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1、关于聚合物的应力关于聚合物的应力应变曲线应变曲线第一页，讲稿共一百零一页哦内容提要内容提要v教学内容：聚合物的塑性与屈服，聚合物的应力：聚合物的塑性与屈服，聚合物的应力-应变曲应变曲线，细颈，银纹，屈服判据；聚合物的断裂与强度，断裂理论，线，细颈，银纹，屈服判据；聚合物的断裂与强度，断裂理论，影响聚合物强度的因素与增强，聚合物的增韧。影响聚合物强度的因素与增强，聚合物的增韧。v基本要求：识别非晶态聚合物、晶态聚合物和取向聚合物的：识别非晶态聚合物、晶态聚合物和取向聚合物的应力应力-应变曲线，掌握细颈和银纹的现象与理论解释，掌握屈应变曲线，掌握细颈和银纹的现象与理论解释，掌握屈服判据，区分脆性断
2、裂与韧性断裂，明确聚合物的强度概念，服判据，区分脆性断裂与韧性断裂，明确聚合物的强度概念，了解断裂理论，掌握影响聚合物强度的因素及增强的手段，了解断裂理论，掌握影响聚合物强度的因素及增强的手段，认识聚合物增韧的途径与机理及影响因素。认识聚合物增韧的途径与机理及影响因素。v重点难点：应力：应力-应变曲线，细颈和银纹现象的理解，屈服判应变曲线，细颈和银纹现象的理解，屈服判据，聚合物的增强与增韧。据，聚合物的增强与增韧。第二页，讲稿共一百零一页哦本章内容本章内容v8.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服 8.1.1应力应变曲线应力应变曲线 8.1.2 聚合物的屈服聚合物的屈服v8.2 高聚物的断
3、裂和强度高聚物的断裂和强度 8.2.1 脆性断裂与韧性断裂脆性断裂与韧性断裂 8.2.2 聚合物的强度聚合物的强度 8.2.3 断裂理论断裂理论 8.2.4 影响聚合物强度和韧性的因素影响聚合物强度和韧性的因素-增强与增韧增强与增韧 8.2.5 疲劳疲劳第三页，讲稿共一百零一页哦表征材料力学性能的基本物理量受受力力方方式式 简单拉伸 简单剪切 均匀压缩 参数受受力力特特点点外力F是与截面垂直，大小相等，方向相反，作用在同一直线上的两个力。外力F是与界面平行，大小相等，方向相反的两个力。材料受到的是围压力。FFFF第四页，讲稿共一百零一页哦应变应变张应变：真应变：切应变：是偏斜角压缩应变：应力应
4、力张应力：真应力：切应力：压力P第五页，讲稿共一百零一页哦弹弹性性模模量量杨氏模量：泊淞比：切变模量：体积模量：柔柔量量拉伸柔量：切变柔量：可压缩度：第六页，讲稿共一百零一页哦不同材料的泊松比材料名称泊松比材料名称泊松比锌0.210.21玻璃0.250.25钢0.250.30.250.35 5石料0.160.30.160.34 4铜0.310.30.310.34 4聚苯乙系0.330.33铝0.320.30.320.36 6聚乙烯0.380.38铅0.450.45有机玻璃0.330.33汞0.500.50橡胶类0.490.50.490.50 0第七页，讲稿共一百零一页哦几种常用的力学强度v拉伸
5、强度 t=P/bd（最大负荷/截面积)MPa 1 MPa=9.8 kg/cm2 10 kg/cm2 v弯曲强度 f=1.5(Pl/bd)MPav冲击强度 i=W/bd Kgcm/cm2 注意!不同方法测量结果会有不同不同方法测量结果会有不同第八页，讲稿共一百零一页哦常见塑料的拉伸和弯曲强度塑料名称塑料名称拉伸强度拉伸强度（MPMPa a）伸长率伸长率%拉伸模量拉伸模量（GPGPa a）弯曲强度弯曲强度（MPMPa a）弯曲模量弯曲模量（GPGPa a）聚乙烯2239601500.840.9525401.11.4聚苯乙烯35.263.312252.83.561.298.4ABS塑料16.963.
6、3101400.72.925.394.93.0有机玻璃49.277.32103.291.4119聚丙烯33.742.22007001.21.442.256.21.21.6聚氯乙烯35.263.320402.54.270.3112尼龙6683603.23.31001102.93.0尼龙674781502.61002.42.6尼龙101052551002501.6891.3聚甲醛626860752.891922.6聚碳酸酯67601002.22.4981062.03.0聚砜7285201002.52.91081272.8聚酰亚胺94.5681003.2聚苯醚86.589.530802.62.898
7、1372.02.1氯化聚醚42.3601601.170770.9线性聚酯802002.9117聚四氟乙烯14252503500.41114第九页，讲稿共一百零一页哦聚合物力学性质的特点聚合物力学性质的特点vv是已知材料中变性范围最宽的力学性质是已知材料中变性范围最宽的力学性质是已知材料中变性范围最宽的力学性质是已知材料中变性范围最宽的力学性质。即力学性质的多样。即力学性质的多样性。例如液体有软弹性、硬弹性、刚性、脆性、韧性等。性。例如液体有软弹性、硬弹性、刚性、脆性、韧性等。可以从纯粘性经粘弹性到纯弹性，为应用提供了广阔的选可以从纯粘性经粘弹性到纯弹性，为应用提供了广阔的选择余地。择余地。v例
8、子：例子：1.PS制品很脆，一敲就碎（脆性）2.尼龙制品很坚韧，不易变形，也不易破碎（韧性）3.轻度交联的橡胶拉伸时，可伸长好几倍，力解除后基本恢复原状（弹性）4.胶泥变形后，却完全保持新的形状（粘性）vv力学性对温度和时间有强烈的信赖性力学性对温度和时间有强烈的信赖性力学性对温度和时间有强烈的信赖性力学性对温度和时间有强烈的信赖性。造成以上特点的原因：。造成以上特点的原因：归结为聚合物的长链分子结构。归结为聚合物的长链分子结构。第十页，讲稿共一百零一页哦v高弹性高聚物特有高聚物特有 显示高弹性的温度范围(TgTf)分子量温度范围(TgTf)增宽(TgTf)的范围决定了橡胶的使用温度范围第十一
9、页，讲稿共一百零一页哦v粘弹性力学行为对温度和时间 有强烈的依赖关系为高聚物独特的力学行为 （应力）（应变）在研究高聚物力学行为 T（温度）时必须同时考虑 t（时间）第十二页，讲稿共一百零一页哦v比强度特高比强度单位重量材料能承受的最大负荷第十三页，讲稿共一百零一页哦几种金属材料和塑料(增强)的比强度材 料 名 称比 重拉伸强度（MPa）比 强 度高级合金钢8.01280160A3钢7.8540050铝合金2.8420160铸铁7.424032聚乙烯0.953031.6尼龙661.128374.1玻璃增强尼龙661.31.598218143聚酯玻璃钢1.8290160环氧玻璃钢1.735002
10、80玻璃增强聚碳酸酯1.412013092.9芳香聚酰胺纤维1.4528001900聚酯纤维1.381100800超高分子量聚乙烯纤维0.9735003400聚苯并噁唑(纤维)1.5658003700第十四页，讲稿共一百零一页哦8.1 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服vv8.1.1应力应变曲线应力应变曲线玻玻玻玻璃璃璃璃态态态态高高高高聚聚聚聚物物物物的的的的塑塑塑塑性性性性与与与与屈服屈服屈服屈服：小形变的情况小形变的情况 大形变的情况大形变的情况大形变的情况大形变的情况 研究玻璃态高聚物大形变常研究玻璃态高聚物大形变常研究玻璃态高聚物大形变常研究玻璃态高聚物大形变常用应力用应力用应力用
11、应力-应变实验，判断高聚物应变实验，判断高聚物应变实验，判断高聚物应变实验，判断高聚物材料的强弱，硬软，韧脆。材料的强弱，硬软，韧脆。材料的强弱，硬软，韧脆。材料的强弱，硬软，韧脆。第十五页，讲稿共一百零一页哦1.1.典型的应力典型的应力-应变曲线应变曲线 -以屈服点以屈服点A A为界分成为界分成两部分两部分：vv A A A A点以前是点以前是点以前是点以前是弹性区域弹性区域弹性区域弹性区域，可恢复原样。，可恢复原样。，可恢复原样。，可恢复原样。vv A A A A点点点点以以以以后后后后呈呈呈呈塑塑塑塑性性性性行行行行为为为为，不不不不可可可可恢恢恢恢复复复复原原原原样样样样，发生永久变形
12、，材料屈服。发生永久变形，材料屈服。发生永久变形，材料屈服。发生永久变形，材料屈服。其中：其中：其中：其中：A A A A点为点为点为点为屈服点屈服点屈服点屈服点，对应的应力和应变为，对应的应力和应变为，对应的应力和应变为，对应的应力和应变为屈服应力屈服应力屈服应力屈服应力 和和和和屈服应变屈服应变屈服应变屈服应变 AB AB AB AB 段叫段叫段叫段叫应变软化应变软化应变软化应变软化 BC BC BC BC 段段段段颈缩颈缩颈缩颈缩阶段阶段阶段阶段 CD CD CD CD 段段段段取向硬化取向硬化取向硬化取向硬化 D DDD点发生点发生点发生点发生断裂断裂断裂断裂，对应的应力为，对应的应力
13、为，对应的应力为，对应的应力为抗拉强抗拉强抗拉强抗拉强度度度度 第十六页，讲稿共一百零一页哦应力应变曲线应力应变曲线断裂点断裂点B point:Breaking point A 弹性极限应变弹性极限应变 A弹性极限应力弹性极限应力 B 断裂伸长率断裂伸长率 B断裂强度断裂强度 Y 屈服应力屈服应力屈服点屈服点Y point:Yielding point弹性极限点弹性极限点A point:Point of elastic limit第十七页，讲稿共一百零一页哦v 应应力：力：=F/A0v 应变应变：=l/l0v 材料的材料的杨杨氏模量氏模量E为应为应力力-应变应变曲曲线线起始部分的起始部分的斜率
14、斜率 E=tg=/第十八页，讲稿共一百零一页哦应力应变曲线形变过程分析应力应变曲线形变过程分析vv弹性形变弹性形变屈服屈服应变软化应变软化应变软化应变软化冷拉冷拉冷拉冷拉应变硬化应变硬化断裂断裂第十九页，讲稿共一百零一页哦2、外界条件对应力、外界条件对应力-应变曲线的影响应变曲线的影响vv（1）不同温度）不同温度随温度的增加应力随温度的增加应力随温度的增加应力随温度的增加应力-应变曲线的类型从硬而应变曲线的类型从硬而应变曲线的类型从硬而应变曲线的类型从硬而脆的变为软而韧的。脆的变为软而韧的。脆的变为软而韧的。脆的变为软而韧的。TTa:TTg 脆断b:TTg 屈服后断c:TTg 几十度 韧断d:
15、Tg以上 无屈服 第二十页，讲稿共一百零一页哦vv（2）不同拉伸速率）不同拉伸速率）不同拉伸速率）不同拉伸速率速度速度拉伸速率拉伸速率时温等效原理：时温等效原理：时温等效原理：时温等效原理：拉伸速度快拉伸速度快拉伸速度快拉伸速度快 =时间短时间短时间短时间短 温度低温度低温度低温度低第二十一页，讲稿共一百零一页哦v（3）物质结构组成）物质结构组成a:脆性材料 c:韧性材料d:橡胶b:半脆性材料酚醛或环氧树脂PP,PE,PCPS,PMMANature rubber,PI第二十二页，讲稿共一百零一页哦v(4)结晶结晶v应变软化更明显应变软化更明显v冷拉时晶片的倾斜、冷拉时晶片的倾斜、滑移、转动，形
16、成滑移、转动，形成微晶或微纤束微晶或微纤束第二十三页，讲稿共一百零一页哦v(5)球晶大小球晶大小第二十四页，讲稿共一百零一页哦v(6)结晶度结晶度第二十五页，讲稿共一百零一页哦3.3.晶态聚合物的应力一应变曲线晶态聚合物的应力一应变曲线整个曲整个曲线线可分可分为为三个三个阶阶段：段：到到y点后，点后，试样试样截面开始截面开始变变得不均得不均匀，出匀，出现现“细颈细颈”。晶态聚合物“冷拉”的原因：Tm以下，冷拉：拉伸成颈（球晶中片晶的变形）非晶态：Tg以下冷拉，只发生分子链的取向晶态：Tm以下，发生结晶的破坏，取向，再结晶过程，与温度、应变速率、结晶度、结晶形态有关。第二十六页，讲稿共一百零一页
17、哦v玻璃态聚合物的拉伸与结晶聚合物的拉伸相似之处：即两种拉伸过程均经历弹性变形、屈服、发展大形变以及应变即两种拉伸过程均经历弹性变形、屈服、发展大形变以及应变硬化等阶段，其中大形变在室温时都不能自发回复，而加热后硬化等阶段，其中大形变在室温时都不能自发回复，而加热后则产生回复，故本质上两种拉伸过程造成的大形变都是高弹形则产生回复，故本质上两种拉伸过程造成的大形变都是高弹形变。该现象通常称为变。该现象通常称为“冷拉”。v两种拉伸过程又有区别：即产生冷拉的温度范围不同，玻璃态聚合物的冷拉温度区间是即产生冷拉的温度范围不同，玻璃态聚合物的冷拉温度区间是Tb到到Tg，而结晶聚合物则为，而结晶聚合物则为
18、Tg至至Tm；另一差别在于玻璃态聚合物在；另一差别在于玻璃态聚合物在冷拉过程中聚集态结构的变化比晶态聚合物简单得多，它只发生分冷拉过程中聚集态结构的变化比晶态聚合物简单得多，它只发生分子链的取向，并不发生相变，而后者尚包含有结晶的破坏，取向和子链的取向，并不发生相变，而后者尚包含有结晶的破坏，取向和再结晶等过程。再结晶等过程。第二十七页，讲稿共一百零一页哦4、聚合物具有的应力、聚合物具有的应力-应变曲线类型：应变曲线类型：（1 1 1 1）硬而脆）硬而脆）硬而脆）硬而脆（聚苯乙烯，（聚苯乙烯，PMMAPMMA等）等）等）等）（2 2）硬而韧）硬而韧（尼龙等）（尼龙等）（3 3 3 3）硬而强）
19、硬而强）硬而强）硬而强（PVCPVCPVCPVC与与与与PSPS的共的共混物）混物）（4 4）软而韧）软而韧）软而韧）软而韧（橡胶）（橡胶）（5 5 5 5）软而弱）软而弱）软而弱）软而弱 (无规无规无规无规PP)PP)第二十八页，讲稿共一百零一页哦聚合物力学类型聚合物力学类型软而弱软而弱软而韧软而韧硬而脆硬而脆硬而强硬而强硬而韧硬而韧聚合物应力聚合物应力应变曲线应变曲线应应力力应应变变曲曲线线特特点点模模 量量（刚性）（刚性）低低低低高高高高高高屈服应力屈服应力（强度）（强度）低低低低高高高高高高极限强度极限强度（强度）（强度）低低中中高高高高断裂伸长断裂伸长（延性）（延性）中等中等按屈服应
20、力按屈服应力低低中中高高应力应变曲应力应变曲线下面积线下面积（韧性）（韧性）小小中中小小中中大大v五种不同类型材料的比较五种不同类型材料的比较第二十九页，讲稿共一百零一页哦v例子例子聚合物聚合物力学类力学类型型软而弱软而弱软而韧软而韧硬而脆硬而脆硬而强硬而强硬而韧硬而韧聚合物聚合物应力应力应变应变曲线曲线实实例例聚合物凝胶聚合物凝胶橡胶橡胶.增塑增塑.PVC.PE.PTFEPS.PMMA.固化酚醛树固化酚醛树脂断裂前无脂断裂前无塑性形变断塑性形变断裂前有银纹裂前有银纹硬硬PVCABS.PC.PE.PA有明显的有明显的屈服和塑性屈服和塑性形变形变.韧性好韧性好第三十页，讲稿共一百零一页哦8.1.
21、2 聚合物的屈服1.高聚物屈服点的特征大多数高聚物有屈服现象，最明显的屈服现象是拉伸中出现的细颈现象。它是独特的力学行为。并不是所有的高聚物材料都表现出屈服过程，这是由于温度和时间对高聚物的性能的影响往往掩盖了屈服行为的普遍性，有的高聚物出现细颈和冷拉，而有的高聚物脆性易断。第三十一页，讲稿共一百零一页哦关于关于细颈现象细颈现象样条尺寸：横截面小的地方样条尺寸：横截面小的地方应变软化：应力集中的地方应变软化：应力集中的地方出现出现“细颈细颈”的位置的位置自由体积增加自由体积增加松弛时间变短松弛时间变短出现出现“细颈细颈”的原因的原因无外力无外力有外力有外力Orientation细颈稳定细颈稳定
22、取向硬化取向硬化Considre作图法作图法唯象角度唯象角度判据判据细颈细颈:屈服时，试样出现的局部变细的现象。屈服时，试样出现的局部变细的现象。第三十二页，讲稿共一百零一页哦(1)屈服应变大屈服应变大：高聚物的屈服应变比：高聚物的屈服应变比金属大得多，金属金属大得多，金属0.01左右，高聚物左右，高聚物0.2左右（例如左右（例如PMMA的切变屈服为的切变屈服为0.25，压缩屈服为，压缩屈服为0.13）(2)屈服过程有应变软化现象屈服过程有应变软化现象：许多高：许多高聚物在过屈服点后均有一个应力不太聚物在过屈服点后均有一个应力不太大的下降，叫应变软化，这时应变增大的下降，叫应变软化，这时应变增
23、大，应力反而下降。大，应力反而下降。第三十三页，讲稿共一百零一页哦(3)屈服应力依赖应变速率屈服应力依赖应变速率：应变速率增大，屈服应：应变速率增大，屈服应力增大。力增大。应变速率对应变速率对PMMA真应力应变曲线的影响真应力应变曲线的影响应应变变速速率率增增大大123410.2吋分吋分真应变真应变 41.28吋吋/分分31.13吋吋/分分20.8吋吋/分分真应力真应力第三十四页，讲稿共一百零一页哦(4)屈服应力依赖于温度屈服应力依赖于温度：温度升高，屈服应力下：温度升高，屈服应力下降。在温度达到降。在温度达到时，屈服应力等于时，屈服应力等于0 0温度对醋酸纤维素应力应变曲线的影响温度对醋酸纤
24、维素应力应变曲线的影响应力应力应变应变80655025025第三十五页，讲稿共一百零一页哦(5)屈服应力受流体静压力的影响屈服应力受流体静压力的影响：压力增大，屈服：压力增大，屈服应力增大。应力增大。1.7千巴千巴1巴巴0.69千巴千巴3.2千巴千巴切应力切应力切应变切应变第三十六页，讲稿共一百零一页哦(6)高聚物屈服应力不等于压缩屈服应高聚物屈服应力不等于压缩屈服应力力，一般后者大一些。所以高聚物取，一般后者大一些。所以高聚物取向薄膜不同方向上的屈服应力差别很向薄膜不同方向上的屈服应力差别很大。大。(7)高聚物在屈服时体积略有缩小。高聚物在屈服时体积略有缩小。第三十七页，讲稿共一百零一页哦v
25、v高聚物屈服特征的小结（1 1）屈服应变大屈服应变大屈服应变大屈服应变大（2 2）应变软化现象应变软化现象应变软化现象应变软化现象（3 3）屈服应力的应变速率依赖性屈服应力的应变速率依赖性（4 4）屈服应力的温度依赖性屈服应力的温度依赖性（5 5）流体静压力对屈服应力有影响流体静压力对屈服应力有影响流体静压力对屈服应力有影响流体静压力对屈服应力有影响（6）高聚物屈服应力不等于压缩屈服应高聚物屈服应力不等于压缩屈服应力（7 7）高聚物在屈服时体积稍有缩小高聚物在屈服时体积稍有缩小高聚物在屈服时体积稍有缩小高聚物在屈服时体积稍有缩小第三十八页，讲稿共一百零一页哦关于关于工程应力和真应力v应应力力:
26、=F/A0v真真应应力：力：真真=F/A A=A0l0/l=A0/(1+)因因为为：A 第三十九页，讲稿共一百零一页哦Considere作图法（真应力作图法（真应力-应变曲线）应变曲线）(P180)v在横坐在横坐标标=-1处处向真向真应应力力-应变应变曲曲线线作切作切线线就是表就是表观观屈服点，有：屈服点，有：d 真真/d =真真/(1+)=真真/这这种以真种以真应应力作力作图图求表求表观观屈服点的方法就是屈服点的方法就是Considere作图法作图法。Y点在真应力在真应力-应变曲线上确定与工应变曲线上确定与工程应力程应力-应变屈服点应变屈服点Y所对应的所对应的B点点。第四十页，讲稿共一百零一
27、页哦 2.2.真应力-应变曲线及屈服判据三种类型DE0 1 2 30 1 2 30 1 2 3由由 无无法法作作切切线线，不不能能成成颈颈由由 可可作作两两条条切切线线，有有两两个个点点满满足足屈屈服服条条件件，D点点时时屈屈服服点点，E点点开始冷拉开始冷拉由由 可可作作一一条条切切线线，曲曲线线上上有有一一个个点点满满足足 ，此此点点为为屈屈服服点点，在在此此点点高高聚聚物物成成颈颈第四十一页，讲稿共一百零一页哦vv屈服判据屈服判据屈服判据屈服判据 应力一般包括应力一般包括应力一般包括应力一般包括3 3 3 3个正应力个正应力个正应力个正应力3 3 3 3个切应力的个切应力的个切应力的个切应
28、力的6 6 6 6个分量组成：个分量组成：个分量组成：个分量组成：f=(f=(xx,yy,zz,xy,yz,zx)而不同的应力状态又对应不同的应力分量组合，在组合应力条件材而不同的应力状态又对应不同的应力分量组合，在组合应力条件材而不同的应力状态又对应不同的应力分量组合，在组合应力条件材而不同的应力状态又对应不同的应力分量组合，在组合应力条件材料的屈服条件称为屈服判据。料的屈服条件称为屈服判据。料的屈服条件称为屈服判据。料的屈服条件称为屈服判据。vv屈服判据的理论屈服判据的理论屈服判据的理论屈服判据的理论：最大切应力理论（最大切应力理论（最大切应力理论（最大切应力理论（TrescaTresca
29、TrescaTresca判据）判据）判据）判据）最大变形能理论（最大变形能理论（Von MisesVon Mises判据判据判据判据）双参数屈服判据理论（双参数屈服判据理论（Coulomb,MohrCoulomb,Mohr判据判据判据判据）第四十二页，讲稿共一百零一页哦3.屈服机理屈服机理(1)银纹屈服银纹屈服-银纹现象与应力银纹现象与应力发白发白I.银纹银纹现象现象现象现象：很多高聚物，尤其是玻璃态透明很多高聚物，尤其是玻璃态透明很多高聚物，尤其是玻璃态透明很多高聚物，尤其是玻璃态透明高聚物（高聚物（高聚物（高聚物（PSPS、MMAMMA、PCPC）在储存过程）在储存过程）在储存过程）在储存
30、过程及使用过程中，往往会在表面出现像陶及使用过程中，往往会在表面出现像陶及使用过程中，往往会在表面出现像陶及使用过程中，往往会在表面出现像陶瓷的那样，肉眼可见的微细的裂纹，这瓷的那样，肉眼可见的微细的裂纹，这瓷的那样，肉眼可见的微细的裂纹，这瓷的那样，肉眼可见的微细的裂纹，这些裂纹，由于可以强烈地反射可见光看些裂纹，由于可以强烈地反射可见光看些裂纹，由于可以强烈地反射可见光看些裂纹，由于可以强烈地反射可见光看上去是闪亮的，所以又称为银纹上去是闪亮的，所以又称为银纹上去是闪亮的，所以又称为银纹上去是闪亮的，所以又称为银纹cragecrageFF第四十三页，讲稿共一百零一页哦产生银纹的原因：a.是
31、高聚物受到张应力作用时，在材料某些薄弱环节上应力集是高聚物受到张应力作用时，在材料某些薄弱环节上应力集中，而产生局部塑性形变，而在材料表面或内部出现垂直中，而产生局部塑性形变，而在材料表面或内部出现垂直于应力方向的微细凹槽或于应力方向的微细凹槽或“裂纹裂纹”的现象的现象b.环境因素也会促进银纹产生，化学物质扩散到高聚物中，使环境因素也会促进银纹产生，化学物质扩散到高聚物中，使微观表面溶胀或增塑，增加分子链段的活动性，玻璃化温微观表面溶胀或增塑，增加分子链段的活动性，玻璃化温度下降促进银纹产生，另外，试样表面的缺陷和擦伤处也度下降促进银纹产生，另外，试样表面的缺陷和擦伤处也易产生银纹，或起始于试
32、样内部空穴或夹杂物的边界处，易产生银纹，或起始于试样内部空穴或夹杂物的边界处，这些缺陷造成应力集中，有利于银纹产生这些缺陷造成应力集中，有利于银纹产生第四十四页，讲稿共一百零一页哦vv银纹定义银纹定义：银纹现象为聚合物所特有，：银纹现象为聚合物所特有，是聚合物在张应力作用下，于是聚合物在张应力作用下，于材料的某些薄弱部分出现应力集中而产生局部的塑性形变的取向，材料的某些薄弱部分出现应力集中而产生局部的塑性形变的取向，以至在材料表面或内部垂直于应力方向上出现长度为以至在材料表面或内部垂直于应力方向上出现长度为100m，宽度为，宽度为10m左右，厚度为左右，厚度为1m的微细凹槽。的微细凹槽。v银纹
33、特征：应力发白现象，密度为本体的银纹特征：应力发白现象，密度为本体的50，高度取向的高分，高度取向的高分子微纤。子微纤。银纹进一步发展银纹进一步发展裂缝裂缝脆性断裂。脆性断裂。第四十五页，讲稿共一百零一页哦vv银纹现象银纹现象银纹现象银纹现象：含有约：含有约50%50%50%50%体积的空穴体积的空穴体积的空穴体积的空穴vv裂纹裂纹：是空的，里面无高聚物：是空的，里面无高聚物：是空的，里面无高聚物：是空的，里面无高聚物vv银纹的特点银纹的特点：（：（：（：（1 1）银纹仍有强度）银纹仍有强度）银纹仍有强度）银纹仍有强度 （2 2 2 2）银纹的平面垂直于产生银纹的张应力。）银纹的平面垂直于产生
34、银纹的张应力。第四十六页，讲稿共一百零一页哦II.应力发白应力发白现象现象：橡胶改性的：橡胶改性的PS：HIPSHIPS或或ABS在受到破坏在受到破坏在受到破坏在受到破坏时，其应力面变成乳白色，这就是所谓应力发白现时，其应力面变成乳白色，这就是所谓应力发白现时，其应力面变成乳白色，这就是所谓应力发白现时，其应力面变成乳白色，这就是所谓应力发白现象。象。象。象。应力发白和银纹化之间的差别应力发白和银纹化之间的差别在于银纹带的大小在于银纹带的大小在于银纹带的大小在于银纹带的大小和多少，应力发白是由大量尺寸非常小的银纹聚集而和多少，应力发白是由大量尺寸非常小的银纹聚集而和多少，应力发白是由大量尺寸非
35、常小的银纹聚集而和多少，应力发白是由大量尺寸非常小的银纹聚集而成。成。成。成。第四十七页，讲稿共一百零一页哦(2)剪切屈服（剪切带）剪切屈服（剪切带）现象现象现象现象：韧性高聚物在拉伸至屈服点时，：韧性高聚物在拉伸至屈服点时，：韧性高聚物在拉伸至屈服点时，：韧性高聚物在拉伸至屈服点时，常可见试样上出现与拉伸方向成常可见试样上出现与拉伸方向成常可见试样上出现与拉伸方向成常可见试样上出现与拉伸方向成4545 角的剪切滑移变形带。角的剪切滑移变形带。角的剪切滑移变形带。角的剪切滑移变形带。对韧性材料来说，拉伸时对韧性材料来说，拉伸时对韧性材料来说，拉伸时对韧性材料来说，拉伸时45 45 斜截斜截斜截
36、斜截面上的最大切应力首先达到材料的面上的最大切应力首先达到材料的面上的最大切应力首先达到材料的面上的最大切应力首先达到材料的剪切强度，所以首先出现与拉伸方剪切强度，所以首先出现与拉伸方剪切强度，所以首先出现与拉伸方剪切强度，所以首先出现与拉伸方向成向成向成向成4545 的剪切滑移变形带的剪切滑移变形带的剪切滑移变形带的剪切滑移变形带-细颈细颈细颈细颈。因为变形带中分子链的取向度高，因为变形带中分子链的取向度高，因为变形带中分子链的取向度高，因为变形带中分子链的取向度高，故变形逐步向整个试样扩展。故变形逐步向整个试样扩展。故变形逐步向整个试样扩展。故变形逐步向整个试样扩展。剪切带的结构形态剪切带
37、的结构形态第四十八页，讲稿共一百零一页哦通常通常通常通常，韧性材料最大切应力首先达到抗剪强度，所以材料先屈服。，韧性材料最大切应力首先达到抗剪强度，所以材料先屈服。，韧性材料最大切应力首先达到抗剪强度，所以材料先屈服。，韧性材料最大切应力首先达到抗剪强度，所以材料先屈服。脆性材料最大切应力达到抗剪强度之前，真应力已超过材料强度，脆性材料最大切应力达到抗剪强度之前，真应力已超过材料强度，脆性材料最大切应力达到抗剪强度之前，真应力已超过材料强度，脆性材料最大切应力达到抗剪强度之前，真应力已超过材料强度，所以材料来不及屈服就已断裂。所以材料来不及屈服就已断裂。所以材料来不及屈服就已断裂。所以材料来不
38、及屈服就已断裂。因此因此因此因此韧性材料韧性材料韧性材料韧性材料-断面粗糙断面粗糙断面粗糙断面粗糙-明显变形明显变形明显变形明显变形脆性材料脆性材料脆性材料脆性材料-断面光滑断面光滑断面光滑断面光滑-断面与拉伸方向垂直断面与拉伸方向垂直断面与拉伸方向垂直断面与拉伸方向垂直定义定义：韧性聚合物单轴拉伸至屈服点时，可看到与拉伸方向成：韧性聚合物单轴拉伸至屈服点时，可看到与拉伸方向成45的剪切滑移变形带，有明显的双折射现象，分子链高度取向，的剪切滑移变形带，有明显的双折射现象，分子链高度取向，剪切带厚度约剪切带厚度约1m左右，每个剪切带又由若干个细小的不规则左右，每个剪切带又由若干个细小的不规则微纤
39、构成。微纤构成。第四十九页，讲稿共一百零一页哦电镜（电镜（SEM）下的剪切带图片）下的剪切带图片第五十页，讲稿共一百零一页哦岩石山体的剪切带岩石山体的剪切带第五十一页，讲稿共一百零一页哦共性共性：银纹和剪切带均有分子链取向，：银纹和剪切带均有分子链取向，：银纹和剪切带均有分子链取向，：银纹和剪切带均有分子链取向，吸收能量，呈现屈服现象吸收能量，呈现屈服现象吸收能量，呈现屈服现象吸收能量，呈现屈服现象注意：一般情况下，材料既有银纹屈服又有剪切屈服注意：一般情况下，材料既有银纹屈服又有剪切屈服注意：一般情况下，材料既有银纹屈服又有剪切屈服注意：一般情况下，材料既有银纹屈服又有剪切屈服主要区别主要区
40、别剪切屈服剪切屈服银纹屈服银纹屈服形变形变形变大几十形变大几十几百几百%形变小形变小 10%曲线特征曲线特征有明显的屈服点有明显的屈服点无明显的屈服点无明显的屈服点体积体积体积不变体积不变体积增加体积增加力力剪切力剪切力张应力张应力结果结果冷拉冷拉裂缝裂缝第五十二页，讲稿共一百零一页哦细颈、剪切带和银纹比较主要区别主要区别细颈、剪切带细颈、剪切带银纹银纹形变量形变量形变量大形变量大10100%形变量小形变量小 10%曲线特征曲线特征有明显的屈服点有明显的屈服点无明显的屈服点无明显的屈服点体积体积体积几乎不变体积几乎不变体积增加体积增加主要相同点主要相同点能量能量吸收能量吸收能量吸收能量吸收能量
41、第五十三页，讲稿共一百零一页哦vv如何区分断裂形式如何区分断裂形式如何区分断裂形式如何区分断裂形式？-关键看屈服：关键看屈服：屈服前断裂为脆性断裂屈服前断裂为脆性断裂屈服后断裂为韧性断裂屈服后断裂为韧性断裂8.2 高聚物的断裂和强度高聚物的断裂和强度强度是指物质抵抗破坏的能力张应力张应力张应力张应力拉伸强度拉伸强度拉伸强度拉伸强度弯曲力矩弯曲力矩弯曲力矩弯曲力矩抗弯强度抗弯强度抗弯强度抗弯强度压应力压应力压应力压应力压缩强度压缩强度压缩强度压缩强度拉伸模量拉伸模量拉伸模量拉伸模量弯曲模量弯曲模量弯曲模量弯曲模量硬硬硬硬 度度度度第五十四页，讲稿共一百零一页哦8.2.1 脆性断裂与韧性断裂脆性断
42、裂与韧性断裂vv试样发生脆性或者韧性断裂的影响因素试样发生脆性或者韧性断裂的影响因素：（1）与材料的组成有关（内因）与材料的组成有关（内因）（2）与拉伸温度与拉伸速度有关（外因）与拉伸温度与拉伸速度有关（外因）脆性断裂脆性断裂脆性断裂脆性断裂屈服前屈服前屈服前屈服前断裂断裂断裂断裂无塑性无塑性无塑性无塑性流动流动流动流动表面光滑表面光滑表面光滑表面光滑张应力张应力张应力张应力分量分量分量分量韧性断裂韧性断裂韧性断裂韧性断裂屈服后屈服后屈服后屈服后断裂断裂断裂断裂有塑性有塑性有塑性有塑性流动流动流动流动表面粗糙表面粗糙表面粗糙表面粗糙切应力切应力切应力切应力分量分量分量分量第五十五页，讲稿共一百
43、零一页哦高分子材料的内在韧性，要在一定的温度和受力状高分子材料的内在韧性，要在一定的温度和受力状态下方能表现出来，离开这一环境就表现出脆性。态下方能表现出来，离开这一环境就表现出脆性。1.1.判断材料断裂的方式判断材料断裂的方式vva.a.应力应力应力应力-应变曲线：发生屈服之前断裂，为脆性断裂；应变曲线：发生屈服之前断裂，为脆性断裂；应变曲线：发生屈服之前断裂，为脆性断裂；应变曲线：发生屈服之前断裂，为脆性断裂；vvb.b.断裂能量：冲击强度为断裂能量：冲击强度为断裂能量：冲击强度为断裂能量：冲击强度为2 2KJ/mKJ/m2 2为临界指标。为临界指标。为临界指标。为临界指标。vvc.c.试
44、样断裂表面的形态。试样断裂表面的形态。试样断裂表面的形态。试样断裂表面的形态。第五十六页，讲稿共一百零一页哦脆性断裂与韧性断裂表面脆性断裂与韧性断裂表面v脆性断裂脆性断裂韧性断裂韧性断裂第五十七页，讲稿共一百零一页哦2.2.脆韧转变温度脆韧转变温度T Tb b(脆化温度、脆化点脆化温度、脆化点)v在一定速率下在一定速率下（不同温度）测（不同温度）测定的断裂应力和定的断裂应力和屈服应力，作断屈服应力，作断裂应力和屈服应裂应力和屈服应力随温度的变化力随温度的变化曲线曲线-其交点其交点对应的温度为脆对应的温度为脆化温度化温度Tb第五十八页，讲稿共一百零一页哦3.脆性断裂和塑性屈服是两个各自独立的过程
45、脆性断裂和塑性屈服是两个各自独立的过程脆性断裂和塑性屈服是两个各自独立的过程脆性断裂和塑性屈服是两个各自独立的过程vv在一定温度和应变速率下，当外加应力达到它们之中较低的那个在一定温度和应变速率下，当外加应力达到它们之中较低的那个在一定温度和应变速率下，当外加应力达到它们之中较低的那个在一定温度和应变速率下，当外加应力达到它们之中较低的那个时，就发生断裂或者屈服时，就发生断裂或者屈服时，就发生断裂或者屈服时，就发生断裂或者屈服vv显然：显然：显然：显然：和和和和曲线的交点应该就是脆韧转变点曲线的交点应该就是脆韧转变点曲线的交点应该就是脆韧转变点曲线的交点应该就是脆韧转变点，在高于，在高于，在高
46、于，在高于这点相应的温度时，材料总是韧性的。这点相应的温度时，材料总是韧性的。这点相应的温度时，材料总是韧性的。这点相应的温度时，材料总是韧性的。第五十九页，讲稿共一百零一页哦问题：断裂应力和屈服应力谁对温度更敏感？问题：断裂应力和屈服应力谁对温度更敏感？v屈服应力比断裂应力对温度更敏感！屈服应力比断裂应力对温度更敏感！第六十页，讲稿共一百零一页哦问题：断裂应力和屈服应力谁对应变速率更敏感？问题：断裂应力和屈服应力谁对应变速率更敏感？v屈服应力比断裂应力对应变速率更敏感！屈服应力比断裂应力对应变速率更敏感！第六十一页，讲稿共一百零一页哦影响高聚物脆韧转变的条件影响高聚物脆韧转变的条件v断裂应力
47、断裂应力受应变速率和温度的影响不大受应变速率和温度的影响不大受应变速率和温度的影响不大受应变速率和温度的影响不大vv应应应应变变变变速速速速率率率率和和和和温温温温度度度度对对对对屈屈屈屈服服服服应应应应力力力力的的影影响响很很大大：随随温温度度的的增增加加而降低，随应变速率的增加而增加而降低，随应变速率的增加而增加vv聚合物聚合物聚合物聚合物脆韧转变点脆韧转变点随应变速率的增加而移向高温随应变速率的增加而移向高温v聚合物材料的聚合物材料的缺口缺口缺口缺口特别影响材料的脆韧转变特别影响材料的脆韧转变 -尖锐的缺口可以使聚合物的断裂从韧性变为脆性尖锐的缺口可以使聚合物的断裂从韧性变为脆性尖锐的缺
48、口可以使聚合物的断裂从韧性变为脆性尖锐的缺口可以使聚合物的断裂从韧性变为脆性 第六十二页，讲稿共一百零一页哦脆性断裂与韧性断裂的判断脆性断裂与韧性断裂的判断TTb,先达到 y，韧韧性断裂第六十三页，讲稿共一百零一页哦塑料一般的使用温度范围？塑料一般的使用温度范围？-Tb-TgvTb越低聚合物材料的韧性越越低聚合物材料的韧性越?好好差差T Tb第六十四页，讲稿共一百零一页哦4.材料的断裂方式材料的断裂方式v聚合物材料的破坏是聚合物材料的破坏是高分子主链的化学键断裂、高分子高分子分子间滑脱分子间滑脱及及分子链间相互作用力的破坏分子链间相互作用力的破坏。化学键拉断化学键拉断15000MPa分子间滑脱
49、分子间滑脱5000MPa分子间扯离分子间扯离氢键氢键 500MPa范德华力范德华力 100MPa理论值理论值第六十五页，讲稿共一百零一页哦v通常高分子在断裂时三种方式兼而有之，通常聚合物的理通常高分子在断裂时三种方式兼而有之，通常聚合物的理论断裂强度在数千论断裂强度在数千MPa，而实际断裂强度只有数十，而实际断裂强度只有数十MPa.v例：例：PA，60 MPa；PPO，70 MPav理理论值论值与与实验结实验结果相差如此之大的原因：果相差如此之大的原因：高分子链长度有限高分子链长度有限 样条存在缺陷 应力集中应力集中第六十六页，讲稿共一百零一页哦含有球形无机粒子的聚合物粘结剂的电镜图片含有球形
50、无机粒子的聚合物粘结剂的电镜图片第六十七页，讲稿共一百零一页哦疲劳断裂的表面电镜图片疲劳断裂的表面电镜图片第六十八页，讲稿共一百零一页哦聚合物木层板断裂表面的电镜图片聚合物木层板断裂表面的电镜图片第六十九页，讲稿共一百零一页哦例例1：PC聚碳酸酯聚碳酸酯vTg=150vTb=-20v室温下室温下PC是否易碎？是否易碎？第七十页，讲稿共一百零一页哦例例2：PMMA聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯vTg=100vTb=90v室温下室温下PMMA脆性脆性的还是韧性的？的还是韧性的？第七十一页，讲稿共一百零一页哦极限强度极限强度 衡衡衡衡量量量量材材材材料料料料抵抵抵抵抗抗抗抗外外外外力力力力破破破破