I 第八章_聚合物的屈服与断裂.ppt

8.2 聚合物的断裂与强度 8.2.1 脆性断裂和韧性断裂 从实用观点来看，聚合物材料的最大优点之一是它们内在的韧性，这种材料在断裂前能吸收大量的能量。 但是，材料内在的韧性不是总能表现出来的，由于加载方式改变、或者温度、应变速率、制件形状和尺寸的改变等都会使聚合物材料的韧性变坏，甚至发生脆性断裂。 脆性断裂:①试样在出现屈服点之前断裂 ②断裂表面光滑 韧性断裂:①试样在拉伸过程中有明显屈服点和颈缩现象 ②断裂表面粗糙 * 8.2 聚合物的断裂与强度 * 对高聚物材料，脆性还是韧性极大地取决于实验条件：主要看温度和测试速率。 在恒定的应变速率下：低温脆性形式向高温韧性形式转变。 在恒定温度下：应变速率上伸，表现为脆性形式；应变速率下降，表现为韧性形式。 实验条件对断裂方式的影响 8.2 聚合物的断裂与强度 * 材料的断裂方式分析 聚合物材料的破坏可能是高分子主链的化学键断裂或是高分子分子间滑脱或分子链间相互作用力的破坏。 化学键拉断 15000MPa 分子间滑脱 5000MPa 分子间扯离 氢键 500MPa 范德华力100MPa 强度理论值 8.2 聚合物的断裂与强度 通过断裂形式分析：分子之间相互作用大小对强度影响最大 * 当材料所受的外力越过其承受能力时，材料就被破坏，机械强度是材料抵抗外力破坏的能力。 8.2.2 聚合物强度与理论强度 8.2 聚合物的断裂与强度 标准试样沿轴向施加拉伸载荷，直至断裂前试样所受的最大载荷P与试样横截面的比值，称为拉伸强度?t。 拉伸强度 b-试样厚度，d-试样宽度 P-最大载荷 * 试样宽度在位伸过程中随试样的伸长而逐渐减小，在工程上一般采用起始尺寸来计算拉伸强度。 聚合物杨氏模量（拉伸模量）的计算通常由初始阶段的应力与应变比例计算： 8.2 聚合物的断裂与强度 A Y B * 在断裂时三种方式兼而有之，通常聚合物理论断裂强度在几千MPa，而实际只有几十Mpa 。 8.2.2 聚合物强度与理论强度 为什么材料的实际强度远远低于理论强度？ 存在缺陷 为什么在缺陷处断裂？ 缺陷处应力集中 缺陷处应力多大？ 断裂理论 8.2 聚合物的断裂与强度 * 应力集中效应 对于椭圆孔：无限大平板中椭圆形两端点的应力最大: ?0 对圆形，a=b 对椭圆，a增加，b减小 剧烈增大 ——最终结果就是断裂 8.2.3 聚合物断裂理论 8.2 聚合物的断裂与强度 b a 对于圆孔：在孔边上与?0方向成θ角的切向应力分量可表示为: * 极性基团或氢键 主链上含芳杂环结构 适度的交联 结晶度大 取向好 高 低 拉伸强度?t 加入增塑剂 缺陷存在 影响聚合物强度的因素 8.2 聚合物的断裂与强度 * 8.2.4 聚合物的增强 Reinforcement 活性粒子（ Powder） 纤维 Fiber 液晶 Liquid Crystal 纳米材料 C ，SiO2 Glass fiber, Carbon fiber Polyester 黏土，碳纳米管 填料 Filler 增 强 途 径 8.2 聚合物的断裂与强度 * 陶瓷纤维复合材料 铝硅盐微球复合材料 8.2 聚合物的断裂与强度 碳纤维复合材料 * 8.2.5 聚合物的耐冲击性（冲击韧性） 冲击强度 Impact strength ——是衡量材料韧性的一种指标 冲断试样所消耗的功 冲断试样的厚度和宽度 冲击强度的单位: 对于无缺口试样的冲击试验，单位为kJ/m2 对于带缺口试样的冲击试验，单位为kJ/m或kJ/m2 8.2 聚合物的断裂与强度 * Pendulum machine 摆锤冲击实验仪 摆锤式冲击强度试验仪器 8.2 聚合物的断裂与强度 * 8.2.6 聚合物的增韧 (1) 橡胶增韧塑料 e.g　PVC＋CPE，PP＋EPDM 增韧效果取决于分散相相畴大小和界面粘接力，即两者相容性。 8.2 聚合物的断裂与强度 * 橡胶增韧塑料的增韧机理 银纹机理：橡胶粒子作为应力集中物诱发基体产生银纹而吸收能量。（一般脆性聚合物增韧为此机理，如：PS/SBS，PMMA/ACR） 银纹—剪切带机理：橡胶粒子作为应力集中物，在外力作用下诱发大量银纹和剪切带，吸收能量。橡胶粒子和剪切带控制和终止银纹。 8.2 聚合物的断裂与强度 * （2）刚性粒子增韧 刚性有机粒子增韧：拉伸时，由于基体与分散相之间的模量和泊松比差别致使基体对刚性粒子产生赤道面上的强压力而发生脆—韧转变，刚性粒子发生“冷拉”而吸收能量。 e.g PC/MBS 刚性无机粒子增韧: 刚性粒子促使基体在断裂过程中产生塑性变形吸收能量。 e.g PVC+CaCO3 刚性粒子增韧的条件是：基体必须具有一定韧性。 8.2 聚合物的断裂与强度 *