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第十一章 聚合物的力学性能 11.1应力－应变曲线 从分子运动机理解释形变过程 影响应力－应变曲线的因素 屈服应力与测试温度的关系曲线 (c) 不同的化学结构 (d) Crystallization 结晶 (e) The Size of Spherulites 球晶大小 (f) The Degree of Crystallization 结晶度 §11.1.2 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”。 非晶态聚合物与结晶聚合物的拉伸比较 11.2 聚合物的屈服 Strain softening 应变软化 11.2.1 细颈 工程应力和真应力Engineering stress and true stress Considère 作图法: 剪切屈服现象、机理及判据 斜截面A? 抵抗外力的方式 切应力双生互等定律 银纹方向和分子链方向 环境应力开裂测试仪 银纹和剪切带均有分子链取向，吸收能量，呈现屈服现象 细颈、剪切带和银纹比较 11.3.1 脆性断裂与韧性断裂 11.3.2 材料的断裂方式分析 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 。WHY？ polymer based concrete containing spherical inorganic particles Comparing of brittle and ductile fractures（分析判断） 脆韧转变温度 Tb 断裂应力和屈服应力哪一个对应变速率更敏感？ 脆性断裂和韧性断裂判断 Example – PC聚碳酸酯 Example – PMMA聚甲基丙烯酸甲酯 The influence on Tb 无限大平板中椭圆形裂缝的应力集中 公式表达 临界应力强度K1c和应力强度因子K1 练习 § 11.4.1聚合物的拉伸强度 2.影响拉伸强度的因素 A 考虑分子结构因素 B 考虑外界因素 § 11.4.2 增强 Reinforcement （1）活性粒子增强 （2）纤维增强 （3）液晶原位增强 § 11.5 聚合物的韧性与增韧 Pendulum machine 摆锤冲击机 § 11.5.2 影响冲击强度的因素 Discussion 外界因素 § 11.5.3 聚合物的增韧 橡胶增韧塑料的增韧机理 （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“冷流”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。 对圆形，a=b 对椭圆，a增加，b减小 剧烈 ——最终结果就是断裂 打破沙锅问到底 问=纹 ——讨论什么时候裂纹开始扩展 E-弹性储存能 Gc-拉伸过程中材料所吸收的能量 a-裂缝长度的一半 裂缝扩展的临界应力 Griffith从能量平衡的观点分析断裂过程，结果： Critical stress intensity KIc Stress intensity factor K1 E-弹性储存能；Gc-拉伸过程中材料所吸收的能量 ——为裂纹扩展阻力 ——为裂纹扩展动力 力越强，?大；裂缝越长，a越大 现有一块有机玻璃(PMMA)板，内有长度为10mm的中心裂纹，该板受到一个均匀的拉伸应力?=450*106N/m2的作用力。已知该材料的临界应力强度因子KIc=84.7*106N/m2.m1/2,安全系数n=1.5,问板材结构是否安全？ a =10mm/2=5*10-3m 临界应力强度KIc 应力强度因子K1 裂纹稳定 屈服强度 断裂强度 拉伸强度?t b-试样厚度，d-试样宽度 P-最大载荷 1.拉伸强度 § 11.4 聚合物的强度与韧性 拉伸模量 △P：形变较小时的载荷 l0：试样长度 弯曲强度 P P 2 P 2 l0 弯曲模量 δ：挠度，试样着力处的位移 化学键拉断 分子间滑脱 分子间扯离 主要方式 化学键断裂所需力最大 分子间扯离所需力最小 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 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 高 低 加入增塑剂 高 低 高 低 高 低 高 低 缺陷存在 高 低 温度高 应变速率大 高 低 高 低 拉伸强度?t 活性粒子（Powder） 纤维 Fiber 液晶 Liquid Crystal Filler 填料 增强途径 Carbon black reinforcement 橡胶+碳黑 增强机理：活性粒子吸附大