第 7 章聚合物的斷裂和強(qiáng)度

1、第第7章章 聚合物的斷裂和強(qiáng)度聚合物的斷裂和強(qiáng)度1. 聚合物的斷裂模式聚合物的斷裂模式1.1 根據(jù)斷裂前吸收能量的大小根據(jù)斷裂前吸收能量的大小 脆性和韌性斷裂。脆性和韌性斷裂。1.2 根據(jù)受載條件根據(jù)受載條件 直接加載下的斷裂；直接加載下的斷裂； 疲勞斷裂疲勞斷裂材料在一個(gè)應(yīng)力水平低于其材料在一個(gè)應(yīng)力水平低于其 斷裂強(qiáng)度的交變應(yīng)力作用下，經(jīng)多次循環(huán)斷裂強(qiáng)度的交變應(yīng)力作用下，經(jīng)多次循環(huán) 作用斷裂；作用斷裂； 蠕變斷裂蠕變斷裂材料在一個(gè)低于其斷裂強(qiáng)度材料在一個(gè)低于其斷裂強(qiáng)度 的恒定應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下發(fā)生斷裂，也稱的恒定應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下發(fā)生斷裂，也稱 靜態(tài)疲勞。靜態(tài)疲勞。 環(huán)境應(yīng)力開裂環(huán)境應(yīng)力開裂材料

2、在腐蝕性環(huán)境（包括溶材料在腐蝕性環(huán)境（包括溶 劑）和應(yīng)力的共同作用下發(fā)生開裂。劑）和應(yīng)力的共同作用下發(fā)生開裂。 磨損磨耗磨損磨耗 一種材料在與另一種材料的摩一種材料在與另一種材料的摩 擦過程中，其表面材料以小顆粒形式斷裂下來。擦過程中，其表面材料以小顆粒形式斷裂下來。2. 聚合物的斷裂過程和斷裂強(qiáng)度聚合物的斷裂過程和斷裂強(qiáng)度 2.1 線型無定型聚合物的斷裂過程（線型無定型聚合物的斷裂過程（TTg） 脆性斷裂脆性斷裂剛性、彈性模量、強(qiáng)度；剛性、彈性模量、強(qiáng)度； 韌性斷裂韌性斷裂應(yīng)變軟化、冷拉伸、細(xì)頸、韌性；應(yīng)變軟化、冷拉伸、細(xì)頸、韌性；應(yīng)力應(yīng)力()應(yīng)變應(yīng)變屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)應(yīng)變軟化應(yīng)變軟化應(yīng)變硬化應(yīng)變

3、硬化冷拉伸冷拉伸2.3 橡膠的斷裂橡膠的斷裂 在高于在高于Tg時(shí)，其應(yīng)力應(yīng)變曲線中沒時(shí)，其應(yīng)力應(yīng)變曲線中沒有屈服點(diǎn)。有屈服點(diǎn)。2.2 晶態(tài)聚合物的斷裂行為晶態(tài)聚合物的斷裂行為2.4 溫度和應(yīng)變速率對(duì)斷裂行為的影響溫度和應(yīng)變速率對(duì)斷裂行為的影響 溫度的影響溫度的影響 應(yīng)變速率的影響應(yīng)變速率的影響 應(yīng)力性質(zhì)的影響應(yīng)力性質(zhì)的影響應(yīng)力應(yīng)力()0應(yīng)變應(yīng)變()ABCDEFGGG應(yīng)變速度增加，應(yīng)變速度增加，溫度降低溫度降低T()TBBy3. 固體聚合物的屈服行為固體聚合物的屈服行為3.1 固體聚合物屈服行為的特點(diǎn)固體聚合物屈服行為的特點(diǎn)屈服后聚合物一般發(fā)生應(yīng)變軟化，屈服后聚合物一般發(fā)生應(yīng)變軟化， 屈服應(yīng)力時(shí)

4、的應(yīng)變較小屈服應(yīng)力時(shí)的應(yīng)變較小對(duì)溫度敏感對(duì)溫度敏感當(dāng)溫度高于玻璃化溫度時(shí)，屈服應(yīng)當(dāng)溫度高于玻璃化溫度時(shí)，屈服應(yīng) 力很快降為力很快降為0 0結(jié)晶聚合物屈服后，可以形成細(xì)頸，結(jié)晶聚合物屈服后，可以形成細(xì)頸， 并發(fā)生相變化并發(fā)生相變化3.2 屈服和冷拉條件屈服和冷拉條件工程應(yīng)力：工程應(yīng)力：0fA真實(shí)應(yīng)力：真實(shí)應(yīng)力：fA則：則：假定材料不可壓縮，則：假定材料不可壓縮，則：0 A lA l 0AlAl稱為拉伸比。因此稱為拉伸比。因此屈服應(yīng)力符合如下條件：屈服應(yīng)力符合如下條件：010ddfdAd因?yàn)椋阂驗(yàn)椋核裕核裕?10dddddd因?yàn)橐驗(yàn)?+，d=d, ,所以：所以：Considere作圖法作圖法應(yīng)

5、力應(yīng)力1 0 1 2 0 1 2 3dddd 0 1 2 3 4不發(fā)生屈服不發(fā)生屈服發(fā)生屈服發(fā)生屈服形成細(xì)頸形成細(xì)頸發(fā)生屈服發(fā)生屈服發(fā)生冷拉伸發(fā)生冷拉伸應(yīng)變硬化應(yīng)變硬化4. 固體聚合物的屈服行為固體聚合物的屈服行為聚合物的微觀斷裂機(jī)理聚合物的微觀斷裂機(jī)理化學(xué)鍵斷裂化學(xué)鍵斷裂范德華力或范德華力或氫鍵破壞氫鍵破壞分子間滑落分子間滑落4.1 固體聚合物的理論強(qiáng)度固體聚合物的理論強(qiáng)度 聚合物的強(qiáng)度與單位面積上鍵的數(shù)目及聚合物的強(qiáng)度與單位面積上鍵的數(shù)目及鍵的強(qiáng)度有關(guān)。此外與氫鍵和分子間范德華鍵的強(qiáng)度有關(guān)。此外與氫鍵和分子間范德華力有關(guān)。力有關(guān)。 理論上計(jì)算一個(gè)聚乙烯分子鏈斷裂所理論上計(jì)算一個(gè)聚乙烯分子鏈

6、斷裂所需的力需的力(34)109 N/鍵。鍵。4.2 強(qiáng)度和模量的關(guān)系強(qiáng)度和模量的關(guān)系02TEr4.3 聚合物材料實(shí)際斷裂行為與結(jié)構(gòu)的關(guān)系聚合物材料實(shí)際斷裂行為與結(jié)構(gòu)的關(guān)系BnBAM, By脆脆性性材材料料3, yBy部部分分延延性性材材料料(1)(1)化學(xué)本性化學(xué)本性3, By完完全全延延性性材材料料(2)(2)分子量分子量(3)(3)結(jié)晶和取向結(jié)晶和取向5. 聚合物斷裂的裂縫理論聚合物斷裂的裂縫理論032a02(1)ab圓孔圓孔橢圓孔橢圓孔5.1 裂縫的應(yīng)力集中裂縫的應(yīng)力集中002cos2t對(duì)圓孔形，應(yīng)力：對(duì)圓孔形，應(yīng)力：對(duì)橢圓孔，應(yīng)力：對(duì)橢圓孔，應(yīng)力：02(1)tab當(dāng)當(dāng)ab時(shí)，時(shí)，00

7、(12)2maa5.2 Griffith斷裂理論斷裂理論2scEa4. 用粘度法測(cè)定某一用粘度法測(cè)定某一PS試樣的相對(duì)分子質(zhì)量試樣的相對(duì)分子質(zhì)量, ,實(shí)驗(yàn)是在苯溶液中實(shí)驗(yàn)是在苯溶液中30進(jìn)行的，步驟是先稱進(jìn)行的，步驟是先稱取取0.1375g試樣，配制成試樣，配制成25mL的的PS苯溶液，苯溶液，用移液管移取用移液管移取10mL10mL此溶液注入黏度計(jì)中，測(cè)此溶液注入黏度計(jì)中，測(cè)量出流出時(shí)間量出流出時(shí)間t1241.6s，然后依次加入苯，然后依次加入苯5mL、5mL、10mL、10mL稀釋，分別測(cè)得稀釋，分別測(cè)得流出時(shí)間流出時(shí)間t2=189.7s，t3=166.0s，t4=144.4s，t5=134.2s。最后測(cè)得純苯的流出時(shí)間最后測(cè)得純苯的流出時(shí)間t0=106.8s 。從書中查得。從書中查得PS苯體系在苯體系在30時(shí)時(shí)的的K0.9910-2，a=0.74。試計(jì)算試樣的黏。試計(jì)算試樣的黏均分子質(zhì)量。均分子質(zhì)量。00.0055 /,106.8g mL ts00.1375解：c =，列表如下：25c12/31/21/31/4t241.6189.7166144.4134.2r=t/t02.2621.7761.5541.3521.257SP =r-11.2620.7760.5540.3520.257lnr/c0.8160.8620.8820.9050.915sp/c1.2631.1