学习-4 .高分子物理6力学性能

高分子化学及物理

PolymerChemistryandPhysics

一、聚合物的应力-应变行为二、聚合物的强度和韧性第六章聚合物的屈服和断裂强度：在较大外力持续作用或强大外力的短期作用下，材料将发生大形变直至宏观破坏或断裂，对这种破坏或断裂的抵抗能力称为强度。一、聚合物的应力-应变行为应力-应变拉伸实验样条厚度d宽度bFF长度l应力:应变:面积:A0=b·d非晶态高聚物的拉伸实验σ—应力ε—应变

Y—屈服点

B—断裂点断裂能：应力应变曲线面积拉伸断裂韧性YBεσ非晶态聚合物PMMA的应力-应变曲线(60℃,5mm/min)弹性区塑性区屈服现象：张应力达到某一最大值后，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。屈服应变εyεσ非晶态聚合物PMMA的应力-应变曲线屈服应力σ

y弹性区:虎克弹性行为(小形变、大模量)应变可恢复均匀拉伸杨氏模量E(初始斜率)线性弹性形变屈服成颈键角、键长运动塑性区:塑性行为应变不可恢复退火可部分恢复Bεσ非晶态聚合物PMMA的应力-应变曲线断裂伸长率εy断裂强度σ

y应变软化颈缩阶段取向硬化颈缩阶段分子运动机理：链段运动取向硬化分子运动机理：整链粘态运动(滑移)应变软化：过屈服点后，应变增加，应力反而下降颈缩阶段：细颈沿样品扩展，应力不变，应变大幅度增加应变硬化：应力随应变增加而急剧地进一步增加链段运动链运动晶态高聚物的拉伸实验拉伸初期：应力增加较快应变增加较小符合虎克定律(普弹形变)拉伸中期：应力不变应变不断增加链段运动拉伸后期：成颈后重新被均匀拉伸微晶间或者分子间发生位移导致分子链的断裂晶态高聚物的拉伸实验球晶中片晶变形：相转变和双晶化分子链倾斜片晶破裂(滑移、转动，链被抽出)链拉伸，形成微丝结构(微纤)晶态高聚物的拉伸实验晶态高聚物=晶区+非晶区非晶区先形变片晶受拉伸形变时，内部晶片发生位错、转向、定向排列、拉伸示意图

拉伸曲线的力学分析：拉伸曲线特征力学性质弹性模量刚性(硬与软)屈服应力、断裂强度或抗拉强度强度(强与弱)应力应变曲线所围面积韧性(韧与脆

)E高，σb

中，εb≤2％

σ－ε曲线中面积小

如低分子量PS，PMMAE高，σb

高，εb

≈5％

σ－ε曲线中面积中高分子量PS，PMMA，RPVC拉伸曲线类型：硬而脆硬而强E高，σb

高，εb≈1000％σ－ε曲线中面积大如尼龙，PC，POME低，σb

中，εb≈1000％σ－ε曲线中面积大如硫化橡胶，软PVC强而韧软而韧E低，σb

低，εb

中σ－ε曲线中面积小如低分子量聚合物和柔软高分子凝胶如小分子软而弱弱而脆聚合物力学类型软而弱软而韧硬而脆硬而强硬而韧聚合物应力—应变曲线应力应变曲线特点模量（刚性）低低高高高屈服应力（强度）低低高高高极限强度（强度）低中中高高断裂伸长（延性）中等按屈服应力低中高应力应变曲线下面积（韧）小中小中大二、聚合物的强度和韧性断裂面拉伸过程拉伸曲线典型材料脆性断裂光滑，平整，垂直拉伸方向在屈服点前发生断裂应力大，形变小，面积小，吸受能量少PMMA、PS韧性断裂粗糙，有凹凸不平的丝状物有明显的屈服和颈缩现象应力大，形变大，面积大，吸受能量多PC脆性断裂和韧性断裂：PS试样脆性断裂表面的电镜照片增韧改性PVC韧性断裂表面的电镜照片微纤：

强度：在外力作用下，材料抵抗形变及破坏的能力拉伸强度压缩强度弯曲强度剪切强度冲击强度极限弹性强度屈服强度断裂强度强度冲击强度：试样在冲击载荷作用下，折断或折裂时单位截面积所吸收的能量，是衡量材料韧性的一种指标。简支梁式冲击试验机示意图抗冲强度测定方法高速拉伸试验落锤式冲击试验摆锤式冲击试验悬臂梁式Izod简支梁式Charpy冲击强度的单位：J/m2影响强度的因素：内因：1、链结构(主链、分子间力、侧基、支化、交联、分子量)2、聚集态结构(结晶、取向）3、应力集中(缺陷、空洞、杂质、大的相分离)4、增塑剂外因：1、拉伸速度2