1、第二節(jié) 固體聚合物的屈服行為,一、玻璃態(tài)和結晶聚合物的拉伸,1.在很低的溫度下(TTg)，應力與應變呈正比的關系，但應變在小于10%就發(fā)生斷裂(曲線1所示)； 2.當溫度略為升高以后，應力應變曲線出現(xiàn)轉折點B，該點稱為屈服點，此時應力達到極大值，稱為屈服應力。試樣應變繼續(xù)增大，過了B點應力反而下降。繼續(xù)拉伸，試樣便發(fā)生斷裂，斷裂應變也小于20% 3.若溫度繼續(xù)升高到Tg以下幾十度范圍時，試樣在越過屈服點之后發(fā)生很大的應變(可達百分之幾百)，但其應力則不增加或增加不大，在斷裂前曲線又呈較明顯的上升，直到斷裂。試樣在斷裂處對應的應力稱為斷裂應力，對應的應變稱為斷裂伸長率。,4. 當溫度升高到Tg以

2、上，試樣進入高彈態(tài)，在較小的應力下即發(fā)生形變量很大的高彈形變，應力應變曲線不再出現(xiàn)屈服點，卻出現(xiàn)一較長的平臺，直到試樣斷裂前夕，曲線才出現(xiàn)明顯的上升。 若在試樣斷裂前停止拉伸，除去外力，則試樣已發(fā)生的大形變無法完全恢復；只有讓試樣的溫度升到Tg附近，形變方可回復。,這種大形變在本質上是一種高彈形變，而不是粘流形變，其分子機理主要是高分子的鏈段運動，它只是在大外力的作用下的一種鏈段運動。為區(qū)別于普通的高彈形變，可稱之為強迫高彈性。 在Tg以下，由于聚合物處于玻璃態(tài)，即使外力除去，已發(fā)生的大形變也不能自發(fā)回復。在材料出現(xiàn)屈服之前發(fā)生的斷裂稱為脆性斷裂一般材料在發(fā)生脆性斷裂之前只發(fā)生很小的形變。而在

3、材料屈服之后的斷裂，則稱為韌性斷裂。,強迫高彈性產(chǎn)生的原因： 由于外力的作用減小了在作用力方向上高分子鏈段運動的松弛時間，使得在玻璃態(tài)被凍結的鏈段能越過位壘而運動，實驗表明，松弛時間與外界應力之間有如下關系 E是活化能，a是材料常數(shù) 作用在聚合物材料上的力降低了活化能，使松弛時間縮短。當應力增加使松弛時間減小到與外力作用時間(拉伸速率)同一數(shù)量級時，聚合物就產(chǎn)生強迫高彈形變。外力作用對松弛過程的影響與升高溫度相似。,結晶聚合物：,整個曲線可分為三個階段： 1.應力隨應變線性地增加，試樣被均勻拉長，伸長率可達百分之幾到十幾，到y(tǒng)點后，試樣截面開始變得不均勻，出現(xiàn)一個或幾個“細頸”，即進入第二階段

4、。 2.細頸與非細頸部分的橫截面積分別維持不變，而細頸部不斷擴展，非細頸部分逐漸縮短，直到整個試樣完全變細為止。在第二階段的應變過程中應力幾乎不變，最后，進入第三階段。 3.即成頸的試樣又被均勻拉伸，此時應力又隨應變的增加而增大直到斷裂為止。,結晶聚合物在單向拉伸過程中分子排列產(chǎn)生很大的變化，尤是接近屈服點附近，分子鏈及其微晶在平行于拉伸方向上開始取向和重排，甚至有些晶體可能破裂成較小的單位，然后在取向的情況下再結晶。拉伸后的材料在熔點以下難以回復到原先未取向的狀態(tài)，只有加熱到熔點附近，才能回復到未拉伸狀態(tài)。因此這種結晶聚合物的大形變，就本質上說也是高彈性的。,玻璃態(tài)聚合物的拉伸與結晶聚合物的拉伸相似之處 兩種拉伸過程均經(jīng)歷彈性變形、屈服、發(fā)展大形變以及應變硬化等階段，其中大形變在室溫時都不能自發(fā)回復，而加熱后則產(chǎn)生回復，故本質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”。,玻璃態(tài)聚合物的拉伸與結晶聚合物的拉伸的區(qū)別： 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，而結晶聚合物則為Tg至Tm； 玻