高彈形變與強迫高彈形變的比較相同點：大形變，同屬于鏈段運動機理不同點：強迫高彈形變：需要外力較大，在去除外力后不能恢復(fù)，只有溫度升高到Tg以上時，才能恢復(fù)。高彈形變：需要外力較小，去除外力即可恢復(fù)。強迫高彈形變產(chǎn)生的原因：

也就是在外力的作用下，非晶聚合物中本來被凍結(jié)的鏈段被強迫運動，使高分子鏈發(fā)生伸展，產(chǎn)生大的形變。但由于聚合物仍處于玻璃態(tài)，當外力移去后，鏈段不能再運動，形變也就得不到回復(fù)，只有當溫度升至Tg附近，使鏈段運動解凍，形變才能復(fù)原。松弛時間與應(yīng)力的關(guān)系：由上式可見，越大，越小，即外力降低了鏈段在外力作用方向上的運動活化能，因而縮短了沿力場方向的松弛時間，當應(yīng)力增加致使鏈段運動松弛時間減小到與外力作用時間同一數(shù)量級時，鏈段開始由蜷曲變?yōu)樯煺?，產(chǎn)生強迫高彈變形。AYB屈服點彈性極限點斷裂點應(yīng)變軟化塑性形變（強迫高彈形變）應(yīng)變硬化

yOND(5)

粘流DB段在應(yīng)力的持續(xù)作用下，此時隨應(yīng)變增加，應(yīng)力急劇進一步增加的現(xiàn)象稱為應(yīng)變硬化。

AYB屈服點彈性極限點斷裂點應(yīng)變軟化塑性形變（強迫高彈形變）應(yīng)變硬化

yOND應(yīng)力增加機理：在應(yīng)力的持續(xù)作用下，大量鏈段不斷伸展取向排列后繼續(xù)拉伸，導(dǎo)致了整個分子鏈的取向排列，分子鏈之間重新形成更多的物理結(jié)點，使材料的強度進一步提高，需要更大外力進行拉伸，應(yīng)力迅速上升。

AYB屈服點彈性極限點斷裂點應(yīng)變軟化塑性形變（強迫高彈形變）應(yīng)變硬化

yOND分子運動及形變特點：由于發(fā)生分子鏈的位移，形變是不可逆的。由于它是在強力作用及室溫下發(fā)生的大分子鏈的相對滑脫，又稱冷流。外觀形貌：試樣均勻拉伸AYB屈服點彈性極限點斷裂點應(yīng)變軟化塑性形變（強迫高彈形變）應(yīng)變硬化

yOND(6)

斷裂點B點，該點對應(yīng)應(yīng)力稱為斷裂強度σB，應(yīng)變稱為斷裂伸長率εB。斷裂能S：應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積，反映材料的拉伸斷裂韌性大小，不能反映沖擊韌性

大小。AYB屈服點彈性極限點斷裂點應(yīng)變軟化塑性形變（強迫高彈形變）

yONDE越大，材料越硬，判斷材料的軟硬σB或σy越大，材料越強，判斷材料的強弱εB或S越大，說明材料越韌，判斷材料的韌脆。從應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以得到以下重要力學(xué)指標：非極限范圍內(nèi)的小形變，可用模量來表示形變特性：E、G、B。極限范圍內(nèi)的大形變，即聚合物材料的破壞過程中，常伴有不可逆形變（即流動），因而不能用反映小形變特性的模量表示，要用應(yīng)力～應(yīng)變曲線來反映這一過程。

聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變行為厚度d寬度bP電子萬能材料試驗機試樣沿縱軸方向以均勻速率被拉伸，直到斷裂為止。通過測得實驗過程的應(yīng)力、應(yīng)變的數(shù)據(jù)可可以繪制出應(yīng)力-應(yīng)變曲線。AYB屈服點彈性極限點斷裂點應(yīng)變軟化塑性形變（強迫高彈形變）應(yīng)變硬化典型的非晶態(tài)聚合物在玻璃態(tài)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

yOND1非晶態(tài)高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線（在Tg以下的幾十度，拉伸速率一定單軸拉伸）AYB屈服點彈性極限點斷裂點應(yīng)變軟化塑性形變（強迫高彈形變）應(yīng)變硬化

yOND從應(yīng)力—應(yīng)變曲線可以獲得的被拉伸聚合物的信息:聚合物的楊氏模量（OA段斜率）聚合物的屈服強度（Y點強度）聚合物的斷裂強度（B點強度）聚合物的斷裂伸長率（B點伸長率）聚合物的斷裂韌性（曲線下面積）Y點前彈性區(qū)域，Y點后塑性區(qū)域(1)

彈性形變（普彈形變）

OA段，A點亦稱為比例極限。運動形式：鍵長、鍵角變化所引起的形變特點：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系符合虎克定律，形變小可回復(fù)。外觀形貌：試樣均勻拉伸1）應(yīng)力-應(yīng)變曲線特征及分析

AYB屈服點彈性極限點斷裂點應(yīng)變軟化塑性形變（強迫高彈形變）應(yīng)變硬化

yONDAYB屈服點彈性極限點斷裂點應(yīng)變軟化塑性形變（強迫高彈形變）應(yīng)變硬化

yOND(2)屈服點Y點Y點稱為屈服點，對應(yīng)的應(yīng)力屈服強度σy，屈服應(yīng)變εy。屈服現(xiàn)象：應(yīng)變增加而應(yīng)力不變或是先下降后不變的現(xiàn)象。外觀形貌：截面突然變得不均勻，出現(xiàn)“細頸”。聚合物屈服的主要特征

高聚物屈服點前形變是完全可以回復(fù)的，屈服點后高聚物將在恒應(yīng)力下“塑性流動”，即鏈段沿外力方向開始取向，外力去除后，應(yīng)變不能恢復(fù)。高聚物在屈服點的應(yīng)變相當大，剪切屈服應(yīng)變?yōu)?0%-20%（與金屬相比）。金屬0.01左右，高聚物0.2左右。屈服點以后，大多數(shù)高聚物呈現(xiàn)應(yīng)變軟化，有些還非常迅速。屈服應(yīng)力對應(yīng)變速率和溫度都敏感。

屈服發(fā)生時，拉伸樣條表面產(chǎn)生“銀紋”或“剪切帶”，繼而整個樣條局部出現(xiàn)“細頸”。AYB屈服點彈性極限點斷裂點應(yīng)變軟化塑性形變（強迫高彈形變）應(yīng)變硬化

yOND(3)應(yīng)變軟化YN段。應(yīng)變軟化：高聚物在過了屈服點以后，應(yīng)變增加，應(yīng)力反而下降的現(xiàn)象。外觀形貌：“細頸”形成AYB屈服點彈性極限點斷裂點應(yīng)變軟化塑性形變（強迫高彈形變）應(yīng)變硬化

yOND(4)

強迫高彈形變ND段，細頸擴展運動形式：高分子的鏈段運動，即在大外力的幫助下，玻璃態(tài)高聚物本來被凍結(jié)的鏈段被強迫運動，使高分子鏈發(fā)生伸展，產(chǎn)生大的形變。形變特點：形變大；當外力去除后，如果T<Tg，鏈段被凍結(jié)，形變不可回復(fù)；如果溫度升到其Tg附近，被凍結(jié)的鏈段開始運動，形變可回復(fù)。其本質(zhì)與橡膠的高彈形變一樣，并非粘流形變，但表現(xiàn)的形式卻有差別，為了與普通的高彈形變區(qū)別開來，通常稱為強迫高彈形變。外觀形貌：細頸沿整個試樣擴展高彈形變與強迫高彈形變的比較：相同點：大形變，同屬于鏈段運動機理不同點：強迫高彈形變：需要外力較大，在去除外力后不能恢復(fù)，只有溫度升高到Tg以上時，才能恢復(fù)。高彈形變：需要外力較小，去除外力即可恢復(fù)。強迫高彈形變產(chǎn)生的原因：

也就是在外力的作用下，非晶聚合物中本來被凍結(jié)的鏈段被強迫運動，使高分子鏈發(fā)生伸展，產(chǎn)生大的形變。但由于聚合物仍處于玻璃態(tài)，當外力移去后，鏈段不能再運動，形變也就得不到回復(fù)，只有當溫度升至Tg附近，使鏈段運動解凍，形變才能復(fù)原。松弛時間與應(yīng)力的關(guān)系：由上式可見，越大，越小，即外力降低了鏈段在外力作用方向上的運動活化能，因而縮短了沿力場方向的松弛時間，當應(yīng)力增加致使鏈段運動松弛時間減小到與外力作用時間同一數(shù)量級時，鏈段開始由蜷曲變?yōu)樯煺梗a(chǎn)生強迫高彈變形。AYB屈服點彈性極限點斷裂點應(yīng)變軟化塑性形變（強迫高彈形變）應(yīng)變硬化

yOND(5)

粘流DB段在應(yīng)力的持續(xù)作用下，此時隨應(yīng)變增加，應(yīng)力急劇進一步增加的現(xiàn)象稱為應(yīng)變硬化。

AYB屈服點彈性極限點斷裂點應(yīng)變軟化塑性形變（強迫高彈形變）應(yīng)變硬化

yOND應(yīng)力增加機理：在應(yīng)力的持續(xù)作用下，大量鏈段不斷伸展取向排列后繼續(xù)拉伸，導(dǎo)致了整個分子鏈的取向排列，分子鏈之間重新形成更多的物理結(jié)點，使材料的強度進一步提高，需要更大外力進行拉伸，應(yīng)力迅速上升。

AYB屈服點彈性極限點斷裂點應(yīng)變軟化塑性形變（強迫高彈形變）應(yīng)變硬化

yOND分子運動及形變特點：由于發(fā)生分子鏈的位移，形變是不可逆的。由于它是在強力作用及室溫下發(fā)生的大分子鏈的相對滑脫，又稱冷流。外觀形貌：試樣均勻拉伸AYB屈服點彈性極限點斷裂點應(yīng)變軟化塑性形變（強迫高彈形變）應(yīng)變硬化

yOND(6)

斷裂點B點，該點對應(yīng)應(yīng)力稱為斷裂強度σB，應(yīng)變稱為斷裂伸長率εB。斷裂能S：應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積，反映材料的拉伸斷裂韌性大小，不能反映沖擊韌性

大小。AYB屈服點彈性極限點斷裂點應(yīng)變軟化塑性形變（強迫高彈形變）

yONDE越大，材料越硬，判斷材料的軟硬σB或σy越大，材料越強，判斷材料的強弱εB或S越大，說明材料越韌，判斷材料的韌脆。從應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以得到以下重要力學(xué)指標：1）整個曲線可分為三個階段：第一階段：Y點前彈性區(qū)域，曲線上表現(xiàn)應(yīng)力隨應(yīng)變線性增加試樣被均勻拉長。2晶態(tài)高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

未取向的晶態(tài)高聚物在一定溫度，以一定拉伸速度進行單軸拉伸時典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線：第一階段到達y點后，試樣的截面積變的不均勻，出現(xiàn)一個或幾個細頸，由此開始拉伸的第二階段，在第二階段，細頸和非細頸部分的截面積分別維持不變，而細頸部分不斷擴展，非細頸部分逐漸縮短，直到整個試樣完全變細。曲線上表現(xiàn)出應(yīng)力幾乎不變，而應(yīng)變不斷增加。這種大形變，當拉力去處后，只要加熱到接近熔點的溫度，同樣是可以部分恢復(fù)原狀的。第二階段第三階段：成頸后的試樣重新被均勻拉伸曲線上表現(xiàn)應(yīng)力隨應(yīng)變的增加而增大，直至斷裂。由于取向后分子鏈間排列緊密，相互作用力增強，故必須進一步增加應(yīng)力，才能使微晶間或者分子間發(fā)生位移，最后導(dǎo)致分子鏈的斷裂以致材料破壞。第三階段玻璃態(tài)聚合物與結(jié)晶聚合物的拉伸比較相似之處：兩種拉伸過程均經(jīng)歷彈性變形、屈服、發(fā)展大形變以及應(yīng)變硬化等階段，其中大形變在室溫時都不能自發(fā)回復(fù)，而加熱后則產(chǎn)生回復(fù)，故本質(zhì)上兩種拉伸過程造成的大形變都是高彈形變，該現(xiàn)象通常稱為“冷拉”。區(qū)別：（1）產(chǎn)生冷拉的溫度范圍不同，玻璃態(tài)聚合物的冷拉溫度區(qū)間是Tb到Tg，而結(jié)晶聚合物則為Tg

至Tm；

（2）玻璃態(tài)聚合物在冷拉過程中聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的變化比晶態(tài)聚合物簡單得多，它只發(fā)生分子鏈的取向，并不發(fā)生相變，而后者尚包含有結(jié)晶的破壞，取向和再結(jié)晶等過程，或包含著球晶中片晶的變形過程。韌性聚合物在屈服后產(chǎn)生細頸（neck），之后細頸逐漸擴展，應(yīng)變增加而應(yīng)力不變，這種現(xiàn)象稱為冷拉。1.3應(yīng)力-應(yīng)變類型

特點：E高，σt

中，εB

≤2％

σ-ε曲線中面積小如低分子量PS、PMMA、酚醛樹脂按拉伸過程中屈服點的表現(xiàn)、斷裂伸長率大小及斷裂情況，聚合物的σ-ε曲線分為五種類型：特點：E高，σt

高，εt

≈5％

σ-ε曲線中面積中

高分子量PS、硬PVC

E高，σt

高，εt

≈100％

σ-ε曲線中面積大

如尼龍、PC、POME低，σt

中，εt

≈20～1000％σ-ε曲線中面積大如硫化rubber，軟PVC

E低，σt

低，εt

中

σ-ε曲線中面積中如聚合物凝膠聚合物力學(xué)類型軟而弱軟而韌硬而脆硬而強硬而韌聚合物應(yīng)力—應(yīng)變曲線應(yīng)力應(yīng)變曲線特點模量（剛性）低低高高高屈服應(yīng)力（強度）低低高高高極限強度（強度）低中高高斷裂伸長（延性）中等按屈服應(yīng)力低中高應(yīng)力應(yīng)變曲線下面積（韌）小中小中大實例聚合物凝膠橡膠.增塑.PVC.PE.PTFEPS.PMMA.固化酚醛樹脂斷裂前無塑性形變斷裂前有銀紋硬PVCABS.PC.PE.PA有明顯的屈服和塑性形變.韌性好聚合物屈服的主要特征

高聚物屈服點前形變是完全可以回復(fù)的，屈服點后高聚物將在恒應(yīng)力下“塑性流動”，即鏈段沿外力方向開始取向，外力去除后，應(yīng)變不能恢復(fù)。高聚物在屈服點的應(yīng)變相當大，剪切屈服應(yīng)變?yōu)?0%-20%（與金屬相比）。金屬0.01左右，高聚物0.2左右。屈服點以后，大多數(shù)高聚物呈現(xiàn)應(yīng)變軟化，有些還非常迅速。屈服應(yīng)力對應(yīng)變速率和溫度都敏感。

屈服發(fā)生時，拉伸樣條表面產(chǎn)生“銀紋”或“剪切帶”，繼而整個樣條局部出現(xiàn)“細頸”。AYB屈服點彈性極限點斷裂點應(yīng)變軟化塑性形變（強迫高彈形變）應(yīng)變硬化

yOND(3)應(yīng)變軟化YN段。應(yīng)變軟化：高聚物在過了屈服點以后，應(yīng)變增加，應(yīng)力反而下降的現(xiàn)象。外觀形貌：“細頸”形成AYB屈服點彈性極限點斷裂點應(yīng)變軟化塑性形變（強迫高彈形變）應(yīng)變硬化

yOND(4)

強迫高彈形變ND段，細頸擴展運動形式：高分子的鏈段運動，即在大外力的幫助下，玻璃態(tài)高聚物本來被凍結(jié)的鏈段被強迫運動，使高分子鏈發(fā)生伸展，產(chǎn)生大的形變。形變特點：形變大；當外力去除后，如果T<Tg，鏈段被凍結(jié)，形變不可回復(fù)；如果溫度升到其Tg附近，被凍結(jié)的鏈段開始運動，形變可回復(fù)。其本質(zhì)與橡膠的高彈形變一樣，并非粘流形變，但表現(xiàn)的形式卻有差別，為了與普通的高彈形變區(qū)別開來，通常稱為強迫高彈形變。外觀形貌：細頸沿整個試樣擴展大多數(shù)高聚物有屈服現(xiàn)象，例如韌性聚合物在屈服點時?？煽吹皆嚇由铣霈F(xiàn)與拉伸方向成約45°角傾斜的剪切滑移變形帶，并且逐漸生成對稱的細頸剪切帶細頸與剪切帶（1）剪切帶是韌性聚合物在單向拉伸至屈服點時出現(xiàn)的與拉伸方向成約45°角傾斜的剪切滑移變形帶（2）剪切帶的厚度約1μm，在剪切帶內(nèi)部，高分子鏈沿外力方向高度取向，剪切帶內(nèi)部沒有空隙，因此，形變過程沒有明顯的體積變化（3）剪切帶的產(chǎn)生與發(fā)展吸收了大量能量。同時，由于發(fā)生取向硬化，阻止了形變的進一步發(fā)展2.1高聚物單軸拉伸的應(yīng)力分析

如果在試樣上任取一橫面積為A0試樣，受軸向拉力F作用，橫截面上的應(yīng)力：再取任一傾斜截面，設(shè)其與橫截面傾角為F可分解為沿平面法線方向分力Fn和沿平面切線方向分力Fs相應(yīng)的法應(yīng)力切應(yīng)力Discussion

=0

n=

0

s=0

=45

n=

0/2

s=

0/2

=90

n=0

s=0s0/2ss0a0o45o90oaanaas抗張強度什么面最大？

=0

，

n=0抗剪強度什么面最大？

=45

，

s=0/2當應(yīng)力

0增加時，法向應(yīng)力和切向應(yīng)力增大的幅度不同在45o時,切向應(yīng)力最大法應(yīng)力切應(yīng)力對于傾斜角為β=α+π/2的另一個截面，同樣的方法：兩個相互垂直的斜截面上的切應(yīng)力的數(shù)值相等，方向相反，他們是不能單獨存在的，總是同時存在，這種性質(zhì)稱為切應(yīng)力雙生互等定律。結(jié)論：

本質(zhì)上，法向應(yīng)力與材料的抗拉伸能力有關(guān)，而抗拉伸能力極限值主要取決于分子主鏈的強度（鍵能）。因此材料在法向應(yīng)力作用下發(fā)生破壞時，往往伴隨主鏈的斷裂。垂直應(yīng)力下的分子鏈斷裂（a）剪切應(yīng)力下的分子鏈滑移（b）說明1:本質(zhì)上，切向應(yīng)力與材料的抗剪切能力相關(guān)，而抗剪切能力極限值主要取決于分子間內(nèi)聚力。材料切向應(yīng)力作用下發(fā)生屈服時，往往發(fā)生分子鏈的相對滑移。垂直應(yīng)力下的分子鏈斷裂（a）剪切應(yīng)力下的分子鏈滑移（b）

在外力場作用下，材料內(nèi)部的應(yīng)力分布與應(yīng)力變化十分復(fù)雜，斷裂和屈服都有可能發(fā)生，處于相互競爭狀態(tài)。

★韌性材料拉伸時，斜截面上的最大切應(yīng)力首先增加到材料的剪切強度，因此材料屈服，并出現(xiàn)與拉伸方向成45°角的剪切滑移變形帶。進一步拉伸時，剪切帶中由于分子鏈高度取向強度提高，暫時不發(fā)生進一步的變形，而其邊緣則進一步發(fā)生剪切變形。同樣，在135°的斜截面上也發(fā)生剪切變形，因而試樣逐漸生成對稱的細頸，直至細頸擴展至整個試樣。說明2:★脆性試樣在最大切應(yīng)力達到剪切強度之前，橫截面上的法向正應(yīng)力已達到材料的拉伸強度，因此試樣還來不及屈服就斷裂了，而且斷面與拉伸方向相垂直。小形變：初始截面積---習(xí)用應(yīng)力或工程應(yīng)力大形變：真實截面積計算---真應(yīng)力、真應(yīng)變2.2真應(yīng)力-應(yīng)變曲線及屈服判據(jù)′若形變時體積不變，即令：拉伸比則有:′以真應(yīng)力對應(yīng)變作圖，可得真應(yīng)力-應(yīng)變曲線：由于A0>A，σ-ε曲線上，σ達到極大值時，試樣均勻伸長終止，開始成頸，并使σ下降，最后在最狹窄部位斷裂。σ?-ε曲線上，σ?

可能隨ε增加而單調(diào)升高，試樣成頸后，σ?

并不一定出現(xiàn)極大值?！洹洹浒凑斩x:屈服點為則有:

為曲線上曲線的斜率那么，如何判斷真應(yīng)力-應(yīng)變曲線的屈服點呢？′′′′′′′根據(jù)上式，在真應(yīng)力-應(yīng)變曲線上，從橫坐標上ε=-1或λ=0點向σ?

對ε曲線作切線，切點便是屈服點，對應(yīng)的真應(yīng)力就是屈服應(yīng)力，這種作圖法稱為Considère作圖法。DE012301230123由λ=0無法作切線，不能成頸由可作兩條切線，有兩個點滿足屈服條件，D點時屈服點，E點開始冷拉由可作一條切線，曲線上有一個點滿足屈服條件，此點為屈服點，在此點高聚物成頸。真應(yīng)力-應(yīng)變曲線及屈服判據(jù)三種類型知識點概念：屈服、應(yīng)力軟化、應(yīng)變硬化、銀紋非晶態(tài)聚合物在玻璃態(tài)拉伸的典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線：會畫、標出各特征點及各階段理解強迫高彈形變及與普通高彈形變的區(qū)別影響應(yīng)力-應(yīng)變曲線的因素應(yīng)力-應(yīng)變曲線的五種類型理解屈服現(xiàn)象及屈服的表現(xiàn)真應(yīng)力-應(yīng)變曲線上屈服的判別方法理解銀紋產(chǎn)生的原因銀紋與裂縫、銀紋與剪切帶的區(qū)別

銀紋現(xiàn)象1.定義：聚合物在張應(yīng)力作用下，于材料某些薄弱地方出現(xiàn)應(yīng)力集中而產(chǎn)生局部的塑性形變和取向，以至于在材料表面或內(nèi)部垂直于應(yīng)力方向上出現(xiàn)長度為100μm、寬度為10μm左右、厚度約為1μm的微細凹槽或“裂紋”的現(xiàn)象。銀紋不是空的，含有40%左右的聚合物，銀紋體的密度為本體密度的50%，折光指數(shù)低于聚合物本體的折光指數(shù)，在兩者的界面上發(fā)生全反射現(xiàn)象，看上去呈發(fā)亮的銀色條紋，因此稱為銀紋。拉伸試樣在拉斷前產(chǎn)生銀紋化現(xiàn)象a圖為聚苯乙烯，b圖為有機玻璃注意銀紋方向與應(yīng)力方向垂直取向的分子鏈組成的微纖

銀紋為聚合物所特有，通常出現(xiàn)在非晶態(tài)聚合物中，如PS、PMMA、PC、聚砜等，但某些結(jié)晶聚合物（如PP）中也有發(fā)現(xiàn)。FFMicrostructureofcrazing高度取向的分子鏈構(gòu)成的微纖，也稱為銀紋質(zhì)微纖平行與外力方向，銀紋長度方向與外力垂直。

張應(yīng)力作用下的聚合物局部區(qū)域的塑性形變。在應(yīng)力集中的區(qū)域分子鏈將受到較大的應(yīng)力，導(dǎo)致沿應(yīng)力方向高度取向，產(chǎn)生局部的冷拉，由于局部的高度拉伸應(yīng)變（1000％），造成了很大的橫向收縮，這種局部的收縮要大于材料整體的橫向收縮，結(jié)果在局部性的取向鏈束或片層間形成一定的空的體積，并在表面上出現(xiàn)凹槽。也可以發(fā)生在材料內(nèi)部形成內(nèi)銀紋。環(huán)境因素也可誘發(fā)銀紋：未松弛掉的局部的內(nèi)應(yīng)力，小，如果在促進聚合物局部發(fā)生塑性流動的環(huán)境因素如：溶劑銀紋：溶劑擴散到聚合物表層造成區(qū)域性的