高聚物力學(xué)性能

1、關(guān)于高聚物的力學(xué)性能第一張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月高聚物的一般力學(xué)性能與特點高聚物的高彈性高聚物的粘彈性聚合物的拉伸行為-屈服與斷裂聚合物的力學(xué)松弛（粘彈性、蠕變、應(yīng)力松弛） 第二張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月4.1 聚合物的一般力學(xué)性能與特點 高聚物作為結(jié)構(gòu)材料使用時不可避免地受到各種應(yīng)力的作用，這就要求它具有良好的力學(xué)性能。 聚合物的力學(xué)性能指的是其受力后的響應(yīng)，如形變大小、形變的可逆性及抗破損性能等。 在不同條件下，聚合物表現(xiàn)出的力學(xué)行為： 小外力作用下聚合物表現(xiàn)為：高彈性、粘彈性和流動性 很大外力作用下表現(xiàn)為：極限力學(xué)行為（屈服、斷裂）第三張，PPT共五十七

2、頁，創(chuàng)作于2022年6月 研究聚合物的極限性質(zhì)，即在較大外力持續(xù)作用或強(qiáng)大外力短時間作用后，聚合物發(fā)生大形變至宏觀破壞或斷裂。 強(qiáng)度：材料抵抗破壞或斷裂的能力稱為強(qiáng)度。材料所能承受的最大載荷，表征了材料的受力極限，在實際應(yīng)用中具有重要的意義。包括抗張強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、硬度。 屈服：高分子材料在外力作用下產(chǎn)生塑性形變。第四張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 高聚物材料具有所有已知材料中可變性范圍最寬的力學(xué)性質(zhì)，包括從液體、軟橡皮到很硬的剛性固體。各種高聚物對于機(jī)械應(yīng)力的反應(yīng)相差很大：例如聚苯乙烯制品很脆，一敲就碎；而尼龍制品卻很堅韌，不易變形也不易破碎；輕度交聯(lián)的橡膠拉

3、伸時，可伸長好幾倍，外力解除后還能基本上回復(fù)原狀；而膠泥變形后，卻完全保持著新的形狀。高聚物力學(xué)性質(zhì)的這種多樣性，為不同的應(yīng)用提供了廣闊的選擇余地。第五張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月聚合物的主要力學(xué)性能特點 (1)密度小 1.02.0g/cm3，是鋼的1/4、陶瓷的1/2。 (2)高彈性 彈性形變1001000，金屬只有0.11.0。 (3)彈性模量小 E=0.44.0GPa，而金屬則為30300GPa。（剛度差） (4)粘彈性明顯 高彈性對溫度和時間有強(qiáng)烈的依賴性。應(yīng)變落后于應(yīng)力：室溫下可能產(chǎn)生蠕變、應(yīng)力松弛、滯后和內(nèi)耗。第六張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月為了合理地選

4、擇和使用高分子材料，為了現(xiàn)有材料的改性和開發(fā)新型材料，必須全面掌握高聚物力學(xué)性能的一般規(guī)律，深入了解力學(xué)性能與分子結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在聯(lián)系。本章討論的對象僅局限于固體高聚物，包括玻璃態(tài)、結(jié)晶態(tài)和高彈態(tài)的高聚物，內(nèi)容上則著重討論有很大實際意義的玻璃態(tài)和結(jié)晶態(tài)高聚物的極限力學(xué)行為屈服、破壞和強(qiáng)度，高聚物材料所特有的高彈性，以及高聚物的力學(xué)松弛粘彈性。 第七張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2 表征力學(xué)性能的基本指標(biāo)（1）應(yīng)變與應(yīng)力 （2）彈性模量 （3）硬度是衡量材料表面承受外界壓力能力的一種指標(biāo)。（4）機(jī)械強(qiáng)度機(jī)械強(qiáng)度是衡量材料抵抗外力破壞的能力，是指在一定條件下材料所能承受的最大應(yīng)力。

5、根據(jù)外力作用方式不同，主要有以下三種：拉伸強(qiáng)度、彎(撓)曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。 （5）粘彈性和內(nèi)耗 第八張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 高彈性的特點高彈態(tài)是高聚物所特有的，是基于鏈段運(yùn)動的一種力學(xué)狀態(tài)，可以通過高聚物在一定條件下，通過玻璃化轉(zhuǎn)變而達(dá)到。處于高彈態(tài)的高聚物表現(xiàn)出獨(dú)特的力學(xué)性能高彈性。這是高聚物中一項十分難能可貴的性能。4.3 高彈性第九張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月橡膠就是具有高彈性的材料，高彈性的特征表現(xiàn)在： 彈性形變大，可高達(dá)1000%，而金屬材料的普彈形變不超過1%。 彈性模量小，只有104Pa左右 ，而且隨絕對溫度升高而升高；而金屬材料的彈性模量達(dá)

6、109Pa ，而且隨絕對溫度升高而降低。溫度越高，分子鏈內(nèi)各環(huán)節(jié)的熱運(yùn)動愈趨激烈，回縮力就愈大。所以，橡膠類物質(zhì)的彈性模量具有反常性。 粘彈性比較明顯。 形變時有明顯的熱效應(yīng)。當(dāng)把橡膠試樣快速拉伸(絕熱過程)，高聚物溫度升高 (放熱)，回縮時，溫度降低(吸熱)。而金屬材料與此相反。第十張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月高彈性的本質(zhì)高彈性由熵變引起拉伸彈性體時外力所做的功主要轉(zhuǎn)為高分子鏈構(gòu)象熵的減小體系為熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)去除外力體系回復(fù)到初始狀態(tài)熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律熵彈性 既然拉伸時熵減小，dS 為負(fù)值，所以dQ=TdS 也應(yīng)該是負(fù)值，說明了拉伸過程中為什么放出熱量。 由于理想高

7、彈體拉伸時只引起熵變，或者說只有熵的變化對理想高彈體的彈性有貢獻(xiàn)，也稱這種彈性為熵彈性。第十一張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月形變時間交聯(lián)高聚物理想彈性體理想粘性體線性高聚物4.4 粘彈性第十二張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 聚合物的形變與時間有關(guān)，但不成線性關(guān)系，兩者的關(guān)系介乎理想彈性體和理想粘性體之間，聚合物的這種性能稱為粘彈性。 這種行為反映了固體的彈性和液體的粘性兩者的組合. 理想彈性體（如彈簧）在外力作用下平衡形變瞬間達(dá)到，與時間無關(guān)；理想粘性流體（如水）在外力作用下形變隨時間線性發(fā)展。F作為粘彈性材料的高聚物，其力學(xué)性能受到力、形變、溫度和時間四個因素的影響。

8、描述粘彈性高聚物材料的力學(xué)行為必須同時考慮應(yīng)力、應(yīng)變、時間和溫度四個參數(shù)。高聚物材料的力學(xué)性能對時間和溫度的強(qiáng)烈依賴性是研究其力學(xué)性能中要著重弄清的問題。第十三張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 聚合物的力學(xué)性能隨時間的變化統(tǒng)稱為力學(xué)松弛。最基本的力學(xué)松弛現(xiàn)象包括蠕變、應(yīng)力松弛、滯后和力學(xué)損耗等。 在測試和研究中，往往在應(yīng)力、應(yīng)變、時間和溫度四個因素中固定兩個因素以考察另外兩個因素之間的關(guān)系。第十四張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月4.4 .1 蠕變e1t1t2t普彈形變示意圖（i）普彈形變（e1）： 聚合物受力時，瞬時發(fā)生的高分子鏈的鍵長、鍵角變化引起的形變，形變量較小，服從

9、虎克定律，當(dāng)外力除去時，普彈形變立刻完全回復(fù)。如右圖： 蠕變過程包括三種形變： 在恒溫下施加較小的恒定外力時，材料的形變隨時間而逐漸增大的力學(xué)松弛現(xiàn)象。如掛東西的塑料繩慢慢變長。第十五張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 聚合物受力時，高分子鏈通過鏈段運(yùn)動產(chǎn)生的形變，形變量比普彈形變大得多，但不是瞬間完成，形變與時間有關(guān)。當(dāng)外力除去后，高彈形變逐漸回復(fù)。如下圖：e2t1t2t高彈形變示意圖（ii）高彈形變（e2）：第十六張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 受力時發(fā)生分子鏈的相對位移，外力除去后粘性流動不能回復(fù)，是不可逆形變。分子間無交聯(lián)的線形高聚物，則會產(chǎn)生分子間的相對滑移。如下

10、圖：e3t1t2t粘性流動示意圖 （iii）粘性流動（e3）：第十七張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月當(dāng)聚合物受力時，以上三種形變是同時發(fā)生的，其綜合結(jié)果如下圖：e2+e3tee3e1e2e1三種形變的相對比例依具體條件不同而不同。 高聚物的蠕變是構(gòu)象、鏈段伸展、位移的變化。當(dāng)溫度遠(yuǎn)低于玻璃化溫度時，高聚物很堅硬，甚至經(jīng)較長時間，亦很少發(fā)生蠕變。 普彈形變高彈形變粘性流動第十八張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月防止蠕變的關(guān)鍵減少鏈的質(zhì)心位移 聚合物分子鏈含有苯環(huán)等剛性鏈 增加分子鏈間的作用力 適當(dāng)交聯(lián) 降低鏈柔順性,聚合物玻璃化溫度高于室溫聚四氟乙烯分子鏈分子間作用力小，抗蠕變

11、松弛能力弱。 所以不能作機(jī)械零件，卻是很好的密封材料。 聚氨酯橡膠由于分子極性強(qiáng)，分子間作用力大，所以抗蠕變性能好。聚氯乙烯塑料抗蠕變性能差，在架空時會因蠕變而逐漸彎曲。硬PVC抗蝕性好，可作化工管道，使用時必須增加支架。第十九張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月改性聚苯醚主要是聚苯醚和聚苯乙烯共混而得。成型較易。ABS合金第二十張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 應(yīng)力松弛是指在恒定溫度和形變保持不變的情況下，聚合物內(nèi)部的應(yīng)力隨時間增加而逐漸衰減的現(xiàn)象。 如：用塑料繩綁捆東西，時間久了會變松。這是由于當(dāng)聚合物被拉長時，高分子構(gòu)象處于不平衡狀態(tài)，它會通過鏈段沿外力方向的運(yùn)動來減少或

12、消除內(nèi)部應(yīng)力，以逐漸過渡到平衡態(tài)構(gòu)象。 如：拉伸一塊未交聯(lián)的橡膠到一定長度，并保持長度不變，隨著時間的增加，這塊橡膠的回彈力會逐漸減小，這是因為內(nèi)應(yīng)力在慢慢減小，最后變?yōu)?。因此用未交聯(lián)的橡膠來做傳動帶是不行的。 4.4.2 應(yīng)力松弛（Stress Relax）第二十一張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 應(yīng)力松弛和蠕變都反映了高聚物內(nèi)部分子的三種運(yùn)動情況：當(dāng)高聚物一開始被拉長時，其中分子處于不平衡的構(gòu)象，要逐漸過渡到平衡的構(gòu)象，也就是鏈段要順著外力的方向來運(yùn)動以減少或消除內(nèi)部應(yīng)力。 （1）如果 ，如常溫下的橡膠，鏈段易運(yùn)動，受到的內(nèi)摩擦力很小，分子很快順著外力方向調(diào)整，內(nèi)應(yīng)力很快消失（

13、松弛了），甚至可以快到覺察不到的程度。 （2）如果 ，如常溫下的塑料，雖然鏈段受到很大的應(yīng)力，但由于內(nèi)摩擦力很大，鏈段運(yùn)動能力很小，所以應(yīng)力松弛極慢，也就不易覺察到。 應(yīng)力松弛行為與溫度有大的依賴性。在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)尤為明顯。 第二十二張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 （3）如果溫度接近 Tg （附近幾十度），應(yīng)力松弛可以較明顯地被觀察到，如軟PVC絲，用它來縛物，開始扎得很緊，后來就會慢慢變松，就是應(yīng)力松弛比較明顯的例子 （4）只有交聯(lián)高聚物應(yīng)力松弛不會減到零（因為不會產(chǎn)生分子間滑移），而線形高聚物的應(yīng)力松弛可減到零。第二十三張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月4.4.3 滯后

14、現(xiàn)象（Delay ）高聚物作為結(jié)構(gòu)材料，在實際應(yīng)用時，往往受到交變力的作用。例如輪胎，傳動皮帶，齒輪，消振器等，它們都是在交變力作用的場合使用的。 以輪胎為例，車在行進(jìn)中，它上面某一部分一會兒著地，一會離地，受到的是一定頻率的外力，它的形變也是一會大，一會小，交替地變化。滯后現(xiàn)象：高聚物在交變力作用下，形變落后于應(yīng)力變化的現(xiàn)象 原因解釋：鏈段在運(yùn)動時要受到內(nèi)摩擦力的作用，當(dāng)外力變化時鏈段的運(yùn)動還跟不上外力的變化，形變落后于應(yīng)力。鏈段運(yùn)動愈困難，愈是跟不上外力的變化。第二十四張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月4.4.4 力學(xué)損耗輪胎在高速行使相當(dāng)長時間后，立即檢查內(nèi)層溫度，為什么會達(dá)到燙

15、手的程度？高聚物受到交變力作用時會產(chǎn)生滯后現(xiàn)象，上一次受到外力后發(fā)生形變在外力去除后還來不及恢復(fù)，下一次應(yīng)力又施加了，以致總有部分彈性儲能沒有釋放出來。這樣不斷循環(huán)，那些未釋放的彈性儲能都被消耗在體系的自摩擦上，并轉(zhuǎn)化成熱量放出。第二十五張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月這種由于力學(xué)滯后而使機(jī)械功轉(zhuǎn)換成熱的現(xiàn)象，稱為力學(xué)損耗或內(nèi)耗?；乜s曲線拉伸曲線力學(xué)損耗或內(nèi)耗以應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系作圖時，所得的曲線在施加幾次交變應(yīng)力后就封閉成環(huán)，稱為滯后環(huán)或滯后圈，此圈越大，力學(xué)損耗越大。第二十六張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月順丁膠：內(nèi)耗小，結(jié)構(gòu)簡單，沒有側(cè)基，鏈段運(yùn)動的內(nèi)摩擦較小丁苯膠：內(nèi)耗大

16、，結(jié)構(gòu)含有較大剛性的苯基，鏈段運(yùn)動的內(nèi)摩擦較大丁腈膠：內(nèi)耗大，結(jié)構(gòu)含有極性較強(qiáng)的氰基，鏈段運(yùn)動的內(nèi)摩擦較大丁基膠：內(nèi)耗比上面幾種都大，側(cè)基數(shù)目多，鏈段運(yùn)動的內(nèi)摩擦更大例2：對于作為防震材料，要求在常溫附近有較大的力學(xué)損耗（吸收振動能并轉(zhuǎn)化為熱能）對于隔音材料和吸音材料，要求在音頻范圍內(nèi)有較大的力學(xué)損耗（當(dāng)然也不能內(nèi)耗太大，否則發(fā)熱過多，材料易于熱老化）例1：對于作輪胎的橡膠，則希望它有最小的力學(xué)損耗才好第二十七張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月AYBYielding point 屈服點Point of elastic limit 彈性極限點Breaking point 斷裂點Strai

17、n softening 應(yīng)變軟化plastic deformation塑性形變，冷拉Strain hardening 應(yīng)變硬化yOND晶態(tài)聚合物典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線高聚物的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線4.5 聚合物的屈服和斷裂第二十八張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）越過A點，應(yīng)力應(yīng)變曲線偏離直線，說明材料開始發(fā)生塑性形變，極大值Y點稱材料的屈服點，其對應(yīng)的應(yīng)力、應(yīng)變分別稱屈服應(yīng)力（或屈服強(qiáng)度）y 和屈服應(yīng)變e y 。發(fā)生屈服時，試樣上某一局部會出現(xiàn)“細(xì)頸”現(xiàn)象，材料應(yīng)力略有下降，發(fā)生“屈服軟化”。 （3）隨著應(yīng)變增加，在很長一個范圍內(nèi)曲線基本平坦，“細(xì)頸”區(qū)越來越大。直到拉伸應(yīng)變很大時，材

18、料應(yīng)力又略有上升（成頸硬化），到達(dá)B點發(fā)生斷裂。與B點對應(yīng)的應(yīng)力、應(yīng)變分別稱材料的拉伸強(qiáng)度（或斷裂強(qiáng)度）b 和斷裂伸長率 e b ，它們是材料發(fā)生破壞的極限強(qiáng)度和極限伸長率。 （1）OA段，為符合虎克定律的彈性形變區(qū)，應(yīng)力應(yīng)變呈直線關(guān)系變化，直線斜率 相當(dāng)于材料彈性模量。 第二十九張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 在單向拉伸的過程中，分子排列產(chǎn)生很大的變化，尤其是接近屈服點和超過屈服點時，分子都在與拉伸方向相平行的方向上開始取向。在結(jié)晶聚合物中微晶也重排，甚至某些晶體破裂成小單位，然后經(jīng)取向再結(jié)晶。材料在屈服后出現(xiàn)了較大的應(yīng)變，如果在試樣斷裂前停止拉伸，除去外力后試樣的大形變已無法完

19、全自發(fā)回復(fù)，然而在加熱至Tm附近還可回復(fù)到拉伸前的狀態(tài)，所以這種形變本質(zhì)上是高彈性的，只是形變被新產(chǎn)生的結(jié)晶凍結(jié)而已，由于是在較低溫度下出現(xiàn)的不均勻拉伸，所以又稱為冷拉。聚合物的冷拉變形目前已成為制備高模量和高強(qiáng)度纖維的重要工藝。冷拉細(xì)頸第三十張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月玻璃態(tài)非晶高聚物的拉伸溫度很低（TTg）；溫度稍稍升高些，但仍在Tg以下；Tg以下幾十度的范圍內(nèi)；TTg 高彈態(tài)玻璃態(tài)高聚物在不同溫度下的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線第三十一張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月當(dāng)溫度很低（TTg）時，應(yīng)力隨應(yīng)變成正比的增加，最后不到10%就發(fā)生斷裂，如曲線。當(dāng)溫度稍高但仍在Tg以下，

20、曲線上出現(xiàn)一個轉(zhuǎn)折點，稱為屈服點，對應(yīng)應(yīng)力為極大值稱為屈服應(yīng)力，過了該點應(yīng)力降低應(yīng)變增大，最后應(yīng)變不到20%試樣便發(fā)生斷裂，如曲線。溫度升高到Tg以下幾十度的范圍內(nèi)時，屈服點之后，試樣在外力不增大或增加不大的情況下發(fā)生很大的應(yīng)變，試樣斷裂前曲線有明顯的上升(應(yīng)變硬化)，如曲線。溫度升到Tg以上，試樣進(jìn)入高彈態(tài)，在不大的應(yīng)力下，便可以發(fā)展高彈形變，曲線不再出現(xiàn)屈服點，而呈現(xiàn)一段較長的平臺，直到試樣斷裂前曲線又急劇上升，如曲線。第三十二張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月有些玻璃態(tài)高聚物在大應(yīng)力作用下能產(chǎn)生大的形變(高彈形變)產(chǎn)生原因:外力使鏈段運(yùn)動松弛時間下降強(qiáng)迫高彈形變(冷拉) 原因在于

21、在外力的作用下，玻璃態(tài)聚合物中本來被凍結(jié)的鏈段被強(qiáng)迫運(yùn)動，使高分子鏈發(fā)生伸展，產(chǎn)生大的形變。但由于聚合物仍處于玻璃態(tài)，當(dāng)外力移去后，鏈段不能再運(yùn)動，形變也就不能復(fù)原，只有當(dāng)溫度升至Tg附近，使鏈段運(yùn)動解凍，形變才能復(fù)原。這種大形變與高彈態(tài)的高彈形變在本質(zhì)上是相同的，都是由鏈段運(yùn)動所引起。第三十三張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月應(yīng)變速率對應(yīng)力-應(yīng)變曲線的的影響時溫等效原理：拉伸速率快=時間短相當(dāng)于降低溫度第三十四張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 玻璃態(tài)和晶態(tài)聚合物的拉伸屈服后的形變過程本質(zhì)上都屬高彈形變，但其產(chǎn)生高彈形變的溫度范圍不同，而且在玻璃態(tài)聚合物中拉伸只使分子鏈發(fā)生取

22、向，而在晶態(tài)聚合物中拉伸伴隨著聚集態(tài)的變化，包含結(jié)晶熔化、取向、再結(jié)晶。 玻璃態(tài)聚合物溫度范圍：TbTg 施力： by 晶態(tài)聚合物溫度范圍：TgTm 施力： by強(qiáng)迫高彈形變第三十五張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月熱固性塑料的變形 熱固性塑料是剛硬的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分子不易運(yùn)動，在拉伸時表現(xiàn)出脆性金屬或陶瓷一樣的變形特性。但是，在壓應(yīng)力下它們?nèi)阅馨l(fā)生大量的塑性變形。環(huán)氧樹脂在室溫下單向拉伸和壓縮時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線 拉伸壓縮第三十六張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月聚合物應(yīng)力-應(yīng)變曲線的五種類型“軟”和“硬”用于區(qū)分模量的低或高，“弱”和“強(qiáng)”是指強(qiáng)度的大小，“脆”是指無屈服現(xiàn)象

23、而且斷裂伸長很小，“韌”是指其斷裂伸長和斷裂應(yīng)力都較高的情況。se軟而弱硬而脆硬而強(qiáng)軟而韌硬而韌第三十七張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月聚合物五種類型應(yīng)力-應(yīng)變曲線硬而脆：無屈服點，斷裂伸長率2%，E和B 均大， 如： PS，酚醛樹脂等硬而強(qiáng)：有屈服點，斷裂伸長率5%，E和B 均大，硬質(zhì)PVC等強(qiáng)而韌：有屈服點，有細(xì)頸現(xiàn)象，斷裂伸長率大，E和B均大， 如：PC、PA66、POM等硬而強(qiáng)強(qiáng)而韌硬而脆第三十八張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月軟而韌：模量低，屈服點低或沒有明顯屈服，斷裂伸長率大，B 均大，主要是橡膠及增塑的PVC軟而弱：模量低，斷裂伸長率低，B 低，主要是低分子量

24、聚合物、凝膠等軟而韌軟而弱第三十九張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月4.5.1 高聚物的屈服1、屈服的特征屈服應(yīng)變(yieldstrain)較大，剪切屈服應(yīng)變?yōu)?0%20%，而大多數(shù)金屬材料較小。高聚物在屈服點后，存在應(yīng)變軟化現(xiàn)象。此時，應(yīng)變增加，應(yīng)力下降。高聚物的屈服應(yīng)力隨應(yīng)變速率增大而增大。屈服應(yīng)力隨T升高而降低，到達(dá)Tg時，降低為0（實質(zhì)上不存在屈服）。與金屬材料相比，高聚物的屈服應(yīng)力對流體靜壓力非常敏感，流體靜壓力升高，屈服應(yīng)力升高。大多數(shù)高聚物屈服以后，體積稍有縮小壓縮屈服應(yīng)力大于拉伸屈服應(yīng)力第四十張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2、細(xì)頸樣條尺寸：橫截面小的地方應(yīng)變

25、軟化：應(yīng)力集中的地方 出現(xiàn)“細(xì)頸”的位置第四十一張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月一是銀紋屈服，另一種是剪切屈服。3、高聚物屈服的形式1）銀紋屈服 銀紋(craze微裂紋)：玻璃態(tài)高聚物在拉伸應(yīng)力作用下，某些薄弱環(huán)節(jié)部位由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生局部的塑性形變和取向，以至于在材料表面或內(nèi)部垂直于應(yīng)力方向上出現(xiàn)微細(xì)凹槽（空化條紋狀形變區(qū)）的現(xiàn)象。這些條紋狀形變區(qū)的平面強(qiáng)烈地反射可見光，則材料表面形成一片銀色的閃光。習(xí)慣上稱為銀紋。相應(yīng)的開裂現(xiàn)象稱為銀紋化現(xiàn)象。 銀紋在外力作用下若得不到抑制，進(jìn)一步發(fā)展會成為裂縫，導(dǎo)致材料的斷裂。由此可知，銀紋是斷裂的先導(dǎo)。 由于銀紋大量形成是吸收能量的過程。如果

26、銀紋的發(fā)展得以控制，使其不發(fā)展成為裂縫，則銀紋化過程是實現(xiàn)材料屈服的一種形式。第四十二張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 銀紋不是空的，銀紋體的密度為本體密度的50%，折光指數(shù)也低于聚合物本體折光指數(shù)，因此在銀紋和本體之間的界面上將對光線產(chǎn)生全反射現(xiàn)象，呈現(xiàn)銀光閃閃的紋路（所以也稱應(yīng)力發(fā)白）。加熱退火會使銀紋消失（高度取向的高分子微纖發(fā)生解取向）。銀紋特征 應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象：橡膠改性的PS、HIPS或ABS在受到破壞時，其應(yīng)力面變成乳白色，這就是所謂應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象。 應(yīng)力發(fā)白和銀紋化之間的差別在于銀紋帶的大小和多少，應(yīng)力發(fā)白是由大量尺寸非常小的銀紋聚集而成。第四十三張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作

27、于2022年6月 各種缺陷在高聚物的加工成型過程中是普遍存在的，例如由于混煉不均勻、塑化不足造成的微小氣泡，生產(chǎn)過程中混入一些雜質(zhì)，更難以避免的是由于制件表里冷卻速度不同，表面物料接觸溫度較低的模壁，迅速冷卻固化成一層外殼，而制件內(nèi)部的物料還處在熔融狀態(tài)，隨著它的冷卻收縮，便使制件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而形成細(xì)小的銀紋，甚至于裂縫，在制件的表皮上將出現(xiàn)龜裂。銀紋根源第四十四張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 銀紋現(xiàn)象為高聚物所特有，尤其是玻璃態(tài)透明高聚物（PS、PMMA、PC）在儲存過程及使用過程中，往往會在表面出現(xiàn)像陶瓷的那樣，肉眼可見的微細(xì)的裂紋，這些裂紋，由于可以強(qiáng)烈地反射可見光看上

28、去是閃亮的，所以又稱為銀紋Craze。應(yīng)力集中：材料存在缺陷，受力時材料內(nèi)部的應(yīng)力分布狀態(tài)將發(fā)生變化，使缺陷附近局部范圍內(nèi)的應(yīng)力急劇的增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過平均應(yīng)力值的現(xiàn)象。第四十五張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月A、力學(xué)因素：銀紋是高聚物受到張應(yīng)力作用時，在材料某些薄弱環(huán)節(jié)上應(yīng)力集中，而產(chǎn)生局部塑性形變，而在材料表面或內(nèi)部出現(xiàn)垂直于應(yīng)力方向的微細(xì)凹槽或“裂紋”的現(xiàn)象。B、環(huán)境因素：化學(xué)物質(zhì)擴(kuò)散到高聚物中，使微觀表面溶脹或增塑，增加分子鏈段的活動性，玻璃化溫度下降促進(jìn)銀紋產(chǎn)生，另外，試樣表面的缺陷和擦傷處也易產(chǎn)生銀紋，或起始于試樣內(nèi)部空穴或夾雜物的邊界處，這些缺陷造成應(yīng)力集中，有利于銀紋產(chǎn)生

29、。銀紋產(chǎn)生的原因 第四十六張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 銀紋區(qū)仍有力學(xué)強(qiáng)度，但其密度較低，銀紋具有可逆性，在壓應(yīng)力作用下或經(jīng)玻璃化溫度以上退火處理，銀紋將會減少和消失。 銀紋是非晶態(tài)聚合物塑性變形的一種特殊形式，銀紋的形成增加聚合物的韌性，因為它使聚合物的應(yīng)力得到松弛；同時，銀紋中的微纖維表面積大，可吸收能量，對增加韌性也有作用。 聚合物形成銀紋類似于金屬韌性斷裂前產(chǎn)生的微孔。第四十七張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月銀紋的擴(kuò)展中間分子斷裂擴(kuò)展形成裂紋發(fā)展成裂縫破壞銀紋方向和分子鏈方向第四十八張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月現(xiàn)象：韌性高聚物在拉伸至屈服點時，?？梢娫嚇由铣霈F(xiàn)大約與拉伸方向成45角傾斜的剪切滑移變形帶（剪切帶） 。 對韌性材料來說，拉伸時45 斜截面上的最大切應(yīng)力首先達(dá)到材料的剪切強(qiáng)度，所以首先出現(xiàn)與拉伸方向成45 的剪切滑移變形帶-細(xì)頸。產(chǎn)生剪切帶時，材料發(fā)生屈服。因為變形帶中分子鏈的取向度高，故變形逐步向整個試樣擴(kuò)展。2）剪切屈服第四十九張，PPT共五十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 剪切屈服不同于銀紋屈服，前者沒有明顯的體積變化。剪切屈服在外加剪切力、