高分子物理 聚合物的应力-应变行为 晶态高聚物应力应变曲线第三阶段.ppt

《高 分 子 物 理 》 课程团队：李彩虹 余旺旺 栗娟 苏珺 A Y B 屈服点 弹性极限点 断裂点 应变软化 塑性形变 （强迫高弹形变） 应变硬化 典型的非晶态聚合物在玻璃态的应力-应变曲线 ?y O N D 1 非晶态高聚物的应力-应变曲线 （在Tg以下的几十度，拉伸速率一定单轴拉伸） A Y B 屈服点 弹性极限点 断裂点 应变软化 塑性形变 （强迫高弹形变） 应变硬化 ?y O N D 从应力—应变曲线可以获得的被拉伸聚合物的信息: 聚合物的杨氏模量 （OA段斜率） 聚合物的屈服强度 （Y点强度） 聚合物的 断裂强度 （B点强度） 聚合物的断裂伸长率（B点伸长率） 聚合物的断裂韧性 （曲线下面积） Y点前弹性区域，Y点后塑性区域 (1) 弹性形变（普弹形变） OA段，A点亦称为比例极限。 运动形式：键长、键角变化所引起的 形变特点：应力-应变关系符合虎克定律，形变小可回复。 外观形貌：试样均匀拉伸 1）应力-应变曲线特征及分析 A Y B 屈服点 弹性极限点 断裂点 应变软化 塑性形变 （强迫高弹形变） 应变硬化 ?y O N D A Y B 屈服点 弹性极限点 断裂点 应变软化 塑性形变 （强迫高弹形变） 应变硬化 ?y O N D (2) 屈服点Y点 Y点称为屈服点，对应的应力屈服强度σy，屈服应变εy。 屈服现象：应变增加而应力不变或是先下降后不变的现象。 外观形貌：截面突然变得不均匀，出现“细颈”。 聚合物屈服的主要特征 高聚物屈服点前形变是完全可以回复的，屈服点后高聚物将在恒应力下“塑性流动”，即链段沿外力方向开始取向，外力去除后，应变不能恢复。 高聚物在屈服点的应变相当大，剪切屈服应变为10%-20%（与金属相比）。金属0.01左右，高聚物0.2左右。 屈服点以后，大多数高聚物呈现应变软化，有些还非常迅速。 屈服应力对应变速率和温度都敏感。 屈服发生时，拉伸样条表面产生“银纹”或“剪切带”，继而整个样条局部出现“细颈”。 A Y B 屈服点 弹性极限点 断裂点 应变软化 塑性形变 （强迫高弹形变） 应变硬化 ?y O N D (3) 应变软化 YN段。 应变软化：高聚物在过了屈服点以后，应变增加，应力反而下降的现象。 外观形貌：“细颈”形成 A Y B 屈服点 弹性极限点 断裂点 应变软化 塑性形变 （强迫高弹形变） 应变硬化 ?y O N D (4) 强迫高弹形变 ND段，细颈扩展 运动形式：高分子的链段运动，即在大外力的帮助下，玻璃态高聚物本来被冻结的链段被强迫运动，使高分子链发生伸展，产生大的形变。 形变特点：形变大；当外力去除后，如果TTg，链段被冻结，形变不可回复；如果温度升到其Tg附近， 被冻结的链段开始运动，形变可回复。 其本质与橡胶的高弹形变一样，并非粘流形变，但表现的形式却有差别，为了与普通的高弹形变区别开来，通常称为强迫高弹形变。 外观形貌：细颈沿整个试样扩展 高弹形变与强迫高弹形变的比较： 相同点：大形变，同属于链段运动机理 不同点： 强迫高弹形变：需要外力较大，在去除外力后不能恢复，只有温度升高到Tg以上 时，才能恢复。 高弹形变：需要外力较小，去除外力即可恢复。 强迫高弹形变产生的原因： 也就是在外力的作用下，非晶聚合物中本来被冻结的链段被强迫运动，使高分子链发生伸展，产生大的形变。但由于聚合物仍处于玻璃态，当外力移去后，链段不能再运动，形变也就得不到回复，只有当温度升至Tg附近，使链段运动解冻，形变才能复原。 松弛时间与应力的关系： 由上式可见， 越大， 越小，即外力降低了链段在外力作用方向上的运动活化能，因而缩短了沿力场方向的松弛时间，当应力增加致使链段运动松弛时间减小到与外力作用时间同一数量级时，链段开始由蜷曲变为伸展，产生强迫高弹变形。 A Y B 屈服点 弹性极限点 断裂点 应变软化 塑性形变 （强迫高弹形变） 应变硬化 ?y O N D (5) 粘流 DB段 在应力的持续作用下，此时随应变增加，应力急剧进一步增加的现象称为应变硬化。 A Y B 屈服点 弹性极限点 断裂点 应变软化 塑性形变 （强迫高弹形变） 应变硬化 ?y O N D 应力增加机理：在应力的持续作用下，大量链段不断伸展取向排列后继续拉伸，导致了整个分子链的取向排列，分子链之间重新形成更多的物理结点，使材料的强度进一步提高，需要更大外力进行拉伸，应力迅速上升。 A Y B 屈服点 弹性极限点 断裂点 应变软化 塑性形变 （强迫高弹形变） 应变硬化 ?y O N D 分子运动及形变特点：由于发生分子链的位移，形变是不可逆的。由于它是在强力作用及室温下发生的大分子链的相对滑脱，又称冷流。 外观形貌