高分子物理 第8章 聚合物的屈服与断裂1

1、Xinjiang university聚合物的屈服和断裂聚合物的屈服和断裂The Yield strength and Breaking of Polymer 19241、应力应变曲线测量的条件、方法、应力应变曲线测量的条件、方法2、玻璃态、结晶态高聚物分别在不同的温度范围内测得、玻璃态、结晶态高聚物分别在不同的温度范围内测得 的的曲线及曲线中所代表的物理意义曲线及曲线中所代表的物理意义3、强度的概念及增强的机理、补强措施、强度的概念及增强的机理、补强措施4、影响强度的结构因素及环境因素、影响强度的结构因素及环境因素5、增韧的方法及优缺点、增韧的方法及优缺点1、研究材料变形的实验方法、研究材料

2、变形的实验方法2、各类高聚物的应力应变、各类高聚物的应力应变 曲线及表征的物理意义曲线及表征的物理意义3、高聚物的强度概念及补强机理、高聚物的强度概念及补强机理4、高聚物的增韧机理、高聚物的增韧机理1924基本概念基本概念 在较大外力的持续作用或强大外力的短期作用下，材料将发在较大外力的持续作用或强大外力的短期作用下，材料将发生大形变直到宏观破坏或者断裂，对这种破坏或断裂的抵抗能力。生大形变直到宏观破坏或者断裂，对这种破坏或断裂的抵抗能力。是材料在外力作用下产生的塑性形变。是材料在外力作用下产生的塑性形变。强度：强度：例：例： 脆性断裂脆性断裂韧性断裂韧性断裂 是缺陷快速扩展的结果是缺陷快速扩

3、展的结果 是屈服后的断裂是屈服后的断裂屈服：屈服：掌握材料的各项力学性能指标及涵义：掌握材料的各项力学性能指标及涵义：断裂伸长率断裂伸长率拉伸强度拉伸强度屈服伸长率屈服伸长率屈服强度屈服强度杨氏模量杨氏模量断裂强度断裂强度材料破坏方式的不同，可分为：材料破坏方式的不同，可分为： 拉伸强度、冲击强度和弯曲强度拉伸强度、冲击强度和弯曲强度一、聚合物应力一、聚合物应力- -应变行为应变行为哑铃形拉伸试样示意图哑铃形拉伸试样示意图拉伸实验取得数据，应力和应变有下式表示：拉伸实验取得数据，应力和应变有下式表示：0AF0lL为沿纵轴方向上的拉力为沿纵轴方向上的拉力 为试样标距的原长为试样标距的原长为试验时

4、，相应标线间长度的改变为试验时，相应标线间长度的改变为试样的初始截面积为试样的初始截面积0AL0l 应力应力-应变实验是一种使用最广泛的、非常重要而又使用应变实验是一种使用最广泛的、非常重要而又使用的力学实验。的力学实验。0l测得的应力、应变数据可以绘制出不同聚合物的应力测得的应力、应变数据可以绘制出不同聚合物的应力-应变曲线应变曲线ABAABBPMMA的应力的应力-应变曲线应变曲线实验条件：实验条件：拉伸温度拉伸温度拉伸速度拉伸速度60 （Tg =115）5mm / min一、聚合物应力一、聚合物应力- -应变行为应变行为1924应力应力-应变曲线有以下特点应变曲线有以下特点AABABBOM

5、 斜率斜率E为弹性模量，且这种高模为弹性模量，且这种高模 量，小形变的弹性行为：量，小形变的弹性行为： OM段，段，M点亦称为比例极限；点亦称为比例极限； 应力应力-应变关系符合虎克定律；应变关系符合虎克定律；高分子的键长、键角变化所引起的高分子的键长、键角变化所引起的yield：应力达到某最大值（：应力达到某最大值（A点）后，曲线开始出现点）后，曲线开始出现 应变增加而应力不变或是先下降后不变的现象。应变增加而应力不变或是先下降后不变的现象。A点应力后，应力点应力后，应力-应变曲线不再保持线性关系。应变曲线不再保持线性关系。AC段，段，应变增加，应力反而有所降低的现象；应变增加，应力反而有所

6、降低的现象；C1924此时粘流的机理是在强力作用此时粘流的机理是在强力作用下及室温下发生的分子链转移，下及室温下发生的分子链转移，也称为也称为冷流冷流(cold flow)。 在应力的持续作用下，此时随应变增加，应力急剧进一在应力的持续作用下，此时随应变增加，应力急剧进一步增加的现象。步增加的现象。CB段，段，应变硬化应变硬化（strain hardening）：）： 由大量链段取向过渡到分由大量链段取向过渡到分子链取向，并且链间重新形成子链取向，并且链间重新形成更多的物理交联点。更多的物理交联点。这阶段的形变是不可逆的，产生永久变形。这阶段的形变是不可逆的，产生永久变形。AABABBOMC1

7、924对应的应变对应的应变屈服应变（屈服伸长率）屈服应变（屈服伸长率）AAA点：点：对应的应力对应的应力屈服应力（屈服强度）屈服应力（屈服强度）AB点间的应变软化，取向硬化现象：点间的应变软化，取向硬化现象：应变增加，应力反而有所降低的现象；应变增加，应力反而有所降低的现象；细颈沿样品扩散，最后，应力急剧增细颈沿样品扩散，最后，应力急剧增 加，试样才能产生一定的应变的现象；加，试样才能产生一定的应变的现象；对应的应力对应的应力 断裂强度（拉伸强度）断裂强度（拉伸强度） 对应的应变对应的应变 断裂伸长率断裂伸长率B点点:BBABAABB断裂能断裂能断裂能反映材料的拉伸断裂韧性大小。断裂能反映材料

8、的拉伸断裂韧性大小。应力应变曲线下的面积；应力应变曲线下的面积；面积越大，韧性越强；面积越大，韧性越强；CDE 线性非晶高聚物的应力应变曲线各段特征线性非晶高聚物的应力应变曲线各段特征 AB BC CD DE运动单元运动单元 链段以链段以 下单元下单元 链段开链段开 始运动始运动 链段运链段运 动取向动取向链段不能链段不能再运动再运动模量表示模量表示高且不变高且不变 减小减小进一步减小进一步减小 增大增大 形变形变 小，应力小，应力 增大形变增大形变 增大增大应力减小应力减小形变增大形变增大应力不变形应力不变形变增大变增大应力增大应力增大形变增大形变增大 名称名称 普弹性普弹性 应变软化应变软

9、化强迫高弹性强迫高弹性应变硬化应变硬化yB一、应力一、应力- -应变曲线应变曲线 晶态聚合物一般成颈（也晶态聚合物一般成颈（也叫冷拉）也包括晶区和叫冷拉）也包括晶区和非晶区的转变。非晶区的转变。典型的未取向晶态高聚物在典型的未取向晶态高聚物在 单轴拉伸下的应力单轴拉伸下的应力-应变曲线应变曲线普弹形变阶段普弹形变阶段细颈形变阶段细颈形变阶段应变硬化阶段应变硬化阶段1924 由于细颈部分分子排列规整，可以承受更大的力，因而细由于细颈部分分子排列规整，可以承受更大的力，因而细颈不在变形，而是细颈两端发展，使细颈部分不断扩展，非细颈不在变形，而是细颈两端发展，使细颈部分不断扩展，非细颈部分逐渐缩短，

10、直至整个试样完全变为细颈为止。颈部分逐渐缩短，直至整个试样完全变为细颈为止。拉伸初期、应力拉伸初期、应力 增加较快，增加较快， 应变增加较小，应变增加较小， 关系符合虎关系符合虎克定律，代表普弹形变。克定律，代表普弹形变。细颈部分试样的宽、厚减小，故负荷读数可能稍下降。细颈部分试样的宽、厚减小，故负荷读数可能稍下降。yyyy点：点：屈服点屈服点试样的截面积变的不均匀，试样的截面积变的不均匀，出现一个或几个细颈出现一个或几个细颈1924曲线上表现出应力不变，而应变不断增加。曲线上表现出应力不变，而应变不断增加。但应变值与聚合物品种有关。但应变值与聚合物品种有关。例如：例如：PE（LDPE，HDP

11、E）、）、PET、尼龙可达、尼龙可达500； LLDPE可高达可高达1000。 有关结晶聚合物的拉伸成颈问题，近来人们研究的结有关结晶聚合物的拉伸成颈问题，近来人们研究的结果主要归结于：果主要归结于：这种大形变，当拉力去处后，只要加热到接这种大形变，当拉力去处后，只要加热到接近熔点的温度，同样是可以部分恢复原状的近熔点的温度，同样是可以部分恢复原状的球晶中片晶变形球晶中片晶变形相转变和双晶化相转变和双晶化分子链的倾斜，片晶沿着分子轴方向滑移和转动。分子链的倾斜，片晶沿着分子轴方向滑移和转动。片晶的破裂，更大的倾斜，滑移和转动，一些分子链从结片晶的破裂，更大的倾斜，滑移和转动，一些分子链从结晶体

12、中拉出晶体中拉出破裂的分子链和被拉直的链段一道组成微丝结构。破裂的分子链和被拉直的链段一道组成微丝结构。1924由于取向后分子链间排列紧密，由于取向后分子链间排列紧密，相互作用力增强，故必须进一步相互作用力增强，故必须进一步增加应力，才能使微晶间或者分增加应力，才能使微晶间或者分子间发生位移，最后导致分子链子间发生位移，最后导致分子链的断裂以致材料破坏。的断裂以致材料破坏。第三段：应变硬化第三段：应变硬化成颈后的试样重新被均匀拉伸。成颈后的试样重新被均匀拉伸。yyy上述拉伸时出现细颈的应力称为上述拉伸时出现细颈的应力称为。它是晶态高聚物的重要机械性能之一。它是晶态高聚物的重要机械性能之一。在纤

13、维或薄膜生产工艺中此应力对计算在纤维或薄膜生产工艺中此应力对计算设备的马达负荷是一个重要的参考数据设备的马达负荷是一个重要的参考数据04080120160200050100150200250应力LLDPE0209mmN应变 0 10 20 30 40 50 60 70050100150200250应变 应力mmNLDPE15803LDPE242604080120160050100150200250应 力 应变 HDPE5410HDPE5000smmN050100150200250050100150200250N应变 应 力 HDPE60550HDPE6070mm0408012016050100

14、150200250 Nmmloaddisplacement020406080050100150200250 A-4A-3A-2Nmmloaddisplacement聚丙烯聚丙烯(EPC30R) 应力应力-应变曲线应变曲线A-2IFR（20%）/PPA-3IFR（25%）/PPA-4IFR（30%）/PP 结晶高聚物的应力应变曲线各段特征结晶高聚物的应力应变曲线各段特征 AB BC CD DE运动单元运动单元 链段以链段以 下单元下单元链段开链段开始运动始运动链段运链段运动取向动取向链段不能链段不能再运动再运动模量表示模量表示 高且不变高且不变减小减小进一步减小进一步减小增大增大 形变形变小，应

15、力增小，应力增大形变增大大形变增大 应力减小应力减小 形变增大形变增大 应力不变应力不变 形变增大形变增大 应力增大应力增大 形变增大形变增大 名称名称 普弹性普弹性 应变软化应变软化强迫高弹性强迫高弹性应变硬化应变硬化产生条件产生条件 温度处于脆化温度以上，玻璃化温度以下温度处于脆化温度以上，玻璃化温度以下 拉伸速度应低于脆韧转变时的拉伸速度拉伸速度应低于脆韧转变时的拉伸速度你能你能解释解释吗？吗？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形变过程从分子运动机理解释形变过程 结晶聚合物结晶聚合物与非晶态聚合与非晶态聚合物的拉伸机理物的拉伸机理相

16、同吗？相同吗？玻璃态聚合物与结晶聚合物的拉伸比较玻璃态聚合物与结晶聚合物的拉伸比较相似之处：相似之处：两种拉伸过程均经历弹性变形、屈服、发展大形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，其中大形变在室温时都不能自发回变以及应变硬化等阶段，其中大形变在室温时都不能自发回复，而加热后则产生回复，故本质上两种拉伸过程造成的大复，而加热后则产生回复，故本质上两种拉伸过程造成的大形变都是高弹形变。该现象通常称为形变都是高弹形变。该现象通常称为“冷拉冷拉”。区别区别：1）产生冷拉的温度范围不同，玻璃态聚合物的冷拉温产生冷拉的温度范围不同，玻璃态聚合物的冷拉温 度区间是度区间是Tb到到

17、Tg，而结晶聚合物则为远低于，而结晶聚合物则为远低于 Tg至至Tm 2）玻璃态聚合物在冷拉过程中聚集态结构的变化比晶）玻璃态聚合物在冷拉过程中聚集态结构的变化比晶 态聚合物简单得多，它只发生分子链的取向，并不态聚合物简单得多，它只发生分子链的取向，并不 发生相变，后者尚包含有结晶的破坏，取向和再结发生相变，后者尚包含有结晶的破坏，取向和再结 晶等过程。晶等过程。1）温度）温度 时，时， ， 应变不到应变不到10%就会发生断裂就会发生断裂;gTT 时，时， ， 在在A 点处达到极大值，应变在点处达到极大值，应变在20%;gTT 时，时， ， 达到屈服点之后，在不大的应力下，达到屈服点之后，在不大

18、的应力下， 能发生很大的应变，最后应力出现较明显的上升，能发生很大的应变，最后应力出现较明显的上升， 直到最后断裂直到最后断裂;gTT一、应力一、应力- -应变曲线应变曲线1924 时，时， ， 在断裂前，应力出现一段急剧的上升，在断裂前，应力出现一段急剧的上升， 是是“取向硬化取向硬化”导致的。导致的。gTT 断裂伸长率下降断裂伸长率下降T不同，不同，一定时，一定时，- -曲线曲线材料变软而韧材料变软而韧断裂强度下降断裂强度下降断裂伸长率上升断裂伸长率上升材料变硬而脆材料变硬而脆断裂强度上升断裂强度上升gTT gTTgTTgTTgTT gTTgTTgTTPVC 不同温度应力不同温度应力-应变

19、曲线应变曲线a: TTg c: TTg (几十度几十度)d: T接近接近Tgb: TTgTemperature 05070 70 050 Example-PVC脆性断裂脆性断裂 韧性断裂韧性断裂无屈服无屈服屈服后断裂屈服后断裂Results TT19245080100170全同立构全同立构PS - 曲线与温度的关系曲线与温度的关系 1924048120.010.020.007m/s1m/s0.05m/s0.02m/s0.003m/s0.004m/sPVC在室温，应变速率下测得的曲线在室温，应变速率下测得的曲线 2）应变速率）应变速率同一聚合物试样，在一定的温度和不同的拉伸速同一聚合物试样，在一

20、定的温度和不同的拉伸速率下，应力率下，应力-应变曲线形状也发生了很大变化。应变曲线形状也发生了很大变化。聚合物的屈服应力聚合物的屈服应力结果：结果：断裂伸长率减小断裂伸长率减小断裂强度提高断裂强度提高7m/s1m/s0.05m/s0.02m/s0.003m/s0.004m/s 不同的拉伸速率不同的拉伸速率1234Strain rate拉伸速率拉伸速率拉伸速率拉伸速率Example: PMMAa: 脆性材料脆性材料 c: 韧性材料韧性材料d: 橡胶橡胶b: 半脆性材料半脆性材料酚醛或环氧树脂酚醛或环氧树脂PP, PE, PCPS, PMMANature rubber, PB 不同的化学结构不同的

21、化学结构19243）流体静压力）流体静压力 流体静压力不仅对聚合物的屈服有很大影响，也对聚合流体静压力不仅对聚合物的屈服有很大影响，也对聚合物整个应力物整个应力-应变曲线有很大影响，随着压力的增加，聚合应变曲线有很大影响，随着压力的增加，聚合物的模量有很大的增加。物的模量有很大的增加。例如例如: 1）PTFE 压力增大到时，模量增加压力增大到时，模量增加6倍；倍；2）PC，PE，PP 可在常压下冷拉的聚合物，可在常压下冷拉的聚合物， 增加压力就会阻止冷拉发生；增加压力就会阻止冷拉发生；3）PVC随压力升高最初变脆，伸长率降低，随压力升高最初变脆，伸长率降低， 然后压力增加，伸长率提高；然后压力

22、增加，伸长率提高；4）PS，PA（更脆的聚合物更脆的聚合物）当流体静压力增大到）当流体静压力增大到某一临界值时，可由某一临界值时，可由脆性变为韧性脆性变为韧性；19244）结晶度和球晶大小）结晶度和球晶大小结晶聚合物许多性能与结晶度和结晶形态有关。结晶聚合物许多性能与结晶度和结晶形态有关。20%60%100%140%00.691.382.072.75屈服应力屈服应力强度强度模量模量硬度增加硬度增加HDPELDPE断裂伸长率下降断裂伸长率下降韧性下降韧性下降PP的小球晶的小球晶PP的大球晶的大球晶1924高度取向时高度取向时(模量增大模量增大)未取向未取向E10-8(N/m2)E10-8(N/m

23、2)E10-8(N/m2)LDPE8.33.31.2HDPE436.75.9PP638.37.15）取向度）取向度聚合物取向方向上的强度随取向程度的增加而很快增加。聚合物取向方向上的强度随取向程度的增加而很快增加。高度取向时，垂直于取向方向上材料的强度下降，易开裂。高度取向时，垂直于取向方向上材料的强度下降，易开裂。垂直方向上模量与无取向时差别不大垂直方向上模量与无取向时差别不大一般在平行方向上，模量比不取向时增大很多一般在平行方向上，模量比不取向时增大很多在双轴构成的面内，性能不像单轴取向时那样有很在双轴构成的面内，性能不像单轴取向时那样有很弱的方向，可以提高聚合物性能。弱的方向，可以提高聚

24、合物性能。例：例： 高冲击聚苯乙烯高冲击聚苯乙烯PMMA的脆性改变的脆性改变 在室温和通常拉伸速度，按照拉伸过程中屈服点的在室温和通常拉伸速度，按照拉伸过程中屈服点的表现，伸长率大小以及断裂情况表现，伸长率大小以及断裂情况应力应力-应变曲线可分为五应变曲线可分为五种类型：种类型：一、应力一、应力- -应变曲线应变曲线硬而强硬而强强而韧强而韧 （很少用作材料使用很少用作材料使用）1924硬而强硬而强断裂伸长率一般低于断裂伸长率一般低于2%模量高，没有屈服点模量高，没有屈服点抗拉强度相当大抗拉强度相当大PS，PMMA，酚醛树脂，酚醛树脂断裂伸长率约为断裂伸长率约为 5%杨氏模量高，拉伸强度高杨氏模

25、量高，拉伸强度高硬质硬质PVC和和PS的共混物的共混物1924 很少用作材料使用。很少用作材料使用。断裂强度也高断裂强度也高伸长率很大（伸长率很大（20%1000%）模量低，屈服点低或没有模量低，屈服点低或没有有橡胶，增塑有橡胶，增塑PVCPA-66，PC，POM拉伸过程中会产生细颈拉伸过程中会产生细颈断裂伸长率也较大断裂伸长率也较大模量高，屈服强度模量高，屈服强度1924(hard & brittle)(hard & strong)(soft & weak)(weak & brittle) 1924(strong & tough)(soft &

26、 tough)强而韧强而韧1）拉伸强度区分：）拉伸强度区分：2）模量）模量E高低区分：高低区分：3）曲线中面积大小区分：曲线中面积大小区分： 1）形变速率对高聚物的应力）形变速率对高聚物的应力-应变曲线的影响应变曲线的影响2）温度对高聚物的应力）温度对高聚物的应力-应变曲线的影响应变曲线的影响 强而韧强而韧软而韧软而韧二、屈服二、屈服-冷拉机理冷拉机理一、应力一、应力-应变曲线应变曲线4 4）屈服应力随）屈服应力随T T升高而降低，到达升高而降低，到达Tg时，降低为时，降低为0（实质上不（实质上不 存在屈服）。存在屈服）。1、高聚物屈服点的特征、高聚物屈服点的特征1 1）屈服应变）屈服应变（y

27、ield strain）较大，而大多数金属材料较小。较大，而大多数金属材料较小。2）高聚物在屈服点后，存在应变软化现象。此时，应变增加，）高聚物在屈服点后，存在应变软化现象。此时，应变增加， 应力下降。应力下降。3）高聚物的屈服应力与应变速率有很大的依赖性。且随应变）高聚物的屈服应力与应变速率有很大的依赖性。且随应变 速率增大而增大。速率增大而增大。5）大多数高聚物屈服时，体积稍有缩小。）大多数高聚物屈服时，体积稍有缩小。19241）许多高聚物材料在塑性形变时往往会出现均匀形变许多高聚物材料在塑性形变时往往会出现均匀形变的不稳定性。的不稳定性。2）试样某个局部的应变比试样整体的应变增加试样某个

28、局部的应变比试样整体的应变增加 更为迅速，使得形变变成了不均匀的形变。更为迅速，使得形变变成了不均匀的形变。聚合物拉伸时的细颈现象聚合物拉伸时的细颈现象6）与金属材料相比，高聚物的屈服应力对流体静压力非常敏感，）与金属材料相比，高聚物的屈服应力对流体静压力非常敏感， 流体静压力升高，屈服应力升高。流体静压力升高，屈服应力升高。7）压缩屈服应力大于拉伸屈服应力。）压缩屈服应力大于拉伸屈服应力。1924成颈（冷拉）是纤维和薄膜单轴拉伸工艺的基础；成颈（冷拉）是纤维和薄膜单轴拉伸工艺的基础； 纤维就是拉伸试样的细颈部分。纤维就是拉伸试样的细颈部分。细颈的工业意义细颈的工业意义产生塑性不稳定性的原因可

29、能有两个：产生塑性不稳定性的原因可能有两个：是材料在屈服点以后的应变软化；是材料在屈服点以后的应变软化；几何原因几何原因是材料试样尺寸在各处的微小差别。是材料试样尺寸在各处的微小差别。如：如： 有效截面积稍小点有效截面积稍小点微薄点微薄点先达到屈服点先达到屈服点形变容易形变容易结构上的原因结构上的原因使局部的应变高于其他地方（是应力集中导致）使局部的应变高于其他地方（是应力集中导致）正压力（流体静压力）正压力（流体静压力）二、屈服二、屈服-冷拉机理冷拉机理一、应力一、应力-应变曲线应变曲线三、屈服判据三、屈服判据 ),(zxyzxyzzyyxxf单轴拉伸状态下材料的屈服应力很容易由实验测得。单

30、轴拉伸状态下材料的屈服应力很容易由实验测得。测定组合应力状态下材料的屈服条件，需要一定的强度理论。测定组合应力状态下材料的屈服条件，需要一定的强度理论。应力一般由包括应力一般由包括3个正应力和个正应力和3个切应力的个切应力的6个分量组成：个分量组成：屈服判据：不同的应力状态下又对应于不同应力分量的组和，屈服判据：不同的应力状态下又对应于不同应力分量的组和， 在组合应力条件下，材料的屈服条件。在组合应力条件下，材料的屈服条件。单参数屈服判据：单参数屈服判据：双参数屈服判据：双参数屈服判据：最大切应力理论（最大切应力理论（Tresca判据）判据）最大变形能理论（最大变形能理论（Von Mises准

31、则）准则）MC判据判据二、屈服二、屈服-冷拉机理冷拉机理一、应力一、应力-应变曲线应变曲线三、屈服判据三、屈服判据 四、剪切带的结构形态四、剪切带的结构形态3）剪切带的产生与发展吸收了大量能量。同时，由于发生）剪切带的产生与发展吸收了大量能量。同时，由于发生 取向硬化，阻止了形变的进一步发展。取向硬化，阻止了形变的进一步发展。2）剪切带的厚度约）剪切带的厚度约1m，在剪切带内部，高分子链沿外力方，在剪切带内部，高分子链沿外力方 向高度取向剪切带内部没有空隙。因此，形变过程没有明向高度取向剪切带内部没有空隙。因此，形变过程没有明 显的体积变化；显的体积变化；1）剪切带是韧性聚合物在单向拉伸至屈服

32、点时出现的与拉伸）剪切带是韧性聚合物在单向拉伸至屈服点时出现的与拉伸 方向成约方向成约45角倾斜的剪切滑移变形带角倾斜的剪切滑移变形带;三、银纹现象三、银纹现象一、应力一、应力-应变曲线应变曲线是聚合物在张应力作用下，于材料某些薄弱部位出现是聚合物在张应力作用下，于材料某些薄弱部位出现应力集中而产生的塑性形变和取向，在材料表面或内应力集中而产生的塑性形变和取向，在材料表面或内部垂直于应力方向上出现长度为部垂直于应力方向上出现长度为100m、宽度为、宽度为10 m左右、厚度约为左右、厚度约为1 m的微细凹槽的现象。的微细凹槽的现象。定义：定义：环境银纹环境银纹溶剂银纹溶剂银纹应力银纹应力银纹二、

33、屈服二、屈服-冷拉机理冷拉机理三、屈服判据三、屈服判据 四、剪切带的结构形态四、剪切带的结构形态（Crazing） 许多聚合物，尤其是玻璃态透明聚合物如聚苯乙烯、许多聚合物，尤其是玻璃态透明聚合物如聚苯乙烯、有机玻璃、聚碳酸酯等，在存储及使用过程中，由于应力有机玻璃、聚碳酸酯等，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，相应的开裂现象称为银纹化现象。银纹，相应的开裂现象称为银纹化现象。图图a：聚苯乙烯：聚

34、苯乙烯图图b：有机玻璃：有机玻璃拉伸试样在拉断前产生银纹化现象拉伸试样在拉断前产生银纹化现象: 注意：注意：银纹方向与应力方向垂直银纹方向与应力方向垂直环境因素（与某些化学物质相接触）环境因素（与某些化学物质相接触）ABS试样在弯应力下试样在弯应力下产生银纹的电镜照片产生银纹的电镜照片 LDPE试样在弯应力作用和在丙醇试样在弯应力作用和在丙醇中浸泡时产生环境应力开裂的照片中浸泡时产生环境应力开裂的照片 产生银纹的原因有两个：产生银纹的原因有两个：力学因素（拉应力、弯应力）力学因素（拉应力、弯应力）1924银纹为聚合物所特有，通常出现非晶聚合物中；银纹为聚合物所特有，通常出现非晶聚合物中；半结晶

35、聚合物只有在侵蚀性环境中或交变应力作用半结晶聚合物只有在侵蚀性环境中或交变应力作用下下才发生银纹化；才发生银纹化；交联聚合物交联聚合物可大大削弱以至消除银纹化过程。可大大削弱以至消除银纹化过程。银纹与聚合物的关系：银纹与聚合物的关系：如：如：PS，PMMA，PC，聚砜等，聚砜等2、银纹和剪切带比较、银纹和剪切带比较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形 变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体 积积体体 积积 不不 变变体体 积积 增增 加加力力剪剪 切切 力力张张 应应 力力结结 果果冷冷

36、 拉拉裂裂 缝缝 一般情况下，材料既有银纹屈服又有剪切屈服一般情况下，材料既有银纹屈服又有剪切屈服相同之处：相同之处：均有分子链取向，吸收能量，呈现屈服现象。均有分子链取向，吸收能量，呈现屈服现象。1924银纹：银纹：聚合物的银纹处不是空的，其密度聚合物的银纹处不是空的，其密度为聚合物为聚合物本体的本体的50%左右左右;银纹处仍然具有强度，力学性能也银纹处仍然具有强度，力学性能也有粘弹现象有粘弹现象;4102银纹处是裂纹的先导。银纹处是裂纹的先导。如：如：PS（银纹扩展至整个横截面）（银纹扩展至整个横截面） 可承担可承担 N/m2 的负荷的负荷裂纹：裂纹： 聚合物的裂纹处是空的聚合物的裂纹处是

37、空的；裂纹处失去强度裂纹处失去强度。F银纹的扩展银纹的扩展中间分子链断裂中间分子链断裂扩展扩展形成裂纹形成裂纹19244）银纹内的丝状体已发生高度塑性变形，银纹体仍）银纹内的丝状体已发生高度塑性变形，银纹体仍 具有相当大的力学强度，银纹化区域内的高分子具有相当大的力学强度，银纹化区域内的高分子 链沿张应力方向高度取向，能大量吸收塑形变能。链沿张应力方向高度取向，能大量吸收塑形变能。1）银纹化使聚合物在过低的负荷下失效；）银纹化使聚合物在过低的负荷下失效；2）银纹往往是裂纹的先导，银纹断裂也形成裂纹；）银纹往往是裂纹的先导，银纹断裂也形成裂纹；3）银纹化出现部位高度集中时可导致脆性断裂；）银纹化

38、出现部位高度集中时可导致脆性断裂； 以橡胶微粒为分散相的抗冲击以橡胶微粒为分散相的抗冲击PS 如果如果 使银纹有控制地生成，并防止其生使银纹有控制地生成，并防止其生 长和断裂，可得到韧性很好的材料。长和断裂，可得到韧性很好的材料。一、填空题一、填空题2）银纹的密度约为本体的（）银纹的密度约为本体的（ ），银纹中分子链（），银纹中分子链（ ） 于银纹的长度方向，加热退火会使银纹（于银纹的长度方向，加热退火会使银纹（ ）。）。5）刚性高分子的低温脆性（）刚性高分子的低温脆性（ ）柔性高分子。）柔性高分子。4）随应变速率的增加，高分子材料的脆韧转变温度将（）随应变速率的增加，高分子材料的脆韧转变温度

39、将（ ）1）银纹是在（）银纹是在（ ）力或（）力或（ ）的作用下产生的，）的作用下产生的， 银纹内部存在（银纹内部存在（ ），其方向与外力方向（），其方向与外力方向（ ）。）。3）相比于脆性断裂，韧性断裂的断裂面较为（）相比于脆性断裂，韧性断裂的断裂面较为（ ），）， 断裂伸长率较（断裂伸长率较（ ），并且在断裂前存在（），并且在断裂前存在（ ）。）。二、选择题二、选择题1）高聚物的应力应变曲线中哪个阶段表现出强迫高弹性（）高聚物的应力应变曲线中哪个阶段表现出强迫高弹性（ ） A、大形变、大形变 B、应变硬化、应变硬化 C、断裂、断裂2）非结晶性高聚物的应力应变曲线不存在以下那个阶段（）非结晶

40、性高聚物的应力应变曲线不存在以下那个阶段（ ） A、屈服、屈服 B、细颈化、细颈化 C、应变软化、应变软化3）关于银纹，以下哪条不正确（）关于银纹，以下哪条不正确（ ） A、透明性增加、透明性增加 B、抗冲击强度增加、抗冲击强度增加 C、加速环境应力开裂、加速环境应力开裂4）聚碳酸酯的应力应变曲线属于以下那一类（）聚碳酸酯的应力应变曲线属于以下那一类（ ） A、硬而脆、硬而脆 B、软而韧、软而韧 C、硬而韧、硬而韧三、判断题三、判断题1）高聚物产生屈服是由银纺纹引起的。）高聚物产生屈服是由银纺纹引起的。2）冷拉和强迫高弹性的运动单元都是链锻。）冷拉和强迫高弹性的运动单元都是链锻。3）只有在脆化

41、温度以下才会出现脆性断裂。）只有在脆化温度以下才会出现脆性断裂。4）银纹的产生有利于提高材料的拉伸强度的冲击强度。）银纹的产生有利于提高材料的拉伸强度的冲击强度。5）在）在Tg以下高分子材料的链段和整链都不会运动。以下高分子材料的链段和整链都不会运动。6）理论强度是一个不可实现的值。）理论强度是一个不可实现的值。7）交联后材料的强度一定会提高。）交联后材料的强度一定会提高。8）线型聚乙烯的强度比支化聚乙烯的强度高、韧性好。）线型聚乙烯的强度比支化聚乙烯的强度高、韧性好。9）分子间作用力大的材料强度高。）分子间作用力大的材料强度高。10）交联可使高聚物的强度提高、韧性减小。）交联可使高聚物的强度提高、韧性减小。11）同一高聚物，在不同温度下测得的断裂强度不同。）同一高聚物，在不同温度下测得的断裂强度不同。12）脆性破坏是发生在屈服点以前，断裂表面光滑，延性破坏，）脆性破坏是发生在屈服点以前，断裂表面光滑，延性破坏， 发生在屈服点之后，断裂表面粗糙。发生在屈服点之后，断裂表面粗糙。13）温度由低变高，材料的宏观断裂形式由脆性变为韧性，）温度由低变高，材料的宏观断裂形式由脆性变为韧性， 应变速率由慢变快，宏观断裂形式又由韧性变为脆性。应变速率由慢变快，宏观断裂形式又由韧性变为脆性。14）随聚合物结晶度的增加，抗张强度和抗冲击强度增加