第五章 高分子合金的力学性能 - 同济大学材料科学与工程学院.ppt

第五章 高分子合金的力学性能 2.2.2 高分子合金材料的大形变 在高分子合金体系中，不同组分聚合物的化学 结构、聚集态结构可能不相同；在相同条件下，不 同组分的聚合物可能处于不同的力学状态；不同组 分的聚合物形成剪切带、银纹的难易程度、特点和 发展趋势也可能不相同。这些因素使高分子合金在 应力作用下的应力—应变行为复杂化，既有与一般 聚合物相同的规律，又有其自身的特点。 第五章 高分子合金的力学性能 1. 弹性体分散相的应力集中效应 弹性体增韧塑料一般都是单相连续的形态结 构。在通常条件下，树脂连续相处于玻璃态或结晶 态，弹性体分散相呈现高弹态，属于典型的结构不 均匀体系，弹性体分散相粒子起到了应力集中物的 作用。当增韧塑料受到外力作用时，就产生应力集 中效应。 第五章 高分子合金的力学性能 应力集中效应的大小，可以用应力集中因子（材 料承受的实际应力与平均应力的比值）表示。应力集 中因子的大小与应力集中物和基体弹性模量的相对大 小、应力集中物的形状、应力集中物间的距离、外力 作用的方向等因素有关。 研究结果表明，应力集中物的尖端曲率半径ρ越 小，应力集中效应越大。 第五章 高分子合金的力学性能 假定弹性体颗粒是球形的，各向同性，颗粒含量 不大，相互间无干扰，弹性体颗粒与基体树脂间理想 地黏合在一起。受到拉伸力作用时，在与拉伸力方向 垂直的赤道面上应力集中因子最大，为1.92。当弹性 体颗粒中有树脂包容物时，如ABS、HIPS，弹性体 分散相颗粒中包容了相当数量的基体树脂，应力集中 因子有所下降，大约为1.54～1.89。 第五章 高分子合金的力学性能 分散相颗粒引起的应力集中效应的大小，与分 散相和连续相弹性模量相对大小有关。如与纯弹性 体相比，上述的ABS、HIPS的塑料集体中的应力集 中效应比较小一些就是例子。 其基本规律是：分散相的弹性模量越小，应力 集中因子越大。若分散相与基体树脂的弹性模量相 同，则无应力集中发生。 第五章 高分子合金的力学性能 随着弹性体颗粒表面之间的距离增加，应力集 中因子迅速减小。 对于实际的弹性体增韧塑料，弹性体含量较高 时，弹性体颗粒之间的应力场存在强烈的相互作 用，则有可能使颗粒之间区域应力集中因子增大。 第五章 高分子合金的力学性能 2. 共混改性塑料的拉伸性能 在弹性体增韧塑料中，除了分散相的应力集中效 应之外，还存在分散相组分和连续相组分的热膨胀系 数的不同。如弹性体增韧塑料，弹性体的热膨胀系数 通常比基体树脂的大，当共混体系由熔体冷却时，在 弹性体颗粒周围的基体树脂中产生热缩应力。此热缩 应力为一种静张力，可降低弹性体周围基体树脂的 Tg，从而有利于在外力作用下的屈服。 第五章 高分子合金的力学性能 基于以上讨论，对于分散相弹性模量低于基体树 脂的橡胶增韧塑料，在拉伸力作用下，由于产生应力 集中效应和热缩应力，易于使基体树脂在不太大的平 均拉伸应力下引发大量银纹或剪切带，使材料的韧性 上升，但屈服应力下降，断裂伸长率增加，拉伸强度 下降，弹性模量也下降。 第五章 高分子合金的力学性能 但是，剪切带形变和银纹化两种屈服机理对材料 拉伸性能的影响是不同的。 银纹多孔，靠连接银纹两银纹面间的微纤维持强 度，模量低，所以形成大量银纹时材料的弹性模量下 降的幅度大。 剪切形变则不同，剪切带的力学性能接近于未形 变的聚合物材料，又不会增加材料的可渗性，应变损 伤的程度很小。 第五章 高分子合金的力学性能 3. 影响银纹化和剪切屈服比例的因素 1）基体的性质 共混塑料屈服形变时，银纹化和剪切形变的比 例在很大程度上取决于连续相的性质。一般而言， 连续相的韧性越大，则剪切成分占的比例越大。例 如HIPS，屈服形变基本上是由银纹产生的。将 HIPS与PPO共混，随着PPO含量增加，基体韧性提 高，剪切屈服形变成为主导因素。 第五章 高分子合金的力学性能 2）施加的应力 随着施加的拉伸应力增大，屈服形变中银纹成 分占的比例增加。例如ABS，拉应力为26.5MN/m2 时，剪切形变成分几乎为100％，而当拉应力为 34.5MN/m2时，银纹成分增加到85％。 所施加拉伸力的速度的影响与应力大小的影响 相似。大多数情况下，增大施力速度，银纹成分占 的比例增大。 第五章 高分子合金的力学性能 应力类型对形成剪切带还是银纹的影响更大。 拉伸应力促进银纹的形成，而压应力则