聚合物的應(yīng)力應(yīng)變曲線

關(guān)于聚合物的應(yīng)力應(yīng)變曲線第1頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三內(nèi)容提要教學(xué)內(nèi)容：聚合物的塑性與屈服，聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，細(xì)頸，銀紋，屈服判據(jù)；聚合物的斷裂與強度，斷裂理論，影響聚合物強度的因素與增強，聚合物的增韌?；疽螅鹤R別非晶態(tài)聚合物、晶態(tài)聚合物和取向聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，掌握細(xì)頸和銀紋的現(xiàn)象與理論解釋，掌握屈服判據(jù)，區(qū)分脆性斷裂與韌性斷裂，明確聚合物的強度概念，了解斷裂理論，掌握影響聚合物強度的因素及增強的手段，認(rèn)識聚合物增韌的途徑與機理及影響因素。重點難點：應(yīng)力-應(yīng)變曲線，細(xì)頸和銀紋現(xiàn)象的理解，屈服判據(jù)，聚合物的增強與增韌。第2頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三本章內(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疲勞第3頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三表征材料力學(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第4頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三應(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第5頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三彈性模量楊氏模量：

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：第6頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三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第7頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三幾種常用的力學(xué)強度拉伸強度

σt=P/bd（最大負(fù)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)果會有不同第8頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三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第9頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三聚合物力學(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。可以從純粘性經(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)。第10頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三高彈性——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第11頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三粘彈性——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）第12頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三比強度特高

比強度——單位重量材料能承受的最大負(fù)荷第13頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三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第14頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三8.1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。第15頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三1.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

第16頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三應(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第17頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三

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第18頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三應(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→斷裂第19頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三2、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以上無屈服第20頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三（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=時間短溫度低第21頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三（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第22頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三(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，形成微晶或微纖束第23頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三(5)球晶大小第24頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三(6)結(jié)晶度第25頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三3.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(xì)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)。第26頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三玻璃態(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。第27頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4、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)第28頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三聚合物力學(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第29頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三例子聚合物力學(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.韌性好第30頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三8.1.2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(xì)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(xì)頸和冷拉，而有的高聚物脆性易斷。第31頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三關(guān)于細(xì)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(xì)頸”的位置自由體積增加松弛時間變短出現(xiàn)“細(xì)頸”的原因無外力有外力

Orientation細(xì)頸穩(wěn)定取向硬化

Considère作圖法唯象角度

判據(jù)細(xì)頸:屈服時，試樣出現(xiàn)的局部變細(xì)的現(xiàn)象。第32頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三(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。第33頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三(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)力第34頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三(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(dá)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℃第35頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三(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)變第36頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三(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。第37頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三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第38頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三關(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第39頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三Considere作圖法（真應(yīng)力-應(yīng)變曲線）(P180)在橫坐標(biāo)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。第40頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三2.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，在此點高聚物成頸第41頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三屈服判據(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)）第42頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三3.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(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的，所以又稱為銀紋crageFF第43頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三產(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(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(kuò)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(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44頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三銀紋定義：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(xì)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(jìn)一步發(fā)展→裂縫→脆性斷裂。第45頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三銀紋現(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。第46頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三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。第47頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三(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(dá)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(xì)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(kuò)展。剪切帶的結(jié)構(gòu)形態(tài)第48頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三通常，韌性材料最大切應(yīng)力首先達(dá)到抗剪強度，所以材料先屈服。脆性材料最大切應(yīng)力達(dá)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(xì)小的不規(guī)則微纖構(gòu)成。第49頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三電鏡（SEM）下的剪切帶圖片第50頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三巖石山體的剪切帶第51頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三共性：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)果冷拉裂縫第52頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三細(xì)頸、剪切帶和銀紋比較主要區(qū)別細(xì)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第53頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三如何區(qū)分?jǐn)嗔研问剑?/p>

------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第54頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三8.2.1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)力分量第55頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三高分子材料的內(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(biāo)。c.試樣斷裂表面的形態(tài)。第56頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三脆性斷裂與韌性斷裂表面脆性斷裂

韌性斷裂第57頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三2.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第58頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三3.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(dāng)外加應(yīng)力達(dá)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。第59頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三問題：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！第60頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三問題：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！第61頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三影響高聚物脆韌轉(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)榇嘈缘?2頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三脆性斷裂與韌性斷裂的判斷T<Tb,先達(dá)到b，脆性斷裂T>Tb,先達(dá)到y(tǒng)，韌性斷裂第63頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三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第64頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.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?；瘜W(xué)鍵拉斷15000MPa分子間滑脫5000MPa分子間扯離氫鍵500MPa范德華力100MPa理論值第65頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三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)力集中第66頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三含有球形無機粒子的聚合物粘結(jié)劑的電鏡圖片第67頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三疲勞斷裂的表面電鏡圖片第68頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三聚合物木層板斷裂表面的電鏡圖片第69頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三例1：PC聚碳酸酯Tg=150℃Tb=-20℃室溫下PC是否易碎？第70頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三例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？第71頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三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第72頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三斷裂伸長率：揚氏模量：第73頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三（2）彎曲強度彎曲強度：彎曲模量：第74頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三（3）沖擊強度

沖擊強度：式中W是沖斷試樣所消耗的功。

第75頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三8.2.3斷裂理論自學(xué)第76頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三8.2.4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(biāo)沖斷試樣所消耗的功沖斷試樣的厚度和寬度第77頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三從分子角度來看，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第78頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三1.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(tuán)有H鍵H鍵密度大說明：極性基團(tuán)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。第79頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三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)：第80頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三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第81頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三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倍第82頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三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(dá)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)。第83頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三2、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↘，材料變脆第84頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三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第85頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三C、取向可以使強度成倍提高原因：（1）取向后高分子鏈順著外力的方向平行排列，使斷裂時，破壞主價鍵的比例大大提高，而共價鍵的強度比范德華力的強度高。（2）取向可以阻礙裂紋向縱深發(fā)展。0.200.40.81.0強度取向因子f第86頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三3.應(yīng)力集中物的影響應(yīng)力集中現(xiàn)象：材料的缺陷在受力時，使材料內(nèi)部的應(yīng)力平均分布的狀態(tài)發(fā)生變使缺陷附近局部范圍內(nèi)的應(yīng)力急劇增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平均值。缺陷就是應(yīng)力集中物：它包括裂縫、空隙、缺口、銀紋和雜質(zhì)。應(yīng)力集中物的存在大大降低了材料的強度，也是造成聚合物實際強度遠(yuǎn)小于理論強度的原因。第87頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4、增塑劑的影響增塑劑的加入對聚合物起稀釋作用，減小了高分子鏈間的作用力，因而使拉伸強度↘，且有下降值與增塑劑加入量成正比。增塑劑使鏈段運動能力增強，所以沖擊強度↗第88頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三5、填料的影響按作用分：惰性填料：只起稀釋