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第七章 高聚物的屈服断裂和强度 第一部分 内容简介 §7.1 高聚物的拉伸实验和拉伸行为 大多数高聚物都有屈服现象。所谓冷拉伸是高聚物在低温下(非晶态高聚物是Tg以下，晶态高聚物是Tm以下)被拉伸并屈服生成细颈的现象。这种现象既不完全同于玻璃化温度以上的大形变(高弹性形变或塑性形变)也不同于高温下的粘性流动，这是一种独特的力学行为。 一、线性非晶高聚物伸应力－应变特性 表 线性非晶高聚物的应力－应变曲线各段特征 AB BC CD DE 运动单元 链段以下单元 链段开始运动 链段运动取向 链段不能再运动 模量表示 高且不变 减小 进一步减小 增大 形变 小,应力增大形变增大 应力减小形变增大 应力不变形变增大 应力增大形变增大 名称 普弹性 应变软化 强迫高弹性 应变硬化 二、结晶高聚物的应力应变特性 表 结晶高聚物的应力－应变曲线各段特征 AB BC CD DE 运动单元 链段以下单元 链段开始运动 链段运动取向 链段不能再运动 模量表示 高且不变 减小 进一步减小 增大 形变 小,应力增大形变增大 应力减小形变增大 应力不变形变增大 应力增大形变增大 名称 普弹性 应变软化 强迫高弹性 应变硬化 产生条件 温度处于脆化温度以上,玻璃化温度以下 拉伸速度应低于脆韧转变时的拉伸速度 无论是无定形高聚物，还是结晶性高聚物都能冷拉伸，但无定形高聚物在稍稍低于玻璃化温度时，最容易冷拉伸，在玻璃化温度或高于玻璃化温度时，就以不产生强颈的形式伸和。在低于玻璃化温度时非晶态高聚物是处于玻璃态的，但它在一定应力条件下竟能产生高达百分之几百的大形变。当外力除去后，大形变不回复，只有对应于应力－应变曲线起始而直线部分的形变(普弹形变)可以回复，但是只要在除去外力作用后，将冷拉的高聚物加热支玻璃化温度以上，大形变也可慢慢回复。这说明玻璃态高聚物的大形变本质上与高弹态的大形变一样，它是由于卷曲的高分子链伸直引起的形变，在玻璃化温度以下，由于链段运动被冻结，形变不右回复，当加热到链段具有足够的活动能力时，形变即可回复。这种高弹形变是在较大的外加应力作用下产生的，因此称为强迫高弹性。 强迫高弹性产生的原因是由于外力的作用减小了在作用力方向上高分子链段运动的松弛时间，使得在玻璃态被冻结的链段能超过位垒而运动，松弛时间(与外应力(之间有如下关系 （7－5） 式中(E是活化能，(是与材料有关的常数。由式可见(越大，(越小，(降低了活化能。当应力增加致使松弛时间减少到与外力作用时间同一数量级时高聚物就产生强迫高弹变形。 结晶高聚物从远低于玻璃化温度度时直到熔点附近都能发生冷拉。由于冷拉使原有的结晶结构破坏，片晶也被拉开分裂成更小的结晶单元，沿着拉伸方向排列，甚至分子链从晶体中全部拉出伸直。在应力－应变曲线上出现的应变硬化，可能与分子链重新结晶有关。 并不是所有有屈服点的高聚物材料都能发生冷拉伸。分子量较低的高聚物，在屈服点后就会破坏。这是由于短的分子不可能充分取向以达到防止材料破坏的程度。另外，形变速率过高，高聚物材料也无法进行冷拉伸，因为形变速度过快，分子链没有足够的时间松弛，相反会因应力集中而使材料早破坏。 三、 影响应力－应变特征的因素 1．温度的影响 2．应变速率 3．聚合物结构 (1) 链结构— 柔顺性 (2) 聚集态— 结晶. 取向 织态结构— 相容性 分散 §7.3 高聚物的冲击强度及增韧措施 一、冲击强度的测量方法 (1) 应力—应变实验 Ei= (J/m) charpy冲击实验（缺口、非缺口） 缺口：单位缺口长度吸收能量 （缺口处试样厚度固定） J/m 无缺口：单位截面积吸收的能量 J/m2 二、 屈服 定义： 在σ--t 曲线上，出现明显的极点或拐点、屈服点后， ε增大而 σ 下降。 剪切带：材料内部因剪切而使分子链取向的现象。 三、银纹 形成条件— 环境介质、应力 特征— (1) 在表面、取向、 闪闪发光 (2) 银纹不是空洞，有银纹质 (3) 银纹尺寸可以很大，但不导致材料破坏 四、影响冲击强度的因素 柔顺性—↑Ei↓ 分子量↑ Ei↑ 分布宽↑Ei↑ 分子向力↑ Ei↑ 支化 短支化 Ei↑ 长支化 Ei↑ 交联 轻度交联 Ei↑ 高度交联（交联密度＞链段长度）Ei↓ 结