聚合物的应力应变曲线.pptx

聚合物的应力应变曲线本章内容本章内容v8、1 聚合物得塑性和屈服聚合物得塑性和屈服 8、1、1应力应变曲线应力应变曲线 8、1、2 聚合物得屈服聚合物得屈服v8、2 高聚物得断裂和强度高聚物得断裂和强度 8、2、1 脆性断裂与韧性断裂脆性断裂与韧性断裂 8、2、2 聚合物得强度聚合物得强度 8、2、3 断裂理论断裂理论 8、2、4 影响聚合物强度和韧性得因素影响聚合物强度和韧性得因素-增强与增韧增强与增韧 8、2、5 疲劳疲劳表征材料力学性能得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就是与截面垂直,大小相等,方向相反,作用在同一直线上得两个力。外力F就是与界面平行,大小相等,方向相反得两个力。材料受到得就是围压力。FFFF应变应变张应变:真应变:切应变:就是偏斜角压缩应变:应力应力张应力:真应力:切应力:压力P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:不同材料得泊松比材料名称泊松比材料名称泊松比锌0 0、2121玻璃0 0、2525钢0 0、250250、3535石料0 0、160160、3434铜0 0、310310、3434聚苯乙系0 0、3333铝0 0、320320、3636聚乙烯0 0、3838铅0 0、4545有机玻璃0 0、3333汞0 0、5050橡胶类0 0、490490、5050几种常用得力学强度v拉伸强度 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常见塑料得拉伸和弯曲强度塑料名称塑料名称拉伸强度拉伸强度(MP(MPa a)伸长率伸长率%拉伸模量拉伸模量(GP(GPa a)弯曲强度弯曲强度(MP(MPa a)弯曲模量弯曲模量(GP(GPa a)聚乙烯2239601500、840、9525401、11、4聚苯乙烯35、263、312252、83、561、298、4ABS塑料16、963、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、8981372、02、1氯化聚醚42、3601601、170770、9线性聚酯802002、9117聚四氟乙烯14252503500、41114大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点聚合物力学性质得特点聚合物力学性质得特点vv就是已知材料中变性范围最宽得力学性质就是已知材料中变性范围最宽得力学性质就是已知材料中变性范围最宽得力学性质就是已知材料中变性范围最宽得力学性质。即力学性。即力学性质得多样性。例如液体有软弹性、硬弹性、刚性、脆质得多样性。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性、韧性等。可以从纯粘性经粘弹性到纯弹性,为应用为应用提供了广阔得选择余地。提供了广阔得选择余地。v例子例子: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、轻度交联得橡胶拉伸时,可伸长好几倍,力解除后基本恢复原状(弹性)4、胶泥变形后,却完全保持新得形状(粘性)vv力学性对温度和时间有强烈得信赖性力学性对温度和时间有强烈得信赖性力学性对温度和时间有强烈得信赖性力学性对温度和时间有强烈得信赖性。造成以上特点。造成以上特点得原因得原因:归结为聚合物得长链分子结构。归结为聚合物得长链分子结构。v高弹性高聚物特有高聚物特有 显示高弹性得温度范围(TgTf)分子量温度范围(TgTf)增宽(TgTf)得范围决定了橡胶得使用温度范围v粘弹性力学行为对温度和时间 有强烈得依赖关系为高聚物独特得力学行为 (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)v比强度特高比强度单位重量材料能承受得最大负荷几种金属材料和塑料(增强)得比强度材 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、73500280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、56580037008、1 聚合物得塑性和屈服聚合物得塑性和屈服vv8 8、1 1、1 1应力应变曲线应力应变曲线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得得得得塑塑塑塑性性性性与屈服与屈服与屈服与屈服:小形变得情况小形变得情况小形变得情况小形变得情况 大形变得情况大形变得情况大形变得情况大形变得情况 研究玻璃态高聚物大形变研究玻璃态高聚物大形变研究玻璃态高聚物大形变研究玻璃态高聚物大形变常用应力常用应力常用应力常用应力-应变实验应变实验应变实验应变实验,判断高判断高判断高判断高聚物材料得强弱聚物材料得强弱聚物材料得强弱聚物材料得强弱,硬软硬软硬软硬软,韧脆。韧脆。韧脆。韧脆。1 1、典型得应力典型得应力-应变曲线应变曲线 -以屈服点以屈服点A A为界分成两部分为界分成两部分:vv A A A A点点点点以以以以前前前前就就就就是是是是弹弹弹弹性性性性区区区区域域域域,可可可可恢恢恢恢复复复复原原原原样。样。样。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,发生永久变形发生永久变形发生永久变形发生永久变形,材料屈服。材料屈服。材料屈服。材料屈服。其中其中其中其中:A A A A点为屈服点点为屈服点点为屈服点点为屈服点,对应得应力和应变对应得应力和应变对应得应力和应变对应得应力和应变为屈服应力为屈服应力为屈服应力为屈服应力 和屈服应变和屈服应变和屈服应变和屈服应变 AB AB AB AB 段叫应变软化段叫应变软化段叫应变软化段叫应变软化 BC BC BC BC 段颈缩阶段段颈缩阶段段颈缩阶段段颈缩阶段 CD CD CD CD 段取向硬化段取向硬化段取向硬化段取向硬化 D D D D点发生断裂点发生断裂点发生断裂点发生断裂,对应得应力为抗拉对应得应力为抗拉对应得应力为抗拉对应得应力为抗拉强度强度强度强度 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 limitv 应力力:=F/A0v 应变:=l/l0v 材料得材料得杨氏模量氏模量E为应力力-应变曲曲线起始部分起始部分得斜率得斜率 E=tg=/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弹性形变弹性形变弹性形变弹性形变屈服屈服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应变硬化应变硬化断裂断裂断裂断裂2、外界条件对应力、外界条件对应力-应变曲线得影响应变曲线得影响vv(1)(1)不同温度不同温度不同温度不同温度随温度得增加应随温度得增加应随温度得增加应随温度得增加应力力力力-应变曲线得类型应变曲线得类型应变曲线得类型应变曲线得类型从硬而脆得变为软而从硬而脆得变为软而从硬而脆得变为软而从硬而脆得变为软而韧得。韧得。韧得。韧得。TTa:TTg 脆断b:TTg 屈服后断c:TTg 几十度 韧断d:Tg以上 无屈服 vv(2)(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,PIv(4)结晶结晶v应变软化更明显应变软化更明显v冷拉时晶片得倾斜、冷拉时晶片得倾斜、滑移、转动滑移、转动,形成微形成微晶或微纤束晶或微纤束v(5)球晶大小球晶大小v(6)结晶度结晶度3 3、晶态聚合物得应力一应变曲线、晶态聚合物得应力一应变曲线整个曲整个曲线可分可分为三个三个阶段段:到到y点后点后,试样截面开始截面开始变得不得不均匀均匀,出出现“细颈”。晶态聚合物“冷拉”得原因:Tm以下,冷拉:拉伸成颈(球晶中片晶得变形)非晶态:Tg以下冷拉,只发生分子链得取向晶态:Tm以下,发生结晶得破坏,取向,再结晶过程,与温度、应变速率、结晶度、结晶形态有关。v玻璃态聚合物得拉伸与结晶聚合物得拉伸相似之处: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变硬化等阶段,其中大形变在室温时都不能自发回复其中大形变在室温时都不能自发回复,而加热而加热后则产生回复后则产生回复,故本质上两种拉伸过程造成得大形变都就是高故本质上两种拉伸过程造成得大形变都就是高弹形变。该现象通常称为弹形变。该现象通常称为“冷拉”。v两种拉伸过程又有区别:即产生冷拉得温度范围不同即产生冷拉得温度范围不同,玻璃态聚合物得冷拉温度区间就玻璃态聚合物得冷拉温度区间就是是Tb到到Tg,而结晶聚合物则为而结晶聚合物则为Tg至至Tm;另一差别在于玻璃态另一差别在于玻璃态聚合物在冷拉过程中聚集态结构得变化比晶态聚合物简单得聚合物在冷拉过程中聚集态结构得变化比晶态聚合物简单得多多,她只发生分子链得取向她只发生分子链得取向,并不发生相变并不发生相变,而后者尚包含有结而后者尚包含有结晶得破坏晶得破坏,取向和再结晶等过程。取向和再结晶等过程。4、聚合物具有得应力、聚合物具有得应力-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(聚苯乙烯聚苯乙烯聚苯乙烯聚苯乙烯,PMMA,PMMA,PMMA,PMMA等等等等)(2)(2)(2)(2)硬而韧硬而韧硬而韧硬而韧(尼龙等尼龙等尼龙等尼龙等)(3)(3)(3)(3)硬而强硬而强硬而强硬而强(PVC(PVC(PVC(PVC与与与与PSPSPSPS得共得共得共得共混物混物混物混物)(4)(4)(4)(4)软而韧软而韧软而韧软而韧(橡胶橡胶橡胶橡胶)(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)PP)PP)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五种不同类型材料得比较五种不同类型材料得比较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、增塑、橡胶、增塑、PVC、PE、PTFEPS、PMMA、固、固化酚醛树脂化酚醛树脂断裂前无塑断裂前无塑性形变断裂性形变断裂前有银纹前有银纹硬硬PVCABS、PC、PE、PA有明显有明显得屈服和塑得屈服和塑性形变、韧性形变、韧性好性好8、1、2 聚合物得屈服1、高聚物屈服点得特征大多数高聚物有屈服现象,最明显得屈服现象就是拉伸中出现得细颈现象。她就是独特得力学行为。并不就是所有得高聚物材料都表现出屈服过程,这就是由于温度和时间对高聚物得性能得影响往往掩盖了屈服行为得普遍性,有得高聚物出现细颈和冷拉,而有得高聚物脆性易断。关于细颈现象关于细颈现象样条尺寸样条尺寸:横截面小得地方横截面小得地方应变软化应变软化:应力集中得地方应力集中得地方出现出现“细细颈颈”得位得位置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”得原因得原因无外力无外力有外力有外力Orientation细颈稳定细颈稳定取向硬化取向硬化Considre作图法作图法唯象角度唯象角度判据判据细颈细颈:屈服时屈服时,试样出现得局部变细得现象。试样出现得局部变细得现象。(1)屈服应变大屈服应变大:高聚物得屈服应变比高聚物得屈服应变比金属大得多金属大得多,金属金属0、01左右左右,高聚物高聚物0、2左右左右(例如例如PMMA得切变屈服为得切变屈服为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得下降大得下降,叫应变软化叫应变软化,这时应变增这时应变增大大,应力反而下降。应力反而下降。(3)屈服应力依赖应变速率屈服应力依赖应变速率:应变速率增大应变速率增大,屈屈服应力增大。服应力增大。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(4)屈服应力依赖于温度屈服应力依赖于温度:温度升高温度升高,屈服应力下屈服应力下降。在温度达到降。在温度达到时时,屈服应力等于屈服应力等于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维素应力应变曲线的影响应力应力应变应变80655025025(5)屈服应力受流体静压力得影响屈服应力受流体静压力得影响:压力增大压力增大,屈服应力增大。屈服应力增大。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(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得屈服应力差别很向薄膜不同方向上得屈服应力差别很大。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。vv高聚物屈服特征得小结高聚物屈服特征得小结(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)屈服应力得应变速率依赖性屈服应力得应变速率依赖性屈服应力得应变速率依赖性屈服应力得应变速率依赖性(4)(4)屈服应力得温度依赖性屈服应力得温度依赖性屈服应力得温度依赖性屈服应力得温度依赖性(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)(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关于关于工程应力和真应力v应力力:=F/A0v真真应力力:真真=F/A A=A0l0/l=A0/(1+)因因为:A Considere作图法作图法(真应力真应力-应变曲线应变曲线)(P180)v在横坐在横坐标=-1处向真向真应力力-应变曲曲线作切作切线就就是表就就是表观屈服点屈服点,有有:d 真真/d =真真/(1+)=真真/这种以真种以真应力作力作图求表求表观屈服点得方法就就是屈服点得方法就就是Considere作图作图法法。Y点在真应力在真应力-应变曲线上确定与应变曲线上确定与工程应力工程应力-应变屈服点应变屈服点Y所对应所对应得得B点点。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个切应力得个切应力得个切应力得个切应力得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)而不同得应力状态又对应不同得应力分量组合而不同得应力状态又对应不同得应力分量组合而不同得应力状态又对应不同得应力分量组合而不同得应力状态又对应不同得应力分量组合,在组合应力在组合应力在组合应力在组合应力条件材料得屈服条件称为屈服判据。条件材料得屈服条件称为屈服判据。条件材料得屈服条件称为屈服判据。条件材料得屈服条件称为屈服判据。vv屈服判据得理论屈服判据得理论屈服判据得理论屈服判据得理论: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(Tresca(Tresca(Tresca(Tresca判据判据判据判据)最大变形能理论最大变形能理论(Von Mises(Von 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,Mohr(Coulomb,Mohr判据判据判据判据)3、屈服机理屈服机理(1)(1)银纹屈服银纹屈服银纹屈服银纹屈服-银纹现象与应银纹现象与应银纹现象与应银纹现象与应力发白力发白力发白力发白I I、银纹银纹银纹银纹现象现象现象现象:很多高聚物很多高聚物很多高聚物很多高聚物,尤其就是玻璃尤其就是玻璃尤其就是玻璃尤其就是玻璃态透明高聚物态透明高聚物态透明高聚物态透明高聚物(PSPS、MMAMMA、PCPC)在在在在储存过程及使用过程中储存过程及使用过程中储存过程及使用过程中储存过程及使用过程中,往往会在往往会在往往会在往往会在表面出现像陶瓷得那样表面出现像陶瓷得那样表面出现像陶瓷得那样表面出现像陶瓷得那样,肉眼可见肉眼可见肉眼可见肉眼可见得微细得裂纹得微细得裂纹得微细得裂纹得微细得裂纹,这些裂纹这些裂纹这些裂纹这些裂纹,由于可以由于可以由于可以由于可以强烈地反射可见光看上去就是闪亮强烈地反射可见光看上去就是闪亮强烈地反射可见光看上去就是闪亮强烈地反射可见光看上去就是闪亮得得得得,所以又称为银纹所以又称为银纹所以又称为银纹所以又称为银纹cragecrageFF产生银纹得原因:a、就是高聚物受到张应力作用时、就是高聚物受到张应力作用时,在材料某些薄弱环节上应在材料某些薄弱环节上应力集中力集中,而产生局部塑性形变而产生局部塑性形变,而在材料表面或内部出现而在材料表面或内部出现垂直于应力方向得微细凹槽或垂直于应力方向得微细凹槽或“裂纹裂纹”得现象得现象b、环境因素也会促进银纹产生环境因素也会促进银纹产生,化学物质扩散到高聚物中化学物质扩散到高聚物中,使微观表面溶胀或增塑使微观表面溶胀或增塑,增加分子链段得活动性增加分子链段得活动性,玻璃化玻璃化温度下降促进银纹产生温度下降促进银纹产生,另外另外,试样表面得缺陷和擦伤处试样表面得缺陷和擦伤处也易产生银纹也易产生银纹,或起始于试样内部空穴或夹杂物得边界处或起始于试样内部空穴或夹杂物得边界处,这些缺陷造成应力集中这些缺陷造成应力集中,有利于银纹产生有利于银纹产生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,就是聚合物在张应力作用就是聚合物在张应力作用下下,于材料得某些薄弱部分出现应力集中而产生局部得塑性形变于材料得某些薄弱部分出现应力集中而产生局部得塑性形变得取向得取向,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左右左右,厚度为厚度为1m得微细凹槽。得微细凹槽。v银纹特征银纹特征:应力发白现象应力发白现象,密度为本体得密度为本体得50,高度取向得高分子高度取向得高分子微纤。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。vv银纹现象银纹现象银纹现象银纹现象:含有约含有约含有约含有约50%50%50%50%体积得空穴体积得空穴体积得空穴体积得空穴vv裂纹裂纹裂纹裂纹:就是空得就是空得就是空得就是空得,里面无高聚物里面无高聚物里面无高聚物里面无高聚物vv银纹得特点银纹得特点银纹得特点银纹得特点:(1):(1):(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)银纹得平面垂直于产生银纹得张应力。银纹得平面垂直于产生银纹得张应力。银纹得平面垂直于产生银纹得张应力。银纹得平面垂直于产生银纹得张应力。II II、应力发白应力发白应力发白应力发白现象现象现象现象:橡胶改性得橡胶改性得橡胶改性得橡胶改性得PSPS:HIPSHIPS或或或或ABSABS在受到破坏在受到破坏在受到破坏在受到破坏时时时时,其应力面变成乳白色其应力面变成乳白色其应力面变成乳白色其应力面变成乳白色,这就就是所谓应力这就就是所谓应力这就就是所谓应力这就就是所谓应力发白现象。发白现象。发白现象。发白现象。应力发白和银纹化之间得差别在于银纹带得应力发白和银纹化之间得差别在于银纹带得应力发白和银纹化之间得差别在于银纹带得应力发白和银纹化之间得差别在于银纹带得大小和多少大小和多少大小和多少大小和多少,应力发白就是由大量尺寸非常小应力发白就是由大量尺寸非常小应力发白就是由大量尺寸非常小应力发白就是由大量尺寸非常小得银纹聚集而成。得银纹聚集而成。得银纹聚集而成。得银纹聚集而成。(2)剪切屈服剪切屈服(剪切带剪切带)现象现象现象现象:韧性高聚物在拉伸至屈服点韧性高聚物在拉伸至屈服点韧性高聚物在拉伸至屈服点韧性高聚物在拉伸至屈服点时时时时,常可见试样上出现与拉伸方向常可见试样上出现与拉伸方向常可见试样上出现与拉伸方向常可见试样上出现与拉伸方向成成成成4545 角得剪切滑移变形带。角得剪切滑移变形带。角得剪切滑移变形带。角得剪切滑移变形带。对韧性材料来说对韧性材料来说对韧性材料来说对韧性材料来说,拉伸时拉伸时拉伸时拉伸时45 45 斜截面上得最大切应力首先达到材斜截面上得最大切应力首先达到材斜截面上得最大切应力首先达到材斜截面上得最大切应力首先达到材料得剪切强度料得剪切强度料得剪切强度料得剪切强度,所以首先出现与拉所以首先出现与拉所以首先出现与拉所以首先出现与拉伸方向成伸方向成伸方向成伸方向成4545 得剪切滑移变形带得剪切滑移变形带得剪切滑移变形带得剪切滑移变形带-细颈。细颈。细颈。细颈。因为变形带中分子链得取向度因为变形带中分子链得取向度因为变形带中分子链得取向度因为变形带中分子链得取向度高高高高,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。剪切带得结构形态剪切带得结构形态通常通常通常通常,韧性材料最大切应力首先达到抗剪强度韧性材料最大切应力首先达到抗剪强度韧性材料最大切应力首先达到抗剪强度韧性材料最大切应力首先达到抗剪强度,所以材料所以材料所以材料所以材料先屈服。先屈服。先屈服。先屈服。脆性材料最大切应力达到抗剪强度之前脆性材料最大切应力达到抗剪强度之前脆性材料最大切应力达到抗剪强度之前脆性材料最大切应力达到抗剪强度之前,真应真应真应真应力已超过材料强度力已超过材料强度力已超过材料强度力已超过材料强度,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。所以材料来不及屈服就已断裂。因此韧性材料因此韧性材料因此韧性材料因此韧性材料-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韧性聚合物单轴拉伸至屈服点时,可看到与拉伸方向可看到与拉伸方向成成45得剪切滑移变形带得剪切滑移变形带,有明显得双折射现象有明显得双折射现象,分子链高度分子链高度取向取向,剪切带厚度约剪切带厚度约1m左右左右,每个剪切带又由若干个细小每个剪切带又由若干个细小得不规则微纤构成。得不规则微纤构成。电镜电镜(SEM)下得剪切带图片下得剪切带图片岩石山体得剪切带岩石山体得剪切带共性共性共性共性: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,吸收能量吸收能量,呈现屈服现象呈现屈服现象注意注意注意注意:一般情况下一般情况下一般情况下一般情况下,材料既有银纹屈服又有剪切屈服材料既有银纹屈服又有剪切屈服材料既有银纹屈服又有剪切屈服材料既有银纹屈服又有剪切屈服主要区别主要区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 高聚物得断裂和强度高聚物得断裂和强度强度是指物质抵强度是指物质抵抗破坏的能力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8、2、1 脆性断裂与韧性断裂脆性断裂与韧性断裂vv试样发生脆性或者韧性断裂得影响因素试样发生脆性或者韧性断裂得影响因素:(1)与材料得组成有关与材料得组成有关(内因内因)(2)与拉伸温度与拉伸速度有关与拉伸温度与拉伸速度有关(外因外因)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高分子材料得内在韧性高分子材料得内在韧性高分子材料得内在韧性高分子材料得内在韧性,要在一定得温度和受力状要在一定得温度和受力状要在一定得温度和受力状要在一定得温度和受力状态下方能表现出来态下方能表现出来态下方能表现出来态下方能表现出来,离开这一环境就表现出脆性。离开这一环境就表现出脆性。离开这一环境就表现出脆性。离开这一环境就表现出脆性。1 1、判断材料断裂得方式判断材料断裂得方式vva a、应力应力应力应力-应变曲线应变曲线应变曲线应变曲线:发生屈服之前断裂发生屈服之前断裂发生屈服之前断裂发生屈服之前断裂,为脆性断裂为脆性断裂为脆性断裂为脆性断裂;vvb b、断裂能量断裂能量断裂能量断裂能量:冲击强度为冲击强度为冲击强度为冲击强度为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、试样断裂表面得形态。试样断裂表面得形态。试样断裂表面得形态。试样断裂表面得形态。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(不不同温度同温度)测定得断测定得断裂应力和屈服应裂应力和屈服应力力,作断裂应力和作断裂应力和屈服应力随温度屈服应力随温度得变化曲线得变化曲线-其交点对应得温其交点对应得温度为脆化温度度为脆化温度Tb3 3、脆性断裂和塑性屈服就是两个各自独立得过程脆性断裂和塑性屈服就是两个各自独立得过程脆性断裂和塑性屈服就是两个各自独立得过程脆性断裂和塑性屈服就是两个各自独立得过程vv在一定温度和应变速率下在一定温度和应变速率下在一定温度和应变速率下在一定温度和应变速率下,当外加应力达到她们之中较低得那当外加应力达到她们之中较低得那当外加应力达到她们之中较低得那当外加应力达到她们之中较低得那个时个时个时个时,就发生断裂或者屈服就发生断裂或者屈服就发生断裂或者屈服就发生断裂或者屈服vv显然显然显然显然:和和和和曲线得交点应该就就是脆韧转变曲线得交点应该就就是脆韧转变曲线得交点应该就就是脆韧转变曲线得交点应该就就是脆韧转变点点点点,在高于这点相应得温度时在高于这点相应得温度时在高于这点相应得温度时在高于这点相应得温度时,材料总就是韧性得。材料总就是韧性得。材料总就是韧性得。材料总就是韧性得。问题问题:断裂应力和屈服应力谁对温度更敏感？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！问题问题:断裂应力和屈服应力谁对应变速率更敏感？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！影响高聚物脆韧转变得条件影响高聚物脆韧转变得条件v断裂应力受应变速率和温度得影响不大断裂应力受应变速率和温度得影响不大断裂应力受应变速率和温度得影响不大断裂应力受应变速率和温度得影响不大v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得得得得影影影影响响响响很很很很大大大大:随随随随温温温温度度度度得得得得增加而降低增加而降低增加而降低增加而降低,随应变速率得增加而增加随应变速率得增加而增加随应变速率得增加而增加随应变速率得增加而增加v聚合物脆韧转变点随应变速率得增加而移向高温聚合物脆韧转变点随应变速率得增加而移向高温聚合物脆韧转变点随应变速率得增加而移向高温聚合物脆韧转变点随应变速率得增加而移向高温v聚合物材料得缺口特别影响材料得脆韧转变聚合物材料得缺口特别影响材料得脆韧转变聚合物材料得缺口特别影响材料得脆韧转变聚合物材料得缺口特别影响材料得脆韧转变 -尖锐得缺口可以使聚合物得断裂从韧性变为脆尖锐得缺口可以使聚合物得断裂从韧性变为脆尖锐得缺口可以使聚合物得断裂从韧性变为脆尖锐得缺口可以使聚合物得断裂从韧性变为脆性性性性 脆性断裂与韧性断裂得判断脆性断裂与韧性断裂得判断TTb,先达到 y,韧韧性断裂塑料一般得使用温度范围？塑料一般得使用温度范围？-Tb-TgvTb越低聚合物材料得韧性越越低聚合物材料得韧性越?好好差差T Tb4、材料得断裂方式材料得断裂方式v聚合物材料得破坏就是聚合物材料得破坏就是高分子主链得化学键断裂高分子主链得化学键断裂、高分子分子间滑脱高分子分子间滑脱及及分子链间相互作用力得破坏分子链间相互作用力得破坏。化学键拉断化学键拉断15000MPa分子间滑脱分子间滑脱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v通常高分子在断裂时三种方式兼而有之通常高分子在断裂时三种方式兼而有之,通常聚合物通常聚合物得理论断裂强度在数千得理论断裂强度在数千MPa,而实际断裂强度只有数而实际断裂强度只有数十十MPa、v例例:PA,60 MPa;PPO,70 MPav理理论值与与实验结果相差如此之大得原因果相差如此之大得原因:高分子链长度有限高分子链长度有限 样条存在缺陷样条存在缺陷 应力集中应力集中含有球形无机粒子得聚合物粘结剂得电镜图片含有球形无机粒子得聚合物粘结剂得电镜图片疲劳断裂得表面电镜图片疲劳断裂得表面电镜图片聚合物木层板断裂表面得电镜图片聚合物木层板断裂表面得电镜图片例例1:PC聚碳酸酯聚碳酸酯vTg=150vTb=-20v室温下室温下PC就是否易碎？就是否易碎？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脆性脆性得还就是韧性得？得还就是韧性得？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坏坏坏坏得得得得能能能能力力力力得得得得量量量量度度度度,表表表表征征征征了了了了材材材材料料料料得得得得受受受受力极限。力极限。力极限。力极限。8、2、2 聚合物得强度聚合物得强度拉伸强度拉伸强度:(1)(1)拉伸强度拉伸强度与与与与压缩强压缩强度度断裂伸长率断裂伸长率断裂伸长率断裂伸长率:扬氏模量扬氏模量扬氏模量扬氏模量:(2)(2)(2)(2)弯曲强度弯曲强度弯曲强度弯曲强度弯曲强度弯曲强度:弯曲模量弯曲模量弯曲模量弯曲模量:(3)(3)(3)(3)冲击强度冲击强度冲击强度冲击强度 冲击强度冲击强度冲击强度冲击强度:式中式中式中式中WWWW就是冲断试样就是冲断试样就是冲断试样就是冲断试样所消耗得功。所消耗得功。所消耗得功。所消耗得功。8、2、3 断裂理论断裂理论v自学自学8、2、4 影响聚合物强度和韧性得因素影响聚合物强度和韧性得因素 -增强与增韧增强与增韧vv聚合物得增强聚合物得增强-拉伸强度和拉伸模量得增加拉伸强度和拉伸模量得增加vv聚合物得增韧聚合物得增韧-冲击强度得增加冲击强度得增加-冲击强度就是衡量材料韧性得指标冲击强度就是衡量材料韧性得指标冲断试样所消耗得功冲断试样所消耗得功冲断试样得厚度和宽度冲断试样得厚度和宽度v从分子角度来看从分子角度来看,聚合物之所以具有抵抗外力破坏得聚合物之所以具有抵抗外力破坏得能力主要靠分子内得化学键合力和分子间范德华力和能力主要靠分子内得化学键合力和分子间范德华力和H键力键力,据此可计算出聚合物得理论强度。据此可计算出聚合物得理论强度。化学键拉断化学键拉断化学键拉断化学键拉断分子间滑脱分子间滑脱分子间滑脱分子间滑脱分子间扯离分子间扯离分子间扯离分子间扯离主主要要方方式式化学键断裂所需力最大分子间扯离所需力最小通过断裂形式分析：分子之间相互作用大小对强度影响最大通过断裂形式分析：分子之间相互作用大小对强度影响最大1、高分子结构得影响、高分子结构得影响vA、高分子得强度来源于主链得化学键力和分子之间、高分子得强度来源于主链得化学键力和分子之间得作用力得作用力,极性极性 则强度则强度;H键键 则也强度则也强度 例例:LPPEPVCPA610PA66拉伸强度拉伸强度(kg/cm2)150500600830注解注解无极性无极性有极性基团有极性基团 有有H H键键 H H键密度大键密度大v说明说明:极性基团过密或取代基过大极性基团过密或取代基过大,阻碍链段得运动阻碍链段得运动,Tb高高,显脆性显脆性,尽管拉伸强度大了尽管拉伸强度大了,但易发生脆性断裂。但易发生脆性断裂。vB、主链含芳杂环得聚合物强度大于脂肪