8 聚合物的服和断裂.ppt

8 Yielding and breaking of Polymers （Mechanical Properties of Polymers） ;Mechanical Properties;8.1 Stress-Strain Behavior of Polymers;Tensile stress;Y: yield point ?y: yield strength ?y: elongation at yield ;序号;;How to find yield point in true stress-strain curve?;; 化学组成 化学结构 分子量及其分布 支化、交联 结晶及取向 物理结构 晶区大小与形状 形态 试验条件—温度、速率、流体静压力等 ;8.2 Yielding and cold drawing of Polymer;;遣沉寄情辐刷掇芥菱做安笔登淤卤窥敢愉解侄党丑遣漓释挖享糖颠个谬件8 聚合物的服和断裂8 聚合物的服和断裂;高分子为什么会屈服？屈服后为什么会产生细颈？细颈为什么会扩展？ ;Shear band for rock;8.2.2 Principle of yielding 屈服原理;脆性试样(抗拉极限抗剪极限) (45?、135?斜截面上)最大剪切应力(半拉伸应力)达到剪切强度前，横截面(垂直于拉伸方向)上法向(拉)应力(拉伸应力)已达材料的拉伸强度，试样来不及屈服就断裂 韧性材料(抗剪极限抗拉极限) (45?、135?)斜截面上的最大剪切应力(半拉伸应力)先达到剪切强度，使材料屈服，出现剪切带 进一步拉伸，剪切带中分子链取向，强度提高，变形暂时停止。其边缘则进一步发生剪切变形 试样逐渐生成对称的细颈 (直至细颈破坏，或扩展至整个试样);;glassy amorphous polymers 玻璃态非晶高分子;?E: 活化能 ?: 外力 ?: 活化体积 ?: 松弛时间;8.2.2 Principle of yielding 屈服原理;曲线可分为三个阶段 均匀拉伸至Y 屈服、成颈、颈扩展(应力几乎恒定) 成颈结束后均匀拉伸，应力硬化至断裂;;单向拉伸至屈服点时，韧性高分子中出现的、与拉伸方向成约45?角倾斜的剪切带;;*;无论发生银纹或剪切带，均消耗大量能量，提高韧性 银纹和剪切带，是韧性高分子形变的两种主要形式;8.3 Fracture Theory of Polymers;脆性断裂和韧性断裂;;;Griffith线弹性断裂理论，从能量平衡观点分析断裂过程，认为 断裂产生新表面，所需要表面能由材料弹性储能的减少来补偿 大量弹性储能集中于裂缝附近。材料在裂缝处先行断裂;KI KIC 时破坏;认为断裂是松弛过程 宏观断裂，是化学键断裂的热活化过程 原子热运动的无规热涨落能量 束缚原子的位垒时，化学键离解，发生断裂。该过程与时间有关 在恒应力作用下，材料从完好状态到断裂的时间，称为承载寿命 外力降低了活化位垒，致使寿命降低，材料易断裂;拉伸应力作用下，材料寿命与应力的关系为;8.4 Tensile Strength of Polymers;从分子角度看，高分子之所以有抵抗外力破坏的能力，主要靠分子内的化学键、分子间的范德华力(和氢键) 不考虑其他因素，可从微观角度计算出高分子的理论强度 为简化问题，把聚合物断裂的微观过程归纳为3种 化学键破坏 分子间滑脱 范德华力或氢键破坏;断裂截面上所有高分子链的化学键同时破坏 C-C键能335~378kJ·mol-1，每键键能5~6 ?10-19J。该能量可看作克服成键的原子引力;高分子链平行于受力方向排列，使断裂截面上所有高分子链间作用力(包括范德华力和氢键)同时破坏;Destroy of Van der Waals bond 范德华键破坏;8.4.2 Tensile strength of practical polymers 实际高分子的拉伸强度;主要原因 材料内部存在各种缺陷，造成应力集中，使局部区域的应力 平均应力。局部应力达到材料的理论强度，首先发生破坏，继而扩展到材料整体 玻璃态高分子中，存在大量尺寸100nm的孔穴，有应力集中效应 高分子合成、加工过程中，难免引入许多杂质和缺陷，有应力集中效应 破坏总是先发生在某些薄弱环节，不可能是那么多的化学键或分子间作用力同时破坏 高分子聚集态结构不可能像理论计算时