流变学第八章.pptxVIP

第八章 聚合物的断裂和强度;8. 1 聚合物的断裂模式; (2) 疲劳断裂——材料在一个应力水平低于其断裂强度的交变应力作用下，经多次循环作用而断裂；材料的疲劳过程是材料中微观局部损伤的扩展过程。使材料发生疲劳断裂所需经受的应力循环次数称为材料的疲劳寿命，—般用Nf表示。材料所受的应力水平越低，疲劳寿命越长。当应力水平低于某个临界值时，材料不出现疲劳断裂。通常用材料的疲劳寿命与所受的应力水平之间的关系曲线表征材料的疲劳特征，这种曲线常称为S－N曲线 ;(4) 环境应力开裂——材料在腐蚀件环境(包括溶剂)和应力的共同作用下发生开裂。在这种破坏模式中，环境因素的作用是第一位的。应力虽然是必要的因素，但居于第二位。表征材料抗环境应力开裂的指标是该材料的标准条状试样在单轴拉伸和接触某种介质的条件下直至断裂所需的时间 ;;8. 2 聚合物的断裂过程和断裂强度;(1) 脆性断裂 ;在脆性断裂的应力应变区直线的斜率即为弹性模量，可以定义材料的两个性能：;(2) 韧性断裂 ; 在屈服强度达到后应变发展不大时就发生断裂，断裂时的应力低于屈服应力?y。这种材料虽有韧性，但韧性很小、其强度应以屈服应力表示。这种韧性断裂称为“非应变硬化断裂”;;机理：从微观上来说，在屈服点后高分子链段开始运动。对处于玻璃态的聚合物来说，链段是被冻结的。由于受外力的作用链段被迫运动产生较大的变形，因此这种性质被称为强迫高弹性。这种变形主要由链段运动产生，对线性聚合物来说，虽无交联，但出于分子链的缠结，这种变形本质上大部分是弹性的，即可回复的。其中有部分变形可能涉及分子的滑移即流动。但是，当外力除去后，因为处于玻璃态，这种弹性变形被“冻结”起来，只有加热至Tg以上时才有可能回复 ;韧性表示在外力作用下材料变形破坏时外力所作的功，可以用下图曲线下的面积大小表示。面积大的为韧性大的材料，反之为韧性小的材料。延伸率(断裂时的应变)越大，断裂能愈高 ;如果线性聚合物的温度高于Tg，它又处于高弹态，因此这时应力应变曲线中没有屈服点．或者说它的?y＝0。其应力应变关系为非线性的，如下??d所示 ;综上所述，线型无定型聚合物的断裂过程大致可分为以下六种类型，它们拉伸时的应力应变曲线如下图所示 ;1) 硬而脆的材料，它在屈服点前发生脆性断裂、应力应变曲线的斜率较大，即具有较高的弹性模量；同时断裂时的应力较高，即具有较高的断裂抗拉强度。无定型聚苯烯的断裂属于这种类型 ;4) 软而韧的材料，它在较低的应力发生屈服，模量较低，但断裂延伸较大，断裂应力也较低。这种材料也称为柔性材料，其柔性好。软聚氯乙烯、低密度聚乙烯的断裂属于这种类型 5) 软而弱的材料，它的模量低，但有—定延伸，断裂强度低。末硫化的橡胶的断裂属于这种类型 6) 弱而脆的材料，它发生脆性断裂，而且模量很低。固体状态的低聚物，如热塑性酚醛树脂、环氧树脂的断裂届于这种类型，它们必须经交联形成网状结构才能作为材料使用 ;评判材料的力学性能的标准可归纳为下表 ;;拉伸时出现细颈的应力称为重结晶应力或强迫高弹性应力，是结晶聚合物的重要机械性能之一。重结晶应力与无定形聚合物的屈服应力在概念上是有区别的，但实际应用中往往不加区分 ; 如果结晶聚合物已经取向拉伸，则有各向异性。结晶聚合物经拉伸取向后，在拉伸方向的强度大大高于未拉伸方向的强度。要得到两个方向均匀的强度，可以进行双向拉伸，例如双向拉伸的聚丙烯薄膜 单向拉伸的结晶聚合物的断裂行为与拉伸的方向有关。拉伸方向与原来单向拉伸取向方向相同。如取向程度已相当高，则拉伸时不再发生屈服，延伸率也较小；如取向程度较低，则可能有较大的延伸 拉伸方向与原来取向的方向垂直，则如果脆性断裂强度低于重结晶应力，即在重结晶前断裂，则发生脆性断裂，强度较低；如重结晶应力较低，则断裂过程类似于未取向的结晶聚合物，分子链在垂直方向重新取向和结晶，最后得到与原取向方向垂直的新结晶聚合物，最后经应变硬化断裂 ;8.2.3．橡胶的断裂;根据包络线、可以分析橡胶的力学行为。例如在某温度G时，如保持?G不变，提高温度，这时应力发生松弛降低到G?时与包络线相交，试样断裂。如保持应力不变，提高温度则应变发展到与包络线相交于G?点，试样断裂。但如果试样处于D时，则提高温度时，应力应变不会与包络线相交，而与OA相交 ;8.2.4 温度和应变速率对断裂行为的影响;根据Iudwik-Davidenkov-Orowan脆性—延性转交理论，假定脆性断裂(断裂应力为?B) 和韧性断裂(屈服应力?y)是相互独立的过程，它们对温度有不同的依赖关系。随温度的升高，它们都随之下降，但下降的速率不同，在温度低时，脆性断裂应力?B低于屈服应力?y，因此当外力首先达到?B时，发生脆性断裂。?B随温度下降的变化率较?y随温度的变化率小，因而两条