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第八章

聚合物的屈服和断裂

教学内容：

聚合物的应力一应变曲线

聚合物的屈服

聚合物的断裂与强度

重点要求：

会从聚合物应力——应变曲线获取信息；掌握屈服和断裂现象及其机理；韧性和强度的影响因素及增韧、增强方法和机理。

学习目的：

能从分子结构、凝聚态结构和屈服、断裂特征上对材料的韧性和强度进行初步判断，学会聚合物的增韧、增强方法，以满足其使用要求。

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研究聚合物的极限性质，即在较大外力的持续作

用或强大外力的短时作用后，聚合物发生大形变直至宏观破坏或断裂。

强度：抵抗上述破坏或断裂的能力

形变小：可用模量来表示形变特性；

极限范围内的大形变：要用应力～应变曲线来反

映这一过程

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第一节

聚合物的应力一应变曲线和屈服

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高聚物的力学性能与温度和力的作用速率有关，因此在试验和应用中注意：必须标明温度和应变速率。

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应力-应变试验哑铃型试样

图8-1

Typicalstress-straincurveforamorphouspolymerattamparaturebalowTg

8.1.1聚合物的应力-应变曲线

均匀速率拉伸，直至断裂

屈服应变

Y点以前(弹性区域):除去应力，材料能恢复原样，不留任何永久变形Y点以后(塑性区域):除去外力后，材料不再恢复原样，留有永久变形，称材料“屈服”了

Strainnsofening应变软化

Colddrawing冷拉

颈缩阶段

r=40_OA

A

AE

A

EA

Bpoint:Breakingpoint断裂点

B断梨伸长率og断裂强度

C

C

Ypoint:Yieldingpoint屈服点

oy屈服应力ey屈服应变

8.1.1.1非晶态聚合物的应力-应变曲线

Stresshardening应变硬化

Apoint:弹性极限点

Strain(E%)

f

Y

stress

∈A

C

~B

0

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颈缩阶段：“细颈”扩张，应力变化很小，应变大幅度增加

Y点以后：冻结的链段开始运动，高分子链的伸展提供了大的形变

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弹性形变-屈服-应变软化-冷拉-应变硬化-断裂

Region

UltimateElongation

形变过程

UItimateStrength

stes6)一

Pointof

Bunture

STRAIN

Stress-strain曲线下面积称作断裂能：材料从开始拉伸至破坏所吸收的能量。

断裂能Fractureenergy

反映材料拉伸断裂韧性大小

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※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)

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*聚合物的屈服强度(Y点强度)

聚合物的杨氏模量(OA段斜率)聚合物的断裂强度(B点强度)

从应力一应变曲线可以获得的被拉伸聚合物的信息

Temperature

a:TTg

b:TTg

c:TTg(几十度)d:T接近Tg

Example-PVC

0℃

0~50℃

50~70℃

70℃

各种情况下的应力-应变曲线

(a)Differenttemperature

Results

脆断

屈服后断

韧断

无屈服

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温度升高，屈服应力下降，断裂伸长率增加

拉伸速率增加，聚合物的模量增加，屈服应力、断裂强度增加，断裂伸长率减小

(b)Differentstrainrate

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Example:PMMA

3.25cm/min

0.81cm/min

*0.20cm/min

兴0.051cm/min

E%

T

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应变软化更明显，冷拉时，包括晶区和非晶区两部分形变。

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8.1.1.2晶态聚合物的应力-应变曲线

(a)温度、应变速率对应力一应变曲线的影响

图8-8;图8-9

影响与非晶态聚合物相似

温度升高，屈服应力下降，断裂伸长率增加

拉伸速率增加，聚合物的模量增加，屈服应力、断裂强度增加，断裂伸长率减小

各种情况下的应力-应变曲线

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(b)球晶大小TheSizeofSpherulites

球晶大，一般断裂伸长率和韧性降低

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结晶度增加，屈服应力、强度、模量、硬度等提高；断裂伸长率、冲击性能等下降

(c)结晶度TheDegreeofCrystallization

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8.1.1.3Differenttypesofstress-straincurve

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聚合物力学类型

软而弱

软而韧

硬而脆

硬而强

强而韧

聚合物应力

一应变曲线

应力应变曲线特点

模量

(刚性)

低

kN

低

高

高

高

屈服应力

(强度)

低

TN

高

高

高

断裂强度

(强度)

低

中

高

高

断裂伸长

(延