第八章、屈服与断裂.ppt

（1）分子结构 d：结晶度 e：适当的双轴取向 冲击强度提高 f：增塑剂 结晶度增高，冲击强度与断裂伸长率都降低 球晶尺寸增大，冲击强度降低 适量地加入增塑剂，可提高冲击强度 （2）温度 温度升高，韧性断裂，冲击强度提高 （3）外力作用速度 应变速率升高，脆性断裂，冲击强度降低 8.5.3.增韧途径与机理 橡胶粒子增韧 （1）银纹机理： 橡胶粒子作为应力集中物与基体间引发了大量银纹，吸收大量能量。同时，大量银纹间相互干扰，阻碍了银纹发展。 增韧机理I：银纹机理 （2）银纹－剪切带机理： 橡胶粒子作为应力集中物，在外力作用下引发了大量银纹和剪切带，吸收能量。同时，橡胶粒子和带控制与终止银纹发展。 橡胶粒子的存在促进了塑料相的形变，使塑料相易于发生剪切屈服或发生银纹。条件为： (1)使用温度必须高于橡胶的玻璃化温度 (2)橡胶与塑料的溶度参数接近，但橡胶必须构成另一相，不能溶于塑料相中 (3)橡胶粒子的尺寸不能小于基体内裂缝尺寸，亦即不能小于几十纳米，也不能大于0.3~0.5? 不同的橡胶／塑料组合获得的增韧效果不同。 例如： 　　高抗冲聚苯乙烯(一种5~20％聚丁二烯接枝的聚苯乙烯)主要发生银纹化； 　　聚苯乙烯与聚苯醚的共混物是先发生剪切屈服，再产生银纹： 　　在ABS中，如果橡胶粒子较小，就会发生剪切形变，如果粒子较大，就会诱发银纹。 d d+Tc d d+Tc Tc Tc/2 Tc/2 逾渗理论 Percolation 增韧机理I：裂缝弯曲 刚性粒子增韧 Crack propagation 增韧机理II：裂缝弯弓 刚性粒子增韧 Primary crack front Direction of propagation Bowed crack front 当TTb时，应力下形变的后果是 Tb：脆－韧转变温度 提高应变速率，会使Tb升高 Tb越低时，表示材料的韧性越好 缺口的存在，会使Tb大幅升高 　TTb时先发生屈服。 脆性断裂 聚合物 PDMS NR PE POM PC PA66 Tb 150 200 203 215 173 243 Tg 153 203 205 233 422 322 一些聚合物的玻璃化温度与脆化温度 8.4.2.断裂强度： （1）拉伸强度 P：断开前试样承受的最大载荷； b：试样宽度； d：试样厚度 Stress Strain (2)拉伸模量 △P：形变较小时的载荷。 l0：试样长度 （3）抗弯强度 P P 2 P 2 l0 弯曲模量 δ：挠度，试样着力处的位移 Stress Strain 应力－应变曲线 过程描述 物理参数 原因分析 上节课回顾： 屈服 细颈（塑性流动） 剪切带 银纹 断裂 脆性断裂与韧性断裂 脆－韧转变温度 屈服、应力－应变关系、断裂伸长率、断裂截面、断裂能、应力分量 8.4.3.断裂理论 断裂可简单定义为物体在外力作用下产生新表面的过程 即裂缝扩展的过程 模型体系： 无限大板， 单位厚度（厚度＝1） s0 s0 应力为?0 形变为? Griffith断裂理论 假设在无限大板上，施以均匀张应力σ0，该板上有一椭圆形孔，长轴2a，短轴2b， s0 s0 Griffith断裂理论 2b 2a 其中长轴两端点的应力最大： s0 s0 2b 2a st 当a＞＞b时， 裂缝的尖端处的应力为： a－裂缝长度的一半 ρ－裂缝尖端的曲率半径 Griffith断裂理论 体系得能量（表面能）： 4a? 产生裂缝体系能量变化 体系失能量（应变能）： ?：表面张力 裂缝扩展时的能量变化率为 如果 裂缝顺利扩展，材料断裂 如果 裂缝不扩展，材料保持完整 Griffith断裂理论 裂缝扩展的临界应力 Griffith公式 断裂强度与a1/2成反比 实验证实 均匀应力场中一旦一个裂缝开始扩展，就会一直扩展下去。 强度(MN/m2) 强度(MN/m2) 60 40 20 60 40 20 PMMA PS 1 2 5 10 PMMA及PS中裂缝长度与强度的关系 Griffith公式仅考虑了新表面的生成 即断裂所需能量仅为表面功 ？ 以Gc代替2?来代表总的断裂功 修正如下： ?(?a)1/2=(EGc)1/2 断裂动力 断裂阻力 定义： 临界应力强度因子K1C，表征材料的断裂韧性 应力强度因子 ∴　K1＞K1C时，裂缝扩展，发生断裂； 　　K1＜K1C时，裂缝稳定 8.4.4.影响