屈服、断裂和强度资料

1、高分子材料加工基础2022-6-232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2022-6-233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2022-6-234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2022-6-235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

2、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AAEAAEA:A:弹性极限点弹性极限点BdW0应变软化应变硬化冷拉高分子材料加工基础2022-6-236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-断断裂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2022-6-237高分子材料加工基础2022-6-238n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。高分子材料加工基础2022-6-239n 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

3、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2022-6-2310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2022-6-2311高分子材料加工基础2022-6-2312(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: T

4、bTTg050C屈服后断-硬而强PVC试样温度范围拉伸特性T高分子材料加工基础2022-6-2313速度高分子材料加工基础2022-6-2314a: 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PS d: 软而韧材料硫化橡胶、软质PVC高分子材料加工基础2022-6-2315n 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2022-6-2316n 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

5、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2022-6-2317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2022-6-2318F银纹质（微纤）银纹质（微纤）平行于平行

6、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2022-6-2319n 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2022-6-2320形变大，几十几百%小 10%曲线特征有明显的屈服点无明显的屈服点体积体积不变体积增加力剪切力张应力结果冷拉裂缝高分子材料加工基础2022-6-2321高分子材料加工基础2022-6-2322脆性断裂屈服前断裂无塑性流动表面光滑韧性断裂屈服后断裂有塑性流动表面粗糙脆性断裂脆性断裂韧性断裂韧性断裂高分子材料加工基础2022-6-2323脆性断裂

7、和韧性断裂表面脆性断裂和韧性断裂表面 PSPS试样脆性断裂表面的电镜照片试样脆性断裂表面的电镜照片 增韧改性增韧改性PVCPVC韧性断裂表面的电韧性断裂表面的电镜照片镜照片 高分子材料加工基础2022-6-2324高分子材料加工基础2022-6-23253.3 高分子材料的强度高分子材料的强度高分子材料加工基础2022-6-2326高分子材料加工基础2022-6-2327高分子材料加工基础2022-6-2328强度强度高分子材料加工基础2022-6-23292）温度与形变速率的影响）温度与形变速率的影响高分子材料加工基础2022-6-2330高分子材料加工基础2022-6-2331Carbon fiber高分子材料加工基础2022-6-2332橡胶拉伸强度 / MPa增强倍数纯胶含炭黑橡胶非结晶型硅橡胶0.3413.740丁苯橡胶1.9619.010丁腈橡胶1