第 7 章 聚合物的斷裂和強(qiáng)度

第7章聚合物的斷裂和強(qiáng)度1.

聚合物的斷裂模式1.1

根據(jù)斷裂前吸收能量的大小脆性和韌性斷裂。1.2

根據(jù)受載條件○直接加載下的斷裂；○疲勞斷裂——材料在一個應(yīng)力水平低于其

斷裂強(qiáng)度的交變應(yīng)力作用下，經(jīng)多次循環(huán)

作用斷裂；○蠕變斷裂——材料在一個低于其斷裂強(qiáng)度

的恒定應(yīng)力的長期作用下發(fā)生斷裂，也稱

靜態(tài)疲勞。○

環(huán)境應(yīng)力開裂——材料在腐蝕性環(huán)境（包括溶

劑）和應(yīng)力的共同作用下發(fā)生開裂?！鹉p磨耗——一種材料在與另一種材料的摩

擦過程中，其表面材料以小顆粒形式斷裂下來。2.

聚合物的斷裂過程和斷裂強(qiáng)度

2.1線型無定型聚合物的斷裂過程（T<Tg）脆性斷裂——剛性、彈性模量、強(qiáng)度；韌性斷裂——應(yīng)變軟化、冷拉伸、細(xì)頸、韌性；應(yīng)力(σ)應(yīng)變屈服點應(yīng)變軟化應(yīng)變硬化×冷拉伸2.3橡膠的斷裂

在高于Tg時，其應(yīng)力－應(yīng)變曲線中沒有屈服點。2.2

晶態(tài)聚合物的斷裂行為2.4溫度和應(yīng)變速率對斷裂行為的影響○

溫度的影響○

應(yīng)變速率的影響○

應(yīng)力性質(zhì)的影響應(yīng)力(σ)0應(yīng)變(ε)ABCDEFGG’G’’應(yīng)變速度增加，溫度降低T(℃)TBσBσy3.固體聚合物的屈服行為3.1固體聚合物屈服行為的特點○屈服后聚合物一般發(fā)生應(yīng)變軟化，屈服應(yīng)力時的應(yīng)變較小○對溫度敏感○當(dāng)溫度高于玻璃化溫度時，屈服應(yīng)力很快降為0○結(jié)晶聚合物屈服后，可以形成細(xì)頸，并發(fā)生相變化3.2屈服和冷拉條件工程應(yīng)力：真實應(yīng)力：則：假定材料不可壓縮，則：λ稱為拉伸比。因此屈服應(yīng)力符合如下條件：因為：所以：因為λ＝1+ε，dλ=dε,所以：Considere作圖法εσ’σ應(yīng)力λ－1012012301234σ不發(fā)生屈服發(fā)生屈服形成細(xì)頸發(fā)生屈服發(fā)生冷拉伸應(yīng)變硬化4.

固體聚合物的屈服行為聚合物的微觀斷裂機(jī)理化學(xué)鍵斷裂范德華力或氫鍵破壞分子間滑落4.1固體聚合物的理論強(qiáng)度

聚合物的強(qiáng)度與單位面積上鍵的數(shù)目及鍵的強(qiáng)度有關(guān)。此外與氫鍵和分子間范德華力有關(guān)。

理論上計算一個聚乙烯分子鏈斷裂所需的力(3~4)×10－9N/鍵。4.2強(qiáng)度和模量的關(guān)系4.3聚合物材料實際斷裂行為與結(jié)構(gòu)的關(guān)系(1)化學(xué)本性①②③(2)分子量(3)結(jié)晶和取向5.聚合物斷裂的裂縫理論2a圓孔橢圓孔5.1

裂縫的應(yīng)力集中對圓孔形，應(yīng)力：對橢圓孔，應(yīng)力：當(dāng)a≥b時，5.2

Griffith斷裂理論4.用粘度法測定某一PS試樣的相對分子質(zhì)量,實驗是在苯溶液中30℃進(jìn)行的，步驟是先稱取0.1375g試樣，配制成25mL的PS－苯溶液，用移液管移取10mL此溶液注入黏度計中，測量出流出時間t1＝241.6s，然后依次加入苯5mL、5mL、10mL、10mL稀釋，分別測得流出時間t2=189.7s，t3=166.0s，t4=144.4s，t5=134.2s。最后測得純苯的流出時間t0=106.8s。從書中查得PS－苯體系在30℃時的K＝0.99×10-2，a=0.74。試計算試樣的黏均分子質(zhì)量。c’12/31/21/31/4t241.6189.7166144.4134.2ηr=t/t02.2621.7761.5541.3521.257ηSP

=ηr-11.2620.7760.5540.3520.257lnηr/c0.8160.8620.8820.9050.915ηsp/c1.2631.1641.1081.0561