高分子結構與性能 力學性能

1、(1) 楊氏模量(2) 屈服強度(3) 抗張強度(4) 斷裂伸長率(5) 韌性Elongation at breakUltimate strengthStressStrainYield stressElongation at yield聚合物典型應力聚合物典型應力-應變曲線應變曲線6.1 應力應變曲線應力應變曲線高聚物屈服過程的特征高聚物屈服過程的特征1. 屈服應變大屈服應變大2. 應變軟化現(xiàn)象應變軟化現(xiàn)象3. 屈服應力的應變速率依賴性屈服應力的應變速率依賴性4. 屈服應變的溫度依賴性屈服應變的溫度依賴性5.屈服應力對流體靜壓力敏感屈服應力對流體靜壓力敏感6.屈服時體積稍有縮小屈服時體積稍有縮

2、小7.屈服時的屈服時的Bauschinger效應效應金屬在拉伸和壓縮時應有相同的屈服應力金屬在拉伸和壓縮時應有相同的屈服應力,流體靜壓力流體靜壓力對屈服現(xiàn)象沒影響，可用瑞斯卡和米塞司準則描寫。對屈服現(xiàn)象沒影響，可用瑞斯卡和米塞司準則描寫。Bauschinger效應效應: 材料在一個方向塑性屈服后材料在一個方向塑性屈服后, 在它反在它反方向的屈服就比較容易方向的屈服就比較容易, 高聚物有較明顯的高聚物有較明顯的Bauschinger 效應效應, 因此高聚物取向薄膜不同方向的屈服因應力差別因此高聚物取向薄膜不同方向的屈服因應力差別較大。較大。描寫高聚物的屈服用庫侖準則（考慮了流體靜壓應力描寫高聚物

3、的屈服用庫侖準則（考慮了流體靜壓應力分量的影響）：當屈服面上的剪切應力分量的影響）：當屈服面上的剪切應力加上作用在該加上作用在該面上的法向應力的某個常數(shù)倍而達到一定臨界值時，面上的法向應力的某個常數(shù)倍而達到一定臨界值時，即即 +n= o: 材料常數(shù)；材料常數(shù)；n：屈服面上的法向應力屈服面上的法向應力 = o +P習慣上應力以拉應力為正，所以習慣上應力以拉應力為正，所以P= - n 來計法向應來計法向應力為壓力，則屈服時的剪切應力力為壓力，則屈服時的剪切應力為：為：溫度溫度0 10 20 30 (MPa) 227K293K303K313K323K333K6.2 脆脆-韌轉變韌轉變PMMA0.05

4、%/min0.5%/min5%/min50%/minPVC (23C)Strainstress(2)應變速率應變速率Tb為脆性斷裂與韌性斷裂的轉變溫度，為脆性斷裂與韌性斷裂的轉變溫度， 是高分子材料使用的最低溫度是高分子材料使用的最低溫度溫度溫度溫度溫度應力應力應力應力(a)脆化溫度定義(b)應變速率的影響Tb斷裂強度斷裂強度屈服強度屈服強度斷裂強度斷裂強度屈服強度屈服強度TbTb聚合物 PDMS NR PE POM PC PA66 Tb (oK) 150 200 203 215 173 243 Tg (oK) 153 203 205 233 422 322一些聚合物的玻璃化溫度與脆化溫度一些

5、聚合物的玻璃化溫度與脆化溫度柔性鏈間距小柔性鏈間距小剛性鏈間距大剛性鏈間距大6.3 斷裂與韌性斷裂與韌性斷裂前發(fā)生塑性形變吸收能量的能力什么是韌性什么是韌性？斷裂可簡單定義為物體在外力作用下產(chǎn)生新表面的過程即裂縫擴展的過程即裂縫擴展的過程擺錘沖擊強度：擺錘沖擊強度：Izod式和式和Charpy式式IzodCharpy沖擊強度每種試樣不能同時裂紋引發(fā)能和裂紋擴展能。每種試樣不能同時裂紋引發(fā)能和裂紋擴展能。 缺口試樣的沖擊強度與無缺口試樣的沖擊強度值缺口試樣的沖擊強度與無缺口試樣的沖擊強度值的物理意義有何不同？的物理意義有何不同？缺口試樣沖擊強度表征缺口試樣沖擊強度表征:無缺口試樣沖擊強度表征無缺

6、口試樣沖擊強度表征:裂紋擴展能裂紋擴展能裂紋引發(fā)能裂紋引發(fā)能 加工條件（溫度）與沖擊強度關系加工條件（溫度）與沖擊強度關系 230 平行平行 230 垂直垂直 170 平行平行 170 垂直垂直 6. 6 疲勞疲勞疲勞疲勞: 材料在低于屈服應力或斷裂應力的周期壓材料在低于屈服應力或斷裂應力的周期壓 力下產(chǎn)生，周期壓力在材料內(nèi)部或其表面應力下產(chǎn)生，周期壓力在材料內(nèi)部或其表面應 力集中處引發(fā)裂紋，促進裂紋傳播，導致材力集中處引發(fā)裂紋，促進裂紋傳播，導致材 料破壞。料破壞。疲勞壽命疲勞壽命: 在最大受載應力（在最大受載應力（S）下，材料破壞時）下，材料破壞時 達到的周期數(shù)（達到的周期數(shù)（N）。）。 3）分子量增加分子量增加，疲勞極限疲勞極限: 材料可承受的周期數(shù)（材料可承受的周期數(shù)（N）為無限大時）為無限大時 對應的受載應力（對應的受載應力（S）。）