6屈服断裂和强.pptx

第六节第六节 高聚物的屈服、高聚物的屈服、断裂和强度断裂和强度高分子材料加工基础2024/8/10 周六2研究内容研究内容u研究对象研究对象u聚合物的极限性质，即在较大外力的持续作用在较大外力的持续作用或强大强大外力的短时作用外力的短时作用后，聚合物发生大大形变直至宏观破坏宏观破坏或断裂断裂。u主要内容主要内容一、高分子材料的拉伸应力-应变特性二、高聚物的屈服三、高分子材料的断裂和强度高分子材料加工基础2024/8/10 周六3一、高聚物的拉伸特性一、高聚物的拉伸特性n拉伸特性的研究方法拉伸特性的研究方法拉伸特性的研究方法拉伸特性的研究方法n n研究材料强度和破坏的重要实验手段是测量材料的研究材料强度和破坏的重要实验手段是测量材料的拉拉拉拉伸应力伸应力伸应力伸应力-应变特性应变特性应变特性应变特性。n n将材料制成标准试样，如图将材料制成标准试样，如图6-16-1所示，以所示，以规定的速度规定的速度均均匀拉伸，测量试样上的应力、应变的变化，直到试样匀拉伸，测量试样上的应力、应变的变化，直到试样破坏。破坏。图图6-1 哑铃型标准试样哑铃型标准试样高分子材料加工基础2024/8/10 周六41.1 典型高聚物的拉伸特性典型高聚物的拉伸特性玻璃态高聚物的应力高聚物的应力-应变曲线应变曲线结晶态高弹态高分子材料加工基础2024/8/10 周六5曲线特性分析曲线特性分析（信息？）（信息？）图图6-2 6-2 玻璃态或结晶态高聚物的应力玻璃态或结晶态高聚物的应力-应变曲线应变曲线 Y:屈服点屈服点B:B:断裂点断裂点A:A:弹性极限点弹性极限点应变软化应变硬化冷拉高分子材料加工基础2024/8/10 周六6形变过程形变过程弹性形变弹性形变-屈服屈服-应变软化应变软化-冷拉冷拉-应变硬化应变硬化-断裂断裂从分子运动机理解释上述过程从分子运动机理解释上述过程高分子材料加工基础2024/8/10 周六71.1.1应变软化应变软化n应变软化：应变软化：应变软化：应变软化：n n当应力超过屈服应力当应力超过屈服应力A A后，应力与应变不再保持线性后，应力与应变不再保持线性关系，到达关系，到达Y Y点，应力达到最大值，此时非晶态高聚物点，应力达到最大值，此时非晶态高聚物的的链段开始运动链段开始运动，卷曲的分子链沿拉伸方向伸展，结，卷曲的分子链沿拉伸方向伸展，结晶态高聚物的晶态高聚物的微晶微晶也也进行重排进行重排，甚至某些晶体可能破，甚至某些晶体可能破裂，发生取向，出现较大应变，而应力几乎不变或先裂，发生取向，出现较大应变，而应力几乎不变或先降低后不变。降低后不变。高分子材料加工基础2024/8/10 周六81.1.2冷拉伸冷拉伸n冷拉伸冷拉伸冷拉伸冷拉伸n n高聚物材料在低温下（非晶高聚物低于高聚物材料在低温下（非晶高聚物低于TgTg，结晶高聚物低，结晶高聚物低于于TmTm），受外力作用而产生大形变的现象。），受外力作用而产生大形变的现象。n这种大形变在外力撤消后不回复，通过适当升温（TTg或Tm）仍可恢复或部分恢复，属于强迫高弹形变。n冷拉伸时试样的变化冷拉伸时试样的变化冷拉伸时试样的变化冷拉伸时试样的变化高分子材料加工基础2024/8/10 周六9冷拉伸的微观机理冷拉伸的微观机理n非晶态聚合物非晶态聚合物n当温度处于Tb TTg时，被冻结的链段链段在外力作用下强迫运动，产生大变形。n结晶聚合物结晶聚合物n在温度处于Tb TTm区间发生冷拉伸时，除了非晶态的链段链段发生强迫高弹形变，还包括晶区的微晶微晶在应力作用下使原有的结晶结构破坏，球晶、片晶被拉开分裂成更小的结晶单元，分子链从晶体中被拉出、伸直，沿着拉伸方向排列形成的大形变的过程。高分子材料加工基础2024/8/10 周六10冷拉伸微观机理分析图球晶内部晶片拉伸变化示意图高分子材料加工基础2024/8/10 周六111.1.3应变硬化应变硬化n应变硬化：应变硬化：应变硬化：应变硬化：n n在应力的继续作用下，从大量的分子链段取向运动发在应力的继续作用下，从大量的分子链段取向运动发展到整条分子链取向排列，取向后分子链排列紧密规展到整条分子链取向排列，取向后分子链排列紧密规整，被破坏的微晶取向从而形成新的结晶，使材料的整，被破坏的微晶取向从而形成新的结晶，使材料的强度进一步提高。此时应变变化不大，而应力又急剧强度进一步提高。此时应变变化不大，而应力又急剧增加，直至断裂。增加，直至断裂。高分子材料加工基础2024/8/10 周六121.2影响高聚物拉伸特性的因素影响高聚物拉伸特性的因素(a)(a)温度的影响温度的影响a:TTb0C脆断-硬而脆c:TTg5070C韧断-硬而韧d:TTg70C无屈服-软而韧b:TbTTg050C屈服后断-硬而强PVC试样温度范围拉伸特性T温度升高，材料模温度升高，材料模温度升高，材料模温度升高，材料模量和强度下降，伸量和强度下降，伸量和强度下降，伸量和强度下降，伸长率变大。长率变大。长率变大。长率变大。高分子材料加工基础2024/8/10 周六13(b)(b)(b)(b)拉伸速率的影响拉伸速率的影响拉伸速率的影响拉伸速率的影响速度提高拉伸速率，材料模提高拉伸速率，材料模提高拉伸速率，材料模提高拉伸速率，材料模量、屈服应力和拉伸强量、屈服应力和拉伸强量、屈服应力和拉伸强量、屈服应力和拉伸强度增加，断裂伸长率降度增加，断裂伸长率降度增加，断裂伸长率降度增加，断裂伸长率降低低低低，与降低温度对材料，与降低温度对材料拉伸行为有相似的影响，拉伸行为有相似的影响，这是这是时时时时-温等效原理温等效原理温等效原理温等效原理在在高分子力学行为中的体高分子力学行为中的体现。现。高分子材料加工基础2024/8/10 周六14a:硬而脆性材料PS、PMMA、酚醛树脂c:硬而韧性材料尼龙、聚甲醛、聚碳酸酯、聚酰亚胺b:硬而强性材料硬质PVC、芳香尼龙、高分子量PSd:软而韧材料硫化橡胶、软质PVC(c)(c)(c)(c)物质结构组成物质结构组成物质结构组成物质结构组成高分子材料加工基础2024/8/10 周六15二、高分子材料的屈服二、高分子材料的屈服n屈服的形式屈服的形式n银纹屈服n剪切屈服屈服点高分子材料加工基础2024/8/10 周六162.1 银纹屈服银纹屈服n银纹化现象银纹化现象n许多聚合物，尤其是玻璃态透明聚合物如PS、PMMA、PC等，在存储及使用过程中，由于应力和环境因素的影响，表面往往会出现一些微裂纹。有这些裂纹的平面能强烈反射可见光，形成银色的闪光，故称为银纹银纹，相应的开裂现象称为银纹化现象银纹化现象。PSPMMA高分子材料加工基础2024/8/10 周六17n 产生银纹的原因产生银纹的原因n力学因素（拉应力、弯应力）n环境因素（与某些化学物质相接触）n银纹和裂缝的区别银纹和裂缝的区别n裂缝是宏观开裂，内部质量为零；而银纹内部有物质填充着，质量不等于零，该物质称银纹质，是由高度取向的聚合物纤维束构成。n银纹具有可逆性，在压应力下或在Tg以上温度退火处理，银纹会回缩或消失，材料重新回复光学均一状态。高分子材料加工基础2024/8/10 周六18银纹的微观结构银纹的微观结构F银纹质（微纤）银纹质（微纤）平行于平行于外力外力方向，方向，银纹长度方向银纹长度方向与与外力外力垂直。垂直。高分子材料加工基础2024/8/10 周六192.2剪切屈服剪切屈服n剪切屈服剪切屈服剪切屈服剪切屈服n n拉伸时在细颈出现之前，试样上出现与拉伸方向成拉伸时在细颈出现之前，试样上出现与拉伸方向成4545 的剪切滑移变形带，从而使形变增大的现象。的剪切滑移变形带，从而使形变增大的现象。n剪切屈服带的形成剪切屈服带的形成n在最大剪应力平面上由于应变软化引起分子链滑动形成剪切应变的薄层。FPC高分子材料加工基础2024/8/10 周六20银纹与剪切屈服的区别银纹与剪切屈服的区别项目项目剪切屈服剪切屈服银纹屈服银纹屈服方向方向与作用力成与作用力成4545角角垂直于作用力垂直于作用力形变大，几十几百%小473473 均含玻璃纤维均含玻璃纤维20-40%Carbonfiber