聚合物的屈服與斷裂類型和作用

1、聚合物的屈服與斷裂類型和作用研究聚合物的極限性質(zhì)，即在較大外力的持 續(xù)作用或強(qiáng)大外力的短時(shí)作后，聚合物發(fā)生大形變直至宏觀破壞或斷裂。思考材料受力后的行為？橡膠受力后的行為？塑料受力后的行為？纖維受力后的行為？力學(xué)性能分類力學(xué)性能是高聚物優(yōu)異物理性能的基礎(chǔ)如：某高聚物磨擦，磨耗性能優(yōu)良，但力學(xué)性能不好，很脆。不能用它作減摩材料如：作電線絕緣材料的高聚物，也要求它們有一定的力學(xué)性能：強(qiáng)度和韌性。如果折疊幾次就破裂，那么這種材料的電絕緣性雖好，也不能用作電線。彈 性粘彈性非線性粘彈性線性粘彈性高彈性普彈性動 態(tài)靜 態(tài)粘 性Deformation形變性能ElasticityHigh elasticit

2、yViscosityviscoelasticityLinear viscoelasticityStaticDynamicNon-Linear viscoelasticity應(yīng)力松弛蠕 變滯 后力學(xué)損耗斷裂性能韌 性強(qiáng) 度FractureToughnessStrength常用術(shù)語：力學(xué)行為：指施加一個(gè)外力在材料上，它產(chǎn)生怎樣的形變（響應(yīng)）形變性能：非極限情況下的力學(xué)行為斷裂性能：極限情況下的力學(xué)行為彈性：對于理想彈性體來講，其彈性形變可用虎克定律來表示，即：應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系，應(yīng)變與時(shí)間無關(guān)粘性：在外力作用下，分子與分子之間發(fā)生位移，理想的粘性流體其流動形變可用牛頓定律來描述：應(yīng)力與應(yīng)變速率成

3、正比普彈性：大應(yīng)力作用下，只產(chǎn)生小的、線性可逆形變，它是由化學(xué)鍵的鍵長，鍵角變化引起的。與材料的內(nèi)能變化有關(guān)：形變時(shí)內(nèi)能增加，形變恢復(fù)時(shí)，放出能量，對外做功（玻璃態(tài)，晶態(tài)，高聚物，金屬，陶瓷均有這種性能），普彈性又稱能彈性高彈性：小的應(yīng)力作用下可發(fā)生很大的可逆形變，是由內(nèi)部構(gòu)象熵變引起的，所以也稱熵彈性（橡膠具有高彈性）靜態(tài)力學(xué)性能：在恒應(yīng)力或恒應(yīng)變情況下的力學(xué)行為動態(tài)力學(xué)性能：物體在交變應(yīng)力下的粘彈性行為應(yīng)力松弛：在恒應(yīng)變情況下，應(yīng)力隨時(shí)間的變化蠕變：在恒應(yīng)力下，物體的形變隨時(shí)間的變化強(qiáng)度：材料所能承受的應(yīng)力韌性：材料斷裂時(shí)所吸收的能量表征材料力學(xué)性能的基本物理量受力方式簡單拉伸簡單剪切均勻

4、壓縮參數(shù)受力特點(diǎn)外力F是與截面垂直，大小相等，方向相反，作用在同一直線上的兩個(gè)力。外力F是與界面平行，大小相等，方向相反的兩個(gè)力。材料受到的是圍壓力。FFFF應(yīng)變張應(yīng)變： 真應(yīng)變： 切應(yīng)變： 是偏斜角壓縮應(yīng)變： 應(yīng)力張應(yīng)力：真應(yīng)力： 切應(yīng)力： 壓力P彈性模量楊氏模量： 泊淞比： 切變模量：體積模量：柔量拉伸柔量： 切變?nèi)崃浚?可壓縮度： 機(jī)械強(qiáng)度7.1 聚合物的拉伸行為聚合物的應(yīng)力應(yīng)變曲線7.2 聚合物的屈服行為7.3 聚合物的斷裂理論和理論強(qiáng)度7.4 影響聚合物強(qiáng)度的因素主要內(nèi)容主要內(nèi)容及學(xué)習(xí)線索：一、高分子材料的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變特性應(yīng)力應(yīng)變曲線及其類型影響拉伸行為的外部因素強(qiáng)迫高彈形變與“冷

5、拉伸”二、高分子材料的斷裂和強(qiáng)度宏觀斷裂方式，脆性斷裂和韌性斷裂斷裂過程，斷裂的分子理論高分子材料的強(qiáng)度高分子材料的增強(qiáng)改性三、高分子材料的抗沖擊強(qiáng)度和增韌改性抗沖擊強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)影響抗沖擊強(qiáng)度的因素高分子材料的增韌改性 設(shè)以一定的力 F 拉伸試樣，使兩標(biāo)距間的長度增至 ，定義試樣中的應(yīng)力和應(yīng)變?yōu)椋?注意此處定義的應(yīng)力等于拉力除以試樣原始截面積A0，這種應(yīng)力稱工程應(yīng)力或公稱應(yīng)力，并不等于材料所受的真實(shí)應(yīng)力。同樣這兒定義的應(yīng)變?yōu)楣こ虘?yīng)變，屬于應(yīng)變的Euler度量。（7-1）（7-2）典型高分子材料拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖7-2所示。應(yīng)力應(yīng)變7.1.1 The stress-strain curves 應(yīng)

6、力-應(yīng)變曲線A 彈性極限應(yīng)變 A彈性極限應(yīng)力B 斷裂伸長率 B斷裂強(qiáng)度 Y 屈服應(yīng)力Y point: Yielding point 屈服點(diǎn)A point: Point of elastic limit 彈性極限點(diǎn)B point: Breaking point 斷裂點(diǎn)形變過程彈性形變 -屈服-應(yīng)變軟化-強(qiáng)迫高彈形變-應(yīng)變硬化-斷裂曲線特征：（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。 （2）越過A點(diǎn)，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(diǎn)稱材料的屈服點(diǎn)，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） 和屈服應(yīng)變 。發(fā)生屈服時(shí)

7、，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(gè)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(shí)，材料應(yīng)力又略有上升（成頸硬化），到達(dá)B點(diǎn)發(fā)生斷裂。與B點(diǎn)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） 和斷裂伸長率 ，它們是材料發(fā)生破壞的極限強(qiáng)度和極限伸長率。 （4）曲線下的面積等于相當(dāng)于拉伸試樣直至斷裂所消耗的能量，單位為Jm-3，稱斷裂能或斷裂功。它是表征材料韌性的一個(gè)物理量。 斷裂能 Fracture energyStress-strain曲線下面積稱作斷裂能：材料從開始拉伸至破壞所吸收的能量。從應(yīng)力應(yīng)變曲線可以獲得的

8、被拉伸聚合物的信息 聚合物的屈服強(qiáng)度（Y點(diǎn)強(qiáng)度） 聚合物的楊氏模量（OA段斜率） 聚合物的 斷裂強(qiáng)度（B點(diǎn)強(qiáng)度） 聚合物的斷裂伸長率（B點(diǎn)伸長率） 聚合物的斷裂韌性（曲線下面積） 由于高分子材料種類繁多，實(shí)際得到的材料應(yīng)力應(yīng)變曲線具有多種形狀。歸納起來，可分為五類 。圖7-3 高分子材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線的類型曲線的類型（1）硬而脆型（2）硬而強(qiáng)型（3）硬而韌型（4）軟而韌型（5）軟而弱型 （3）硬而韌型 此類材料彈性模量、屈服應(yīng)力及斷裂強(qiáng)度都很高，斷裂伸長率也很大，應(yīng)力應(yīng)變曲線下的面積很大，說明材料韌性好，是優(yōu)良的工程材料。（1）硬而脆型 此類材料彈性模量高（OA段斜率大）而斷裂伸長率很小。在很

9、小應(yīng)變下，材料尚未出現(xiàn)屈服已經(jīng)斷裂，斷裂強(qiáng)度較高。在室溫或室溫之下，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、酚醛樹脂等表現(xiàn)出硬而脆的拉伸行為。（2）硬而強(qiáng)型 此類材料彈性模量高，斷裂強(qiáng)度高，斷裂伸長率小。通常材料拉伸到屈服點(diǎn)附近就發(fā)生破壞（大約為5%）。硬質(zhì)聚氯乙烯制品屬于這種類型。說明（5）軟而弱型 此類材料彈性模量低，斷裂強(qiáng)度低，斷裂伸長率也不大。一些聚合物軟凝膠和干酪狀材料具有這種特性。（4）軟而韌型 此類材料彈性模量和屈服應(yīng)力較低，斷裂伸長率大（20%1000%），斷裂強(qiáng)度可能較高，應(yīng)力應(yīng)變曲線下的面積大。各種橡膠制品和增塑聚氯乙烯具有這種應(yīng)力應(yīng)變特征。 硬而韌的材料，在拉伸過程中顯示出明顯的屈服

10、、冷拉或細(xì)頸現(xiàn)象，細(xì)頸部分可產(chǎn)生非常大的形變。隨著形變的增大，細(xì)頸部分向試樣兩端擴(kuò)展，直至全部試樣測試區(qū)都變成細(xì)頸。很多工程塑料如聚酰胺、聚碳酸酯及醋酸纖維素、硝酸纖維素等屬于這種材料。注意 材料拉伸過程還明顯地受環(huán)境條件（如溫度）和測試條件（如拉伸速率）的影響，硬而強(qiáng)型的硬質(zhì)聚氯乙烯制品在很慢速率下拉伸也會發(fā)生大于100%的斷裂伸長率，顯現(xiàn)出硬而韌型特點(diǎn)。 實(shí)際高分子材料的拉伸行為非常復(fù)雜，可能不具備上述典型性，或是幾種類型的組合。例如有的材料拉伸時(shí)存在明顯的屈服和“頸縮”，有的則沒有；有的材料斷裂強(qiáng)度高于屈服強(qiáng)度，有的則屈服強(qiáng)度高于斷裂強(qiáng)度等。因此規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度和標(biāo)準(zhǔn)拉伸速率是很重

11、要的。7.1.2 非晶態(tài)高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線OybYBb各種情況下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(a) 不同溫度a: TTg c: TTg (幾十度)d: T接近Tgb: TTgTemperature 0C5070C70C050CExample-PVC脆斷 韌斷無屈服屈服后斷Results TT(b) 不同拉伸速度時(shí)溫等效原理：拉伸速度快=時(shí)間短 溫度低速度拉伸應(yīng)變速率例: PMMA7.1.3 晶態(tài)高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變軟化更明顯冷拉時(shí)晶片的傾斜、滑移、轉(zhuǎn)動，形成微晶或微纖束(c) 球晶大小各種情況下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(d) 結(jié)晶度相似之處：即兩種拉伸過程均經(jīng)歷彈性變形、屈服、發(fā)展大形變以及應(yīng)變硬化等階

12、段，大形變在室溫時(shí)都不能自發(fā)回復(fù)，而加熱后則產(chǎn)生回復(fù)，故本質(zhì)上兩種拉伸過程造成的大形變都是高彈形變。該現(xiàn)象通常稱為“冷拉”。區(qū)別：產(chǎn)生冷拉的溫度范圍不同，玻璃態(tài)聚合物的冷拉溫度區(qū)間是Tb到Tg，而結(jié)晶聚合物則為Tg至Tm；玻璃態(tài)聚合物在冷拉過程中只發(fā)生分子鏈的取向，并不發(fā)生相變，晶態(tài)聚合物在冷拉過程中包含有結(jié)晶的破壞，取向和再結(jié)晶等過程。玻璃態(tài)聚合物的拉伸與結(jié)晶聚合物的拉伸過程的比較7.1.4 強(qiáng)迫高彈形變與“冷拉伸” 已知環(huán)境對高分子材料拉伸行為有顯著影響，這兒再重點(diǎn)介紹在特殊環(huán)境條件下，高分子材料的兩種特殊拉伸行為。 1、非晶聚合物的強(qiáng)迫高彈形變 圖7-4 聚甲基丙烯酸甲酯的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

13、隨環(huán)境溫度的變化（常壓下） 研究高聚物拉伸破壞行為時(shí)，特別要注意在較低溫度下的拉伸、屈服、斷裂的情形。對于非晶聚合物，當(dāng)環(huán)境溫度處于 時(shí)，雖然材料處于玻璃態(tài)，鏈段凍結(jié)，但在恰當(dāng)速率下拉伸，材料仍能發(fā)生百分之幾百的大變形（參見圖7-4中T = 80，60的情形），這種變形稱強(qiáng)迫高彈形變。 （2）現(xiàn)象的本質(zhì)是在高應(yīng)力下，原來卷曲的分子鏈段被強(qiáng)迫發(fā)生運(yùn)動、伸展，發(fā)生大變形，如同處于高彈態(tài)的情形。這種強(qiáng)迫高彈形變在外力撤消后，通過適當(dāng)升溫（ ）仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)。 （1）這種現(xiàn)象既不同于高彈態(tài)下的高彈形變，也不同于粘流態(tài)下的粘性流動。這是一種獨(dú)特的力學(xué)行為。（3）強(qiáng)迫高彈形變能夠產(chǎn)生，說明提高應(yīng)力可以

14、促進(jìn)分子鏈段在作用力方向上的運(yùn)動，如同升高溫度一樣，起到某種“活化”作用。從鏈段的松弛運(yùn)動來講，提高應(yīng)力降低了鏈段在作用力方向上的運(yùn)動活化能，減少了鏈段運(yùn)動的松弛時(shí)間，使得在玻璃態(tài)被凍結(jié)的鏈段能越過勢壘而運(yùn)動。 討論 由（7-4）式可見， 越大， 越小， 降低了鏈段運(yùn)動活化能。當(dāng)應(yīng)力增加致使鏈段運(yùn)動松弛時(shí)間減小到與外力作用時(shí)間同一數(shù)量級時(shí)，就可能產(chǎn)生強(qiáng)迫高彈變形。（4）研究表明，鏈段松弛時(shí)間 與外應(yīng)力 之間有如下關(guān)系： （7-4）式中： 是鏈段運(yùn)動活化能， 是材料常數(shù)， 是未加應(yīng)力時(shí)鏈段運(yùn)動松弛時(shí)間。 2、晶態(tài)聚合物的“冷拉伸”圖7-8 結(jié)晶聚合物在不同溫度下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線 結(jié)晶聚合物也能產(chǎn)

15、生強(qiáng)迫高彈變形，這種形變稱“冷拉伸”。結(jié)晶聚合物具有與非晶聚合物相似的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線，見圖7-8。 圖中當(dāng)環(huán)境溫度低于熔點(diǎn)時(shí)（ ），雖然晶區(qū)尚未熔融，材料也發(fā)生了很大拉伸變形。見圖中曲線3、4、5。 這種現(xiàn)象稱“冷拉伸”。 （1）發(fā)生冷拉之前，材料有明顯的屈服現(xiàn)象，表現(xiàn)為試樣測試區(qū)內(nèi)出現(xiàn)一處或幾處“頸縮”。隨著冷拉的進(jìn)行，細(xì)頸部分不斷發(fā)展，形變量不斷增大，而應(yīng)力幾乎保持不變，直到整個(gè)試樣測試區(qū)全部變細(xì)。再繼續(xù)拉伸，應(yīng)力將上升（應(yīng)變硬化），直至斷裂。 討論（2）雖然冷拉伸也屬于強(qiáng)迫高彈形變，但兩者的微觀機(jī)理不盡相同。結(jié)晶聚合物從遠(yuǎn)低于玻璃化溫度直到熔點(diǎn)附近一個(gè)很大溫區(qū)內(nèi)都能發(fā)生冷拉伸。在微觀上

16、，冷拉伸是應(yīng)力作用使原有的結(jié)晶結(jié)構(gòu)破壞，球晶、片晶被拉開分裂成更小的結(jié)晶單元，分子鏈從晶體中被拉出、伸直，沿著拉伸方向排列形成的（參看圖7-9）。 圖79 球晶拉伸形變時(shí)內(nèi)部晶片變化示意圖 片晶受拉伸形變時(shí)內(nèi)部晶片發(fā)生位錯(cuò)、轉(zhuǎn)向、定向排列、拉伸示意圖 （4）環(huán)境溫度、拉伸速率、分子量都對冷拉有明顯影響。溫度過低或拉伸速率過高，分子鏈松弛運(yùn)動不充分，會造成應(yīng)力集中，使材料過早破壞。溫度過高或拉伸速率過低，分子鏈可能發(fā)生滑移而流動，造成斷裂。分子量較低的聚合物，分子鏈短，不能夠充分拉伸、取向以達(dá)到防止材料破壞的程度，也會使材料在屈服點(diǎn)后不久就發(fā)生破壞。 （3）實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫高彈形變和冷拉必須有一定條件。

17、關(guān)鍵有兩點(diǎn)，一是材料屈服后應(yīng)表現(xiàn)出軟化效應(yīng)；二是擴(kuò)大應(yīng)變時(shí)應(yīng)表現(xiàn)出材料硬化效應(yīng)，軟、硬恰當(dāng)，才能實(shí)現(xiàn)大變形和冷拉。硬彈性材料的拉伸 拉伸初始階段，應(yīng)力隨應(yīng)變 急劇增加，使之具有接近于一 般結(jié)晶高聚物的高起始模量， 到形變百分之幾時(shí)發(fā)生不明 顯的屈服，但它們不出現(xiàn)成 頸現(xiàn)象，繼續(xù)拉伸，應(yīng)力會 緩慢增長，而且到達(dá)一定形變后，停止拉伸，形變可以 自發(fā)恢復(fù)，雖然在拉伸曲線與恢復(fù)曲線之間形成較大的滯后圈，但彈性回復(fù)率有時(shí)可高達(dá)98%。某些非晶高聚物如HIPS在出現(xiàn)大量銀紋時(shí)也出現(xiàn)硬彈性行為。應(yīng)變誘發(fā)塑料-橡膠轉(zhuǎn)變在第一次拉伸超過屈服點(diǎn)后，試樣從塑料轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變誘發(fā)塑料-橡膠轉(zhuǎn)變。更奇特的

18、是晶拉伸變?yōu)橄鹉z的試樣在室溫放置較長時(shí)間后又能回復(fù)到原來的塑料性質(zhì)。溫度越高，回復(fù)得越快。 在拉伸前試樣的塑料相和橡膠相都呈連續(xù)相，呈現(xiàn)塑料性能，拉伸使塑料相被撕碎，大形變時(shí)成為分散在橡膠連續(xù)相中的微區(qū)，橡膠相成為唯一的連續(xù)相而呈現(xiàn)高彈性，形變能夠立即回復(fù)，塑料分散相起物理交聯(lián)點(diǎn)作用，阻止永久變形的發(fā)生。樣條尺寸：橫截面小的地方應(yīng)變軟化：應(yīng)力集中的地方 出現(xiàn)“細(xì)頸”的位置自由體積增加松弛時(shí)間變短出現(xiàn)“細(xì)頸”的原因無外力有外力 8.2 屈服(1) 細(xì)頸:屈服時(shí)，試樣出現(xiàn)的局部變細(xì)的現(xiàn)象。剪切 變形帶在細(xì)頸出現(xiàn)之前試樣上出現(xiàn)與拉伸方向成45角的剪切滑移變形帶。剪切屈服現(xiàn)象橫截面A0, 受到的應(yīng)力

19、0=F/A0拉伸中材料某個(gè)面受力分析剪切屈服：即在細(xì)頸發(fā)生前，試樣表面出現(xiàn)與拉伸方向成45度角的剪切帶。斜截面A受 力法向應(yīng)力剪切應(yīng)力=0n=0s=0=45n=0/2s=0/2=90n=0s=0切應(yīng)力雙生互等定律當(dāng)=45時(shí)s=0/2 當(dāng)=-90=-45時(shí)s=-0/2 發(fā)生屈服屈服判據(jù)工程應(yīng)力和真應(yīng)力工程應(yīng)力真應(yīng)力ForceInitial cross-section areaForceCross-section area、高分子材料的斷裂和強(qiáng)度（一） 宏觀斷裂方式，脆性斷裂和韌性斷裂 從材料的承載方式來分，高分子材料的宏觀破壞可分為快速斷裂、蠕變斷裂（靜態(tài)疲勞）、疲勞斷裂（動態(tài)疲勞）、磨損斷裂及

20、環(huán)境應(yīng)力開裂等多種形式。 從斷裂的性質(zhì)來分，高分子材料的宏觀斷裂可分為脆性斷裂和韌性斷裂兩大類。 發(fā)生脆性斷裂時(shí)，斷裂表面較光滑或略有粗糙，斷裂面垂直于主拉伸方向，試樣斷裂后，殘余形變很小。 韌性斷裂時(shí)，斷裂面與主拉伸方向多成45度角，斷裂表面粗糙，有明顯的屈服（塑性變形、流動等）痕跡，形變不能立即恢復(fù)。 脆性斷裂和韌性斷裂表面 PS試樣脆性斷裂表面的電鏡照片 增韌改性PVC韌性斷裂表面的電鏡照片 8.3.1 銀紋Crazing銀紋現(xiàn)象是聚合物在張應(yīng)力作用下，于材料某些薄弱地方出現(xiàn)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)長度為100m、寬度為10 m左右、

21、厚度約為1 m的微細(xì)凹槽的現(xiàn)象分類環(huán)境銀紋溶劑銀紋應(yīng)力銀紋銀紋的微觀結(jié)構(gòu)微纖方向與外力平行，銀紋長度方向與外力垂直。微纖， 也稱銀紋質(zhì)銀紋方向和分子鏈方向銀紋不是空的，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 。F銀紋的擴(kuò)展中間分子鏈斷裂擴(kuò)展形成裂紋銀紋和剪切帶均有分子鏈取向，吸收能量，呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象主要區(qū)別剪切屈服銀紋屈服形變形變大幾十幾百%形變小 473聚甲醛 未增強(qiáng)6866074.52.75383聚甲醛 增強(qiáng)8241.5425.59441 均含玻璃纖維2

22、0-40%纖維增強(qiáng)的機(jī)理 纖維增強(qiáng)塑料的機(jī)理是依靠兩者復(fù)合作用。纖維具有高強(qiáng)度可以承受高應(yīng)力，樹脂基體容易發(fā)生粘彈變形和塑性流動，它們與纖維粘結(jié)在一起可以傳遞應(yīng)力。 材料受力時(shí)，首先由纖維承受應(yīng)力，個(gè)別纖維即使發(fā)生斷裂，由于樹脂的粘結(jié)作用和塑性流動，斷纖維被拉開的趨勢得到抑制，斷纖維仍能承受應(yīng)力。樹脂與纖維的粘結(jié)還具有抑制裂紋傳播的效用。材料受力引發(fā)裂紋時(shí)，軟基體依靠切變作用能使裂紋不沿垂直應(yīng)力的方向發(fā)展，而發(fā)生偏斜，使斷裂功有很大一部分消耗于反抗基體對纖維的粘著力，阻止裂紋傳播。 由此可見，纖維增強(qiáng)塑料時(shí)，纖維與樹脂基體界面粘合性的好壞是復(fù)合的關(guān)鍵。對于與樹脂親合性較差的纖維，如玻璃纖維，使

23、用前應(yīng)采用化學(xué)或物理方法對表面改性，提高其與基體的粘合力。復(fù)合作用原理玻璃纖維增強(qiáng)PP樹脂，纖維表面未經(jīng)處理纖維含量：30%（w） 玻璃纖維增強(qiáng)PP樹脂，纖維表面經(jīng)偶聯(lián)處理 纖維含量：30%（w）拉伸強(qiáng)度由上圖的40MPa增至87MPa沖擊強(qiáng)度由上圖的-2增至-2 基于上述機(jī)理也可得知，在基體中，即使纖維都已斷裂，或者直接在基體中加入經(jīng)過表面處理的短纖維，只要纖維具有一定的長徑比，使復(fù)合作用有效，仍可以達(dá)到增強(qiáng)效果。實(shí)際上短纖維增強(qiáng)塑料、橡膠的技術(shù)都有很好的發(fā)展，部分已應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。 按復(fù)合作用原理，短纖維的臨界長度Lc可按下式計(jì)算： 式中為 纖維的拉伸屈服應(yīng)力， 為基體的剪切屈服應(yīng)力，d

24、為纖維直徑。 纖維取向?qū)嗔堰^程的影響纖維平行于拉伸方向a)纖維脫離基體并拔出b)部分纖維脫離并拔出，纖維斷裂c)纖維與基體粘附良好，纖維斷裂 圖7-28 纖維垂直于拉伸方向a)纖維與基體分離，形成空洞b)斜纖維脫離基體，纖維斷裂c)裂紋在基體內(nèi)或沿邊界擴(kuò)展 由此可見，纖維取向使材料出現(xiàn)各向異性。一般平行于纖維取向方向的材料強(qiáng)度高。斷裂易發(fā)生在垂直于纖維取向方向上。（3）液晶原位增強(qiáng)增強(qiáng)機(jī)理：熱致液晶中的液晶棒狀分子在共混物中形成微纖結(jié)構(gòu)而起到增強(qiáng)作用。由于微纖結(jié)構(gòu)是加工過程中由液晶棒狀分子在共混無物基體中就地形成的，故稱做“原位”復(fù)合增強(qiáng)。熱致液晶+熱塑性聚合物共聚酯， 聚芳酯Xydar,

25、Vector, Rodrum8.2.5 聚合物的增韌 沖擊強(qiáng)度 Impact strength是衡量材料韌性的一種指標(biāo)沖斷試樣所消耗的功沖斷試樣的厚度和寬度沖擊強(qiáng)度的測試方法: 擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)，落重式?jīng)_擊試驗(yàn)和高速拉伸等三類。試樣受沖擊載荷而折斷時(shí)單位截面積所吸收的能量沖擊強(qiáng)度的單位:對于無缺口試樣的沖擊試驗(yàn)，單位為kJ/m2對于帶缺口試樣的沖擊試驗(yàn)，單位為kJ/m或kJ/m2Izod 懸臂梁試驗(yàn)示意圖Charpy 簡支梁沖擊試驗(yàn)示意圖脆性斷裂和韌性斷裂表面 左圖脆性試樣斷裂表面的照片；右圖韌性試樣斷裂表面的照片左圖脆性試樣斷裂表面的電鏡照片；右圖韌性試樣斷裂表面的電鏡照片8.5.2 影響沖擊強(qiáng)度的因素韌性好壞順序abc