第八章聚合物的屈服和断裂要点解析.ppt

第八章 聚合物的屈服和断裂 桂林理工大学 材料科学与工程学学院 高分子教研室 彭锦雯 主讲 内容提要 教学内容：聚合物的塑性与屈服，聚合物的应力-应变曲线，细颈，银纹，屈服判据；聚合物的断裂与强度，断裂理论，影响聚合物强度的因素与增强，聚合物的增韧。 基本要求：识别非晶态聚合物、晶态聚合物和取向聚合物的应力-应变曲线，掌握细颈和银纹的现象与理论解释，掌握屈服判据，区分脆性断裂与韧性断裂，明确聚合物的强度概念，了解断裂理论，掌握影响聚合物强度的因素及增强的手段，认识聚合物增韧的途径与机理及影响因素。 重点难点：应力-应变曲线，细颈和银纹现象的理解，屈服判据，聚合物的增强与增韧。 本章内容 8.1 聚合物的塑性和屈服 8.1.1应力应变曲线 8.1.2 聚合物的屈服 8.2 高聚物的断裂和强度 8.2.1 脆性断裂与韧性断裂 8.2.2 聚合物的强度 8.2.3 断裂理论 8.2.4 影响聚合物强度和韧性的因素------增强与增韧 8.2.5 疲劳 表征材料力学性能的基本物理量 不同材料的泊松比 几种常用的力学强度 拉伸强度 σt= P/bd （最大负荷/截面积)MPa 1 MPa = 9.8 kg/cm2 ≈ 10 kg/cm2 弯曲强度 σf = 1.5(Pl/bd) MPa 冲击强度 σi = W/bd Kgcm/cm2 注意!不同方法测量结果会有不同 常见塑料的拉伸和弯曲强度 聚合物力学性质的特点 是已知材料中变性范围最宽的力学性质。即力学性质的多样性。例如液体有软弹性、硬弹性、刚性、脆性、韧性等。可以从纯粘性经粘弹性到纯弹性，为应用提供了广阔的选择余地。 例子： 1. PS制品很脆，一敲就碎（脆性） 2. 尼龙制品很坚韧，不易变形，也不易破碎（韧性） 3. 轻度交联的橡胶拉伸时，可伸长好几倍，力解除后基本恢复原状（弹性） 4. 胶泥变形后，却完全保持新的形状（粘性） 力学性对温度和时间有强烈的信赖性。造成以上特点的原因：归结为聚合物的长链分子结构。 高弹性——高聚物特有 显示高弹性的温度范围(Tg~Tf) 分子量 温度范围(Tg~Tf)增宽 (Tg~Tf)的范围决定了橡胶的使用温度范围 粘弹性——力学行为对温度和时间 有强烈的依赖关系 为高聚物独特的力学行为 σ（应力） ε（应变） 在研究高聚物力学行为 T（温度） 时必须同时考虑 t（时间） 比强度特高 比强度——单位重量材料能承受的最大负荷 几种金属材料和塑料(增强)的比强度 8.1 聚合物的塑性和屈服 8.1.1应力应变曲线 1. 典型的应力-应变曲线 ------以屈服点A为界分成两部分： 应力应变曲线 应力：σ = F/A0 应变：ε = ?l / l0 材料的杨氏模量E为应力-应变曲线起始部分的斜率 E = tgа = ?σ /? ε 应力应变曲线形变过程分析 弹性形变→屈服→应变软化→冷拉→应变硬化→断裂 2、外界条件对应力-应变曲线的影响 （1）不同温度 随温度的增加应力-应变曲线的类型从硬而脆的变为软而韧的。 （2）不同拉伸速率 （3）物质结构组成 (4) 结晶 应变软化更明显 冷拉时晶片的倾斜、滑移、转动，形成微晶或微纤束 (5) 球晶大小 (6) 结晶度 3.晶态聚合物的应力一应变曲线 整个曲线可分为三个阶段： 到y点后，试样截面开始变得不均匀，出现 “细颈”。 玻璃态聚合物的拉伸与结晶聚合物的拉伸相似之处： 即两种拉伸过程均经历弹性变形、屈服、发展大形变以及应变硬化等阶段，其中大形变在室温时都不能自发回复，而加热后则产生回复，故本质上两种拉伸过程造成的大形变都是高弹形变。该现象通常称为“冷拉”。 两种拉伸过程又有区别： 即产生冷拉的温度范围不同，玻璃态聚合物的冷拉温度区间是Tb到Tg，而结晶聚合物则为Tg至Tm；另一差别在于玻璃态聚合物在冷拉过程中聚集态结构的变化比晶态聚合物简单得多，它只发生分子链的取向，并不发生相变，而后者尚包含有结晶的破坏，取向和再结晶等过程。 4、聚合物具有的应力-应变曲线类型： 五种不同类型材料的比较 例子 8.1.2 聚合物的屈服 1.高聚物屈服点的特征 大多数高聚物有屈服现象，最明显的屈服现 象是拉伸中出现的细颈现象。它是独特的力 学行为。并不是所有的高聚物材料都表现出 屈服过程，这是由于温度和时间对高聚物的 性能的影响往