得的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行比較或換算，得到有些高聚物實際上無法實測的結(jié)果(PE)第一百六十五頁，共256頁。對于非晶聚合物，在不同溫度下獲得的粘彈性數(shù)據(jù)（包括蠕變、應(yīng)力松弛、動態(tài)力學(xué)試驗），均可通過沿著時間軸平移疊合在一起。需要移動(yídòng)的量記著aT，稱為移動(yídòng)因子。用模量表示的時溫等效原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中T——試驗溫度(wēndù)； T0——參考溫度(wēndù)。若T<T0，則aT>1。若T>T0，則aT<1。第一百六十六頁，共256頁。對于(duìyú)蠕變試驗有：嚴(yán)格地說，模量的溫度依賴性包括模量本身隨溫度變化，以及模量隨聚合物密度的變化（密度隨溫度變化）。因此，上述式子還需進(jìn)行(jìnxíng)溫度校正和密度校正。例如動態(tài)力學(xué)(lìxué)試驗的時溫等效原理為：上述校正稱作垂直校正，其改變量一般是很小的。第一百六十七頁，共256頁。應(yīng)用：借助于轉(zhuǎn)換因子可以將在某一溫度下測定的力學(xué)數(shù)據(jù)，變成另一溫度下的力學(xué)數(shù)據(jù)，這就是時溫等效(děnɡxiào)原理的應(yīng)用。如：可以通過不同溫度下的試驗測得的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行比較或換算，得到有些高聚物實際上無法實測的實驗結(jié)果。第一百六十八頁，共256頁。由實驗(shíyàn)曲線迭合曲線123-2-10123456789第一百六十九頁，共256頁。將平移因子對溫度(wēndù)作圖：25-8000第一百七十頁，共256頁。實驗證明，很多非晶態(tài)線形高分子基本符合這條曲線。所以Williams，F(xiàn)erry，Land三人提出如下經(jīng)驗公式(gōngshì)——WLF方程:表明移動因子與溫度與參考溫度之差有關(guān)第一百七十一頁，共256頁。當(dāng)選為參考溫度(wēndù)時，則WLF方程變?yōu)椋憾?dāng)時，這時，WLF方程為：第一百七十二頁，共256頁。3-5粘彈性的分子理論(lǐlùn)（自學(xué)）第一百七十三頁，共256頁。第四節(jié)

聚合物的屈服(qūfú)和斷裂第一百七十四頁，共256頁。第4節(jié)高聚物的塑性(sùxìng)和屈服4-1應(yīng)力(yìnglì)-應(yīng)變曲線4-2高聚物的屈服第一百七十五頁，共256頁。概述(ɡàishù)非極限范圍內(nèi)的小形變：可用模量來表示形變特性(tèxìng)極限范圍內(nèi)的大形變：要用應(yīng)力～應(yīng)變曲線來反映這一過程第一百七十六頁，共256頁。應(yīng)力-應(yīng)變實驗——是一種使用最廣泛的、非常重要(zhòngyào)而又實用的力學(xué)實驗。拉伸實驗所用的試樣如圖：概述(ɡàishù)第一百七十七頁，共256頁。4.1應(yīng)力-應(yīng)變(yìngbiàn)曲線1.非晶態(tài)聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(qūxiàn)（典型的情況）屈服應(yīng)變彈性區(qū)線性Y（屈服點）B（斷裂點）塑性區(qū)（強迫高彈形變）CD斷裂應(yīng)變屈服應(yīng)力第一百七十八頁，共256頁。分析：以y點為界分為二部分：y點以前（彈性區(qū)域）：除去應(yīng)力，材料能恢復(fù)原樣，不留任何(rènhé)永久變形。斜率即為楊氏模量E。y點以后（塑性區(qū)域）：除去外力后，材料不再恢復(fù)原樣，而留有永久變形，我們稱材料“屈服”了，y點以后總的趨勢是載荷幾乎不增加但形變卻增加很多。（加熱到Tg以上的溫度，也能部分回復(fù)到未拉伸的狀態(tài)）第一百七十九頁，共256頁。y點：屈服點（Yieldpoint）y點時對應(yīng)的應(yīng)力——屈服應(yīng)力：yy點時對應(yīng)的應(yīng)——屈服應(yīng)變：y，yB點：斷裂(duànliè)點（Breakpoint）B點對應(yīng)的應(yīng)力——斷裂(duànliè)應(yīng)力（斷裂(duànliè)強度）或稱抗拉強度：BB點對應(yīng)的應(yīng)變——斷裂(duànliè)伸長率：B，B第一百八十頁，共256頁。y點以前：試樣均勻變細(xì)，發(fā)生彈性形變。 ↑、↑yC段：形成(xíngchéng)細(xì)頸，發(fā)生“應(yīng)變軟化”，并產(chǎn)生永久性的塑性形變?！?、↓CD段：細(xì)頸沿著樣品擴展，發(fā)生永久性形變?！?、基本不變。發(fā)生應(yīng)變硬化和“強迫高彈形變”。DB段：試樣再次均勻變細(xì)，屬于彈性形變。第一百八十一頁，共256頁。由應(yīng)力-應(yīng)變曲線可獲得反映材料性能的一些(yīxiē)有用數(shù)據(jù):揚氏模量：E屈服應(yīng)力：y屈服伸長：y，y斷裂強度（抗拉強度）：B斷裂伸長：B，B第一百八十二頁，共256頁。上面是典型的應(yīng)力—應(yīng)變曲線實際聚合物材料，通常是綜合曲線的一部分或是其變異。處于玻璃態(tài)的塑料只在一定溫度(wēndù)范圍內(nèi)（Tb~Tg）才具有這種形狀。（Tb——脆化溫度(wēndù)）結(jié)晶性高聚物在Tb~Tm之間呈現(xiàn)這種形狀。處于高彈態(tài)的橡膠，只有在溫度(wēndù)較低和分子量很大時具有這種形狀。第一百八十三頁，共256頁。影響應(yīng)力(yìnglì)-應(yīng)變行為的外界因素：溫度應(yīng)變速率流體靜壓力第一百八十四頁，共256頁。溫度(wēndù)對應(yīng)力-應(yīng)變的影響：T↑,y↓、y、B↑T↑第一百八十五頁，共256頁。應(yīng)變速率(sùlǜ)對應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響隨著拉伸(lāshēn)速度提高，聚合物的模量增加，屈服應(yīng)力、斷裂強度增加，斷裂伸長率減小。其中，屈服應(yīng)力對應(yīng)變速率具有更大的依賴性。第一百八十六頁，共256頁。流體(liútǐ)靜壓力的影響流體靜壓力(yālì)不僅對聚合物的屈服有很大的影響，也對整個應(yīng)力-應(yīng)變曲線有很大的影響。隨著壓力(yālì)的增加，聚合物的模量顯著增加，阻止“頸縮”發(fā)生。（這可能是壓力(yālì)減小了鏈段的活動性，松弛轉(zhuǎn)變移向較高的溫度。）在給定的溫度下增加壓力(yālì)與給定壓力(yālì)下降低溫度具有一定的相似性。第一百八十七頁，共256頁。注意：高聚物的力學(xué)性能與溫度和力的作用速率有關(guān)，因此在試驗和應(yīng)用(yìngyòng)中務(wù)必牢牢記住：必須標(biāo)明溫度和施力速率（或形變速率），切勿將正常形變速率下測試數(shù)據(jù)用于持久力作用或沖擊力作用下的場合下；切勿將正常溫度下得到的數(shù)據(jù)用于低溫或高溫下。只有在寬廣的溫度范圍和形變速率范圍內(nèi)測得的數(shù)據(jù)才可以幫助我們判斷高聚物材料的強度、硬軟、韌脆，再根據(jù)環(huán)境的要求，才能選出合適的材料來進(jìn)行設(shè)計和應(yīng)用(yìngyòng)。第一百八十八頁，共256頁。4.1應(yīng)力(yìnglì)-應(yīng)變曲線2.晶態(tài)聚合物的應(yīng)力(yìnglì)-應(yīng)變曲線晶態(tài)聚合物的典型～曲線與非晶態(tài)的典型～曲線的區(qū)別(qūbié)：晶態(tài)聚合物有明顯的轉(zhuǎn)折第一百八十九頁，共256頁。2.晶態(tài)聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變(yìngbiàn)曲線近年來，人們把晶態(tài)聚合物的拉伸成頸歸結(jié)為球晶中片晶變形的結(jié)果。包括：相轉(zhuǎn)變和雙晶化；分子鏈的傾斜(qīngxié)，片晶沿著分子軸方向滑移和轉(zhuǎn)動；片晶的破裂，更大的傾斜(qīngxié)、滑移和轉(zhuǎn)動，一些分子鏈從結(jié)晶體中拉出；破裂的分子鏈和被拉直的鏈段一道組成微絲結(jié)構(gòu)。其中，沿分子軸方向并伴有結(jié)晶偏轉(zhuǎn)的片晶滑移使得片晶變薄和變長，如圖8－7所示，其形變可達(dá)100％或更高。4.1應(yīng)力(yìnglì)-應(yīng)變曲線第一百九十頁，共256頁。溫度、應(yīng)變速率、流體靜壓力、結(jié)晶度、結(jié)晶形態(tài)等因素(yīnsù)對應(yīng)力-應(yīng)變曲線均有顯著的影響。見圖8-8～8-11。第一百九十一頁，共256頁。第一百九十二頁，共256頁。3.取向聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)各向異性：取向方向上，材料的模量增大(zēnɡdà)很多，強度也增加。在垂直與取向方向上，模量約有降低，但和未取向時相差不大。雙軸取向時，在該雙軸構(gòu)成的平面內(nèi)，性能不像單軸取向那樣有薄弱的方向。因此，利用雙軸取向可以改進(jìn)材料的性能。4.1應(yīng)力-應(yīng)變(yìngbiàn)曲線第一百九十三頁，共256頁。4.聚合物應(yīng)力(yìnglì)-應(yīng)變曲線的類型（如圖）4.1應(yīng)力(yìnglì)-應(yīng)變曲線第一百九十四頁，共256頁。4.1應(yīng)力(yìnglì)-應(yīng)變曲線第一百九十五頁，共256頁。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）小中小中大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.韌性好第一百九十六頁，共256頁。材料破壞有兩種方式，可從拉伸應(yīng)力~應(yīng)變曲線的形狀和破壞斷面形狀來區(qū)分：脆性斷裂:①試樣在出現(xiàn)屈服點之前斷裂②斷裂表面(biǎomiàn)光滑韌性破壞:①試樣在拉伸過程中有明顯屈服點和頸縮現(xiàn)象②短裂表面(biǎomiàn)粗糙第一百九十七頁，共256頁。4.2高聚物的屈服(qūfú)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(xì)頸現(xiàn)象。它是聚合物獨特的力學(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應(yīng)力(yìnglì)-應(yīng)變曲線影響的結(jié)果，使得有的高聚物出現(xiàn)“細(xì)頸”（neck）和“冷拉”，而有的高聚物脆性易斷?！俺深i”即“冷拉”（colddrawing）是纖維和薄膜拉伸工藝的基礎(chǔ)。第一百九十八頁，共256頁。1.高聚物屈服點的特征(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(zuǒyòu)，高聚物0.2左右(zuǒyòu)（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。第一百九十九頁，共256頁。(3)屈服應(yīng)力依賴應(yīng)變(yìngbiàn)速率：應(yīng)變(yìngbiàn)速率增大，屈服應(yīng)力增大。第二百頁，共256頁。(3)屈服應(yīng)力依賴應(yīng)變(yìngbiàn)速率：

應(yīng)變(yìngbiàn)速率增大，屈服應(yīng)力增大。第二百零一頁，共256頁。(4)屈服應(yīng)力依賴于溫度：溫度升高，屈服應(yīng)力下降(xiàjiàng)。在溫度達(dá)到時，屈服應(yīng)力等于0。第二百零二頁，共256頁。（4）屈服應(yīng)力依賴于溫度：

溫度升高，屈服應(yīng)力下降(xiàjiàng)。在溫度達(dá)到Tg時，屈服應(yīng)力等于0。第二百零三頁，共256頁。第二百零四頁，共256頁。(5)屈服應(yīng)力受流體靜壓力的影響(yǐngxiǎng)：壓力增大，屈服應(yīng)力增大。第二百零五頁，共256頁。(6)高聚物屈服應(yīng)力不等于壓縮屈服應(yīng)力，后者大于前者，這種現(xiàn)象也叫著鮑辛格（Bauschinger）效應(yīng)。 由于高聚物有明顯(míngxiǎn)的鮑辛格效應(yīng)，所以高聚物取向薄膜不同方向上的屈服應(yīng)力差別很大?？捎脦靵銮?zhǔn)則解釋如下：發(fā)生屈服的條件：對于剪切情況：拉伸：壓縮：(7)高聚物在屈服(qūfú)時體積略有縮小。（分子鏈有序排列的結(jié)果）第二百零六頁，共256頁。2.真應(yīng)力-應(yīng)變曲線及屈服(qūfú)判據(jù)在屈服點有所以(suǒyǐ)第二百零七頁，共256頁。2.真應(yīng)力-應(yīng)變曲線及屈服(qūfú)判據(jù)第二百零八頁，共256頁。2.真應(yīng)力(yìnglì)-應(yīng)變曲線及屈服判據(jù)DE012301230123由無法(wúfǎ)作切線，不能成頸由可作兩條切線(qiēxiàn)，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，在此點高聚物成頸第二百零九頁，共256頁。3.屈服機理：（1）銀紋屈服，（2）剪切屈服（1）銀紋屈服——銀紋現(xiàn)象與應(yīng)力發(fā)白A.銀紋現(xiàn)象：很多高聚物，尤其是玻璃態(tài)透明高聚物（PS、PMMA、PC）在儲存及使用過程中，往往會在表面出現(xiàn)像陶瓷的那樣，肉眼可見的微細(xì)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(shǎnliànɡ)的，所以又稱為銀紋（crage）第二百一十頁，共256頁。A.銀紋第二百一十一頁，共256頁。A.銀紋第二百一十二頁，共256頁。銀紋產(chǎn)生的原因：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(xì)凹槽或“裂紋”的現(xiàn)象。b.環(huán)境因素也會促進(jìn)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(zēngjiā)分子鏈段的活動性，玻璃化溫度下降促進(jìn)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.第二百一十三頁，共256頁。B.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(suǒwèi)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。第二百一十四頁，共256頁。（2）剪切屈服現(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