1、第八章 聚合物的屈服與斷裂,College of Materials Science and Engineering Liaocheng University,聚合物的力學(xué)性能是其受力后的響應(yīng)，如形變大小、形變的可逆性及抗破損性能等。,在不同條件下聚合物表現(xiàn)出的力學(xué)行為：,很大外力作用下表現(xiàn)為：極限力學(xué)行為（屈服、斷裂）,強度：材料所能承受的最大載荷，表征了材料的受力極限，在實際應(yīng)用中具有重要的意義。 包括抗張強度、沖擊強度、彎曲強度、壓縮強度、硬度。,小外力作用下聚合物表現(xiàn)為：高彈性、粘彈性和流動性,本章的主要內(nèi)容,聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,聚合物的屈服,聚合物強度的斷裂與強度,圖1 Inst

2、ron 5569電子萬能材料試驗機（electronic material testing system）,實驗條件：一定溫度下；試樣在大外力F的作用下以一定拉伸速率拉伸。 溫度：非晶態(tài)聚合物Tb-Tg; 晶態(tài)聚合物： Tg-Tm。, 8.1聚合物的拉伸行為,注意細(xì)頸現(xiàn)象,A,Y,B,Yielding point 屈服點,Point of elastic limit 彈性極限點,Breaking point 斷裂點,Strain softening 應(yīng)變軟化,Cold drawing 冷拉,Strain hardening 應(yīng)變硬化,8.1.1 聚合物的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線 一、典型非晶態(tài)聚合物

3、的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線,A,B,Y,你能解釋嗎？,彈性形變,屈服,冷拉,應(yīng)變硬化,斷裂,從分子運動機理解釋形變過程,彈性形變區(qū)，從直線的斜率可以求出楊氏模量，從分子機理 來看，這一階段的普彈性是由于高分子的鍵長、鍵角和小的運 動單元的變化引起的,移去外力后這部分形變會立即完全恢復(fù)。,屈服（yield，又稱應(yīng)變軟化點）點，超過了此點，凍結(jié)的鏈段開始運動。材料發(fā)生屈服，試樣的截面出現(xiàn)“細(xì)頸”。此后隨應(yīng)變增大，應(yīng)力不再增加反而有所下降應(yīng)變軟化。,細(xì)頸:屈服時，試樣出現(xiàn)的局部變細(xì)的現(xiàn)象。,強迫高彈形變區(qū)（冷拉階段），隨拉伸不斷進行，細(xì)頸沿試樣不斷擴展直到整個試樣都變成細(xì)頸，材料出現(xiàn)較大變形。強迫高彈形變

4、本質(zhì)上與高彈形變一樣，是鏈段的運動，但它是在外力作用下發(fā)生的。此時停止拉伸，去除外力形變不能恢復(fù)，但試樣加熱到Tg附近的溫度時，形變可以緩慢恢復(fù)。,強迫高彈形變產(chǎn)生的原因或玻璃態(tài)下鏈段的運動是如何發(fā)生的？,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(dāng)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。,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(dāng)外力移去后，鏈段不能再運動，形變

5、也就得不到回復(fù)，只有當(dāng)溫度升至Tg附近，使鏈段運動解凍，形變才能復(fù)原。,處于玻璃態(tài)的非晶聚合物在拉伸過程中屈服點后產(chǎn)生的較大應(yīng)變，移去外力后形變不能回復(fù)。若將試樣溫度升到其Tg附近，該形變則可完全回復(fù)，因此它在本質(zhì)上仍屬高彈形變，并非粘流形變，是由高分子的鏈段運動所引起的。 這種形變稱為強迫高彈形變又稱塑性形變,強迫高彈形變的定義,相同點： 玻璃態(tài)聚合物在大應(yīng)力條件下發(fā)生的這種高彈形變本質(zhì)上與橡膠態(tài) 聚合物的高彈形變是相同的，它們都是由鏈段運動所導(dǎo)致的高彈形變。,討論玻璃態(tài)聚合物的強迫高彈形變和橡膠高彈形變的異同：,不同點： （1）橡膠的高彈形變發(fā)生在Tg溫度以上（橡膠態(tài)），鏈段本身就具有了運

6、 動能力；因此在小應(yīng)力下就可以發(fā)生大形變； （2）橡膠的高彈形變當(dāng)外力去除后可以自動回復(fù)。 （3）玻璃態(tài)聚合物的高彈形變發(fā)生在Tg溫度以下（玻璃態(tài)），鏈段本身不 具備運動能力，只是在很大的應(yīng)力下使鏈段的運動解凍了，才可以發(fā) 生大形變，而且這種大形變只有當(dāng)加熱到Tg溫度附近時才可以回復(fù)。,應(yīng)變硬化區(qū)，在應(yīng)力的持續(xù)作用下，大量的鏈段開始運動， 并沿外力方向取向，使材料產(chǎn)生大變形，鏈段的運動和取向 最后導(dǎo)致了分子鏈取向排列，使強度提高。因此只有進一步 增大應(yīng)力才使應(yīng)變進一步發(fā)展，所以應(yīng)力又一次上升“應(yīng) 變硬化”。,斷裂試樣均勻形變，最后應(yīng)力超過了材料的斷裂強度，試樣發(fā)生斷裂。,Conclusion：

7、 典型非晶態(tài)聚合物拉伸時形變經(jīng)歷普彈形變、應(yīng)變軟化（屈服）、塑性形變(plastic deformation )（強迫高彈形變）、應(yīng)變硬化四個階段。,應(yīng)力-應(yīng)變曲線描述了材料在大外力作用下的形變規(guī)律。,聚合物的屈服強度（Y點強度） 聚合物的屈服伸長率（Y點伸長率） 聚合物的楊氏模量（OA段斜率） 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）,從曲線上可得評價聚合物力學(xué)性能的參數(shù):,(1) 溫度,a: TTg 0 脆斷 b: TTg 050 屈服后斷 c: TTg 幾十度 5070 韌斷 d: Tg以上 70 無屈服,Example-PVC,二、

8、影響聚合物應(yīng)力-應(yīng)變曲線的因素,總之， 溫度升高，材料逐步變軟變韌，斷裂強度下降，斷裂伸長率增加； 溫度下降，材料逐步變硬變脆，斷裂強度增加，斷裂伸長率減小,(2) 應(yīng)變速率,Strain rate,速度,速度,即增加應(yīng)變速率與 降低溫度的效應(yīng)是 等效的。,(3) 環(huán)境壓力,研究發(fā)現(xiàn)，對許多非晶聚合 物，如PS、PMMA等，其脆- 韌轉(zhuǎn)變行為還與環(huán)境壓力有關(guān)。,右圖可見，PS在低環(huán)境壓力 （常壓）下呈脆性斷裂特點， 強度與斷裂伸長率都很低。隨 著環(huán)境壓力升高，材料強度增 高，伸長率變大，出現(xiàn)典型屈 服現(xiàn)象，材料發(fā)生脆-韌轉(zhuǎn)變。,聚苯乙烯的應(yīng)力-應(yīng)變曲線 隨環(huán)境壓力的變化（T=31）,結(jié)晶聚合物

9、的應(yīng)力應(yīng)變曲線,OA-普彈形變 YN屈服，縮頸（應(yīng)變變大，應(yīng)力下降） ND強迫高彈形變 DB-細(xì)頸化試樣重新被均勻拉伸， 應(yīng)變隨應(yīng)力增加應(yīng)變硬化,一、晶態(tài)聚合物在單向拉伸時典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,8.1.2晶態(tài)聚合物的應(yīng)力一應(yīng)變曲線,玻璃態(tài)聚合物的拉伸與結(jié)晶聚合物的拉伸相似之處： 即兩種拉伸過程均經(jīng)歷彈性變形、屈服、強迫高彈形變以及應(yīng)變硬化、斷裂階段，其中強迫高彈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)，本質(zhì)上兩種拉伸過程造成的大形變都是鏈段運動所導(dǎo)致高彈形變。該現(xiàn)象通常稱為“冷拉”。 兩種拉伸過程又有區(qū)別： 即產(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

10、為Tg至Tm；另一差別在于玻璃態(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。,注意：（冷拉）強迫高彈形變，對于非晶聚合物，主要是鏈段取向；對于結(jié)晶聚合物，主要是晶粒的變形。 這與兩種拉伸過程造成的大形變都是鏈段運動所導(dǎo)致高彈形變并不矛盾。,(1) 球晶大小,二、影響晶態(tài)聚合物應(yīng)力-應(yīng)變曲線的因素,(2) 結(jié)晶度,8.1.3應(yīng)力一應(yīng)變曲線類型,“軟”和“硬”用于區(qū)分模量的低或高，“弱”和“強”是指強度的大小，“脆”是指無屈服現(xiàn)象而且斷裂伸長很小，“韌”是指其斷裂伸長和斷裂應(yīng)力都較高的情況，有時可將斷裂功

11、作為“韌性”的標(biāo)志。,表1 五種應(yīng)力-應(yīng)變曲線的特征, 8. 2聚合物的屈服,屈服主要特征,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。 高聚物在屈服點的應(yīng)變相當(dāng)大，屈服應(yīng)變?yōu)?0%-20%（與金屬相比）。 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(xì)頸”。,彈性變形后繼續(xù)施加載荷，則產(chǎn)生塑性形變，稱為繼續(xù)屈服，包括： 應(yīng)變軟化：屈服后，應(yīng)變增加，應(yīng)力反而有稍許下跌的現(xiàn)象，原因至今尚不清楚。 呈現(xiàn)塑性不穩(wěn)定性，最常見的

12、為細(xì)頸。 塑性形變產(chǎn)生熱量，試樣溫度升高，變軟。,Shear band剪切帶,在細(xì)頸出現(xiàn)之前試樣上出現(xiàn)與拉伸方向成45角的剪切滑移變形帶,聚合物屈服的表現(xiàn)形式,(2) Crazing 銀紋,銀紋現(xiàn)象為聚合物所特有，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100m、寬度為10 m左右、厚度約為1 m的微細(xì)凹槽的現(xiàn)象,分類,環(huán)境銀紋,溶劑銀紋,應(yīng)力銀紋,1. 剪切屈服現(xiàn)象及產(chǎn)生原因,橫截面A0, 受到的應(yīng)力 0=F/A0,拉伸中材料某個面受力分析,剪切屈服：即在細(xì)頸發(fā)生前，試樣表面出現(xiàn)與拉伸方向成45度角的剪切帶。(

13、為什么？）,斜截面A,受 力,法向應(yīng)力,剪切應(yīng)力,。,任意截面上的正應(yīng)力和法應(yīng)力與截面傾角的關(guān)系,對于試樣中傾角為= a+/2的斜截面（它與第一個斜截面 相互垂直）進行同樣處理，我們也可以得到： n=0 Cos2=0 Sin 2 s=0/2 Sin2=-0/2 Sin 2 顯然： s= -as，這說明兩個互相垂直的斜截面上的 切應(yīng)力大小相等、方向相反，而且它們總是同時出現(xiàn)的，之和 是一定值0,材料抵抗外力的方式,抗張強度：抵抗拉力的作用,抗剪強度：抵抗剪力的作用,兩種,當(dāng)應(yīng)力0增加時，不同斜面上切向應(yīng)力增大的幅度不同,抗張強度什么面最大？ =0， n=0,抗剪強度什么面最大？ =45或135

14、， s=0/2,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(xì)頸，直至細(xì)頸擴展至整個試樣。,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。,可以根據(jù)材料的本征強度對材料的脆

15、、韌性規(guī)定一個判據(jù)：,凡 的，發(fā)生破壞時首先為脆性斷裂的材料為脆性材料； 凡 的，容易發(fā)生韌性屈服的材料為韌性材料。,（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1m，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(細(xì)頸擴展至整個試樣)。同時，由于發(fā)生取向硬化，阻止了形變的進一步發(fā)展,總結(jié)剪切帶的特點：,（1）定義：銀紋現(xiàn)象為聚合物所特有，是聚合物在張應(yīng)力作用下，于材料的某些薄弱部分出現(xiàn)應(yīng)力集中而產(chǎn)生局部的塑性形變和取向，以至在材料表面或內(nèi)部

16、垂直于應(yīng)力方向上出現(xiàn)長度為100m，寬度為10m左右，厚度為1m的微細(xì)凹槽現(xiàn)象。,2.銀紋屈服現(xiàn)象,（2）特征：銀紋不是空的，銀紋體的密度為本體密度的50%，折光指數(shù)也低于聚合物本體折光指數(shù)，因此在銀紋和本體之間的界面上將對光線產(chǎn)生全反射現(xiàn)象，呈現(xiàn)銀光閃閃的紋路（所以也稱應(yīng)力發(fā)白），高度取向的高分子微纖加熱退火會使銀紋消失（發(fā)生解取向）。 銀紋進一步發(fā)展裂縫脆性斷裂。,銀紋的擴展,中間分子 鏈斷裂,擴展,形成裂紋,（3）.銀紋與裂縫的區(qū)別：裂縫是空的，內(nèi)部無聚合物；而銀紋內(nèi)部并不是完全空的，含有40左右的聚合物仍然具有強度和粘彈現(xiàn)象稱為銀紋質(zhì)。銀紋處的密度低，折光指數(shù)低，故在界面上出現(xiàn)全反射現(xiàn)

17、象。,銀紋具有可逆性，在壓力或者玻璃化溫度以上退火時可回縮或者愈合，再拉伸時，它會出現(xiàn)。銀紋擴展會變成裂縫，最后整個材料斷裂。,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?zhǔn)蚱瑢娱g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。,另外：環(huán)境和溶劑因素也可誘發(fā)銀紋。,（4）.銀紋產(chǎn)生的機理：,4.產(chǎn)生銀紋的結(jié)果： 銀紋可發(fā)展成裂縫，使材料的使用性能降低。 銀紋的產(chǎn)生可以改善聚合物

18、的力學(xué)性能，它在產(chǎn)生時吸收能量，提高了高聚物沖擊強度。,舉例： 抗沖擊塑料：在塑料（PS）中引入橡膠分散相（Tg低，形成兩相體系且邊界黏著性好），橡膠顆粒在應(yīng)力的作用下除了本身的形變外，還可以引起顆粒周圍的塑料相產(chǎn)生很多銀紋，銀紋的產(chǎn)生和塑性形變，消耗了大量的沖擊能量同時由一個顆粒邊緣產(chǎn)生的銀紋可在附近的另一個橡膠顆粒上終止，防止了銀紋發(fā)展成裂縫從而抑制了材料破壞起到增韌的作用。,下面總結(jié)：剪切和銀紋屈服的特點,銀紋和剪切帶均為分子鏈取向，吸收能量，呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象,一般情況下，材料既有銀紋屈服又有剪切屈服,如何區(qū)分?jǐn)嗔研问剑?關(guān)鍵看屈服,屈服前斷脆性斷裂,屈服后斷韌性斷裂, 8.3 聚合物的斷裂

19、與強度,脆性斷裂：與材料的彈性響應(yīng)相聯(lián)系，在斷裂前試樣形變均勻，斷裂時，裂紋迅速垂直于應(yīng)力方向，斷裂面不顯出明顯的推遲形變，曲線是線性的，5%,斷裂能小，形變的產(chǎn)生是由張應(yīng)力引起的鍵長變化的結(jié)果。,韌性斷裂：屈服點以后的斷裂，產(chǎn)生大形變，斷面顯示外延形變（縮頸的結(jié)果），曲線是非線性的，5%，形變的產(chǎn)生是由剪切應(yīng)力引起的鏈段運動的結(jié)果,1. 脆性斷裂與韌性斷裂,脆性斷裂,屈服前斷裂,無塑性流動,表面光滑,張應(yīng)力,韌性斷裂,屈服后斷裂,有塑性流動,表面粗糙,切應(yīng)力,試樣發(fā)生脆性或者韌性斷裂與材料結(jié)構(gòu)有關(guān)，除此之外，同一材料是發(fā)生脆性或韌性斷裂還與溫度T 和拉伸速度 有關(guān)。,PS試樣脆性斷裂表面的電

20、鏡照片,增韌改性PVC韌性斷裂表面的SEM照片,脆性斷裂和韌性斷裂斷口形貌,脆性斷裂韌性斷裂,屈服,-線,b,斷裂能,斷裂表面,斷裂原因,無,有,無,有,線性,非線性,線性,非線性,小,大,小,大,小,大,小,大,平滑,粗糙,平滑,粗糙,法向應(yīng)力,剪切應(yīng)力,法向應(yīng)力,剪切應(yīng)力,比較脆性斷裂和韌性斷裂,脆韌轉(zhuǎn)變溫度 Tb,Tb脆化溫度，脆化點,在一定速率下（不同溫度）測定的斷裂應(yīng)力和屈服應(yīng)力，作斷裂應(yīng)力和屈服應(yīng)力隨溫度的變化曲線,斷裂應(yīng)力和屈服應(yīng)力誰對應(yīng)變速率更敏感？,因此，脆韌轉(zhuǎn)變點將隨應(yīng)變速率增加而移向高溫，即在低應(yīng)變速率時是韌性的材料，高應(yīng)變速率時將會發(fā)生脆性斷裂。,T Tb,Tb越低材料

21、韌性越好,對材料一般使用溫度為哪一段？,2.影響聚合物強度性能的因素,凡是有利于提高材料的彈性模量、有利于增加斷裂過程的表面功和增加分子穩(wěn)定性的因素，都使材料的強度提高；凡是使材料形成弱點而增加應(yīng)力分布的不均勻性的因素，都使材料的強度下降。,聚合物材料內(nèi)在結(jié)構(gòu)因素：一次結(jié)構(gòu)、二次結(jié)構(gòu)和三次結(jié)構(gòu)三個方面進行討論。 外在因素：溫度、外力作用速度。,一、一次結(jié)構(gòu)： 鏈節(jié)含有強極性基團或氫鍵的基團使得分子間作用力增大，強度提高,鏈節(jié)的極性對polymer強度的影響,交聯(lián)：適當(dāng)交聯(lián)，總是提高聚合物的強度，但如果交聯(lián)度太大，會使其脆性太大而失去應(yīng)用價值。,隨著極性基團或氫鍵，強度，但密度大，阻礙鏈段的運動

22、，不能產(chǎn)生強迫高彈形變脆性斷裂,空間立構(gòu)：結(jié)構(gòu)規(guī)整和等規(guī)度高的聚合物因結(jié)晶而強度提高。,無規(guī)立構(gòu)含量對PP性能影響,Conclution： 交聯(lián)、結(jié)晶、增加鏈的剛性（分子鏈本身的剛性加上分子間相互作用力）有利于聚合物強度和耐熱性的提高。,支化：支化破壞了鏈的規(guī)整性結(jié)晶度降低，還增加了分子間的距離分子間力減小，都使強度降低。但是韌性有所提高。,支化度對聚合物力學(xué)性能的影響,二、二次結(jié)構(gòu)： 鏈的剛性 高分子鏈剛性增加，聚合物強度增加，韌性下降，像主鏈含有芳雜環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物其強度和模量比脂肪族主鏈高。主鏈上含有大的側(cè)基，剛性大。 如PE 24.5N/m2，PS 35.260N/m2， PET 80N

23、/m2,分子量與分子量分布： 分子量是對高分子材料力學(xué)性能（包括強度、彈性、韌性）起決定性作用的結(jié)構(gòu)參數(shù)。,當(dāng)分子量很小時，強度隨著分子量增加而增加， 當(dāng)分子量大到一定值，強度與分子量無關(guān)。,聚合物的沖擊強度隨著分子量的增大而增大。一般認(rèn)為分子量分布寬時，強度明顯下降，這是因為低分子量的物質(zhì)相當(dāng)于增塑劑的緣故。分子量分布窄時剛好相反。,理論解釋： 強度是由分子間作用力和化學(xué)鍵決定，分子間作用力具有加和性，隨著分子量的增加對應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響增加，當(dāng)分子量小時分子間作用力小于化學(xué)鍵，破壞發(fā)生在分子間，當(dāng)分子量大到比化學(xué)鍵大時，破壞發(fā)生在化學(xué)鍵上，強度與分子量無關(guān),三、三次結(jié)構(gòu)： 結(jié)晶度增加，強度

24、增加韌性下降以PE為例。,表8 聚乙烯強度與結(jié)晶度的關(guān)系,晶體尺寸：,表9 PP球晶尺寸與力學(xué)性能的關(guān)系,小球晶： y 、t 、斷裂伸長率高。,大球晶：下降,圖22 球晶大小對應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響,結(jié)晶形態(tài)：同一類聚合物，伸直鏈強度最大，串晶次之，球晶最小。,取向：可使材料強度提高幾倍幾十倍，對纖維和薄膜，取向是提高性能必不可少的措施。,原因：取向后分子沿外力的方向有序排列，斷裂時主價鍵比例增大，而使聚合物強度提高。 注意：當(dāng)外力與取向方向平行，強度高，垂直，強度低。,應(yīng)力集中:高聚物由于下列原因產(chǎn)生應(yīng)力集中，盡管試樣受力沒有達到破壞的程度，但是局部應(yīng)力集中可以超過聚合物的強度。使強度降低。,幾

25、何尺寸的不連續(xù)：空口，空隙，銀紋，溝槽等 材料的不連續(xù)：雜質(zhì) 負(fù)荷的不連續(xù)：掛一個重物，載體上各處受力的程度不同，掛的地方首先破壞。 為了提高強度，必須消除應(yīng)力集中，如人們將纖維作的很細(xì)，以消除缺陷，裂紋。 裂紋形狀的影響：裂縫越尖，應(yīng)力集中越嚴(yán)重，強度越低一般認(rèn)為：裂縫橢圓圓 加工方式的影響：將結(jié)晶聚合物淬冷或者加入成核劑，得到小而多的晶體，抗張強度提高，沖擊強度提高。如PP脆，但是加入成核劑，韌性增大，還有用熱處理可以提高強度。,增塑劑的影響： 抗張強度降低，沖擊性能提高。 原因：能夠同聚合物相容的小分子，是使分子鏈之間的相互作用減弱，分子鏈活動性增加。從而使材料的拉伸強度下降，沖擊強度升

26、高。,解決的方法：將丁二烯氣體注入PVC粉末中，用60Co輻照，丁二烯就像樹枝一樣接在PVC主干上。在30時其強度比通常PVC大50倍以上,共聚和共混的影響： 如PS很脆，但是與丙烯腈共聚所得聚合物的抗張強度沖擊強度都提高。若進一步與丁二烯聚合，得到抗沖擊強度很高的ABS 樹脂,PVC的低溫性能很差，容易發(fā)脆,四、外力作用速度和溫度的影響。,高分子鏈運動的特點，有明顯的時間、溫度依賴性松弛特性，所以外力作用速度和溫度對強度有明顯的影響。,Conclution：隨溫度的降低或拉伸速率的提高， t 、y、 E增大， 斷裂伸長率減少，聚合物的破壞方式由韌性趨向脆性破壞,A、考慮分子結(jié)構(gòu)因素,極性基團

27、或氫鍵,主鏈上含芳雜環(huán)結(jié)構(gòu),適度的交聯(lián),結(jié)晶度大,取向好,高,低,拉伸強度t,高,低,加入增塑劑,高,低,高,低,高,低,高,低,缺陷存在,高,低,B、考慮外界因素,溫度高,應(yīng)變速率大,高,低,高,低,拉伸強度t,Discussion,極性基團或氫鍵,有支鏈結(jié)構(gòu),適度交聯(lián),結(jié)晶度大,雙軸取向,好,差,好,差,加入增塑劑,好,差,好,差,好,差,好,差,韌性,外界因素,溫度高,應(yīng)變速率大,好,差,好,差,沖擊強度i 即韌性,掌握內(nèi)容： 1、非晶態(tài)、結(jié)晶聚合物在不同溫度下的拉伸應(yīng)力應(yīng)變特性（-曲線）及強迫高彈形變與冷拉的概念，并從分子運動解釋。 2、聚合物的屈服現(xiàn)象，何謂剪切屈服？何謂銀紋屈服？

28、3、聚合物的宏觀斷裂方式 4、影響聚合物拉伸強度的因素及對 -曲線的影響 5、影響高聚物的抗沖擊強度和脆韌轉(zhuǎn)變的因素。,不同溫度下測定的PMMA的應(yīng)力應(yīng)變曲線。 不同應(yīng)變速率下測定的HDPE的應(yīng)力應(yīng)變曲線 取向聚合物在不同方向拉伸時的應(yīng)力應(yīng)變曲線。,2.試述橡膠增韌脆性PS的機理，并畫出增韌前后的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。,3.試解釋下列術(shù)語； 屈服現(xiàn)象與屈服點，銀紋，脆化溫度與強迫高彈形變,4. PE和全同立構(gòu)的PP都是塑料，為什么共聚物可以制成乙丙橡膠？,1. 畫出下列力學(xué)實驗曲線并指出特點。,習(xí)題：,5.說明SBS嵌段共聚物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，并從結(jié)構(gòu)角度考慮說明它的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、動態(tài)力學(xué)性能，拉伸強

29、度透明性的特點。,1）SBS是室溫下呈橡膠彈性，在120時是熔融體可塑性成型的彈性體，所以叫熱塑性彈體。,凝聚態(tài)為兩相結(jié)構(gòu)，兩端為PS，是塑料相，中間為PB，是橡膠相，PS聚集在一起形成微區(qū)，為分散相（PS團簇）， PB為連續(xù)的橡膠相。在室溫時，PS的Tg高于室溫，使分子鏈兩端變硬，起物理交聯(lián)的作用，阻止聚合物鏈的冷流，而PB的Tg低于室溫，仍具有彈性。加熱時，PS相被破壞，可以流動成型具有熱塑性。,圖29 SBS熱塑性彈性體的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖,2）Tg：由于兩相互不相容，因此共聚物具有各自的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。無規(guī)共聚丁苯橡膠只有一個。 3）動態(tài)力學(xué)性能：因為有兩個玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，所以有兩個內(nèi)耗

30、峰。,圖30,4）.拉伸強度：SBS嵌段共聚物中PS含量達到28時，應(yīng)力應(yīng)變行為接近天然橡膠，應(yīng)力應(yīng)變曲線與其相似。拉伸強度超過丁苯橡膠（無規(guī)共聚）,圖31,6.填空： 高彈形變時模量隨著溫度增加而 變小 這是因為 分子鏈運動的能量升高，松弛時間變短 . 在室溫下橡膠的松弛時間比塑料 短 。 增強塑料是指 在聚合物基體中加入第二種物質(zhì)提高聚合物強度而得到的材料 ， 最常用的增強填料是 木粉，碳黑，輕質(zhì)二氧化硅， 新型高強度填料是碳纖維，石墨纖維，硼纖維，超細(xì)金屬纖維與晶須纖維。,7、將下列曲線對應(yīng)的字母填入右邊的括弧中,（A）TTb （D）TTg,8.判斷題： 同一高聚物在不同溫度下斷裂強度不同（對） 線性柔性非晶態(tài)聚合物只能發(fā)生韌性斷裂（錯） 脆性斷裂是發(fā)生在屈服點之前，斷裂面光滑，韌性斷裂發(fā)生在屈服點之后，斷裂面粗糙。（對） 在室溫下橡膠只能發(fā)生高彈形變，塑料只能發(fā)生普彈形變