高分子物理-聚合物的應(yīng)力應(yīng)變行為課件

單擊此處添加副標題內(nèi)容高分子物理—聚合物的應(yīng)力應(yīng)變行為高分子物理—聚合物的應(yīng)力應(yīng)變行為單擊此處添加副標題內(nèi)容高分子物理—聚合物的應(yīng)力應(yīng)變行為第八章聚合物的屈服與斷裂CollegeofMaterialsScienceandEngineeringLiaochengUniversity第三組制作聚合物的力學(xué)性能是其受力后的響應(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：強度：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。包括抗張強度、沖擊強度、彎曲強度、壓縮強度、硬度。1.小外力作用下聚合物表現(xiàn)為：高彈性、粘彈性和流動性2.很大外力作用下表現(xiàn)為：極限力學(xué)行為（屈服、斷裂）緹單擊此處添加副標題內(nèi)容高分子物理—聚合物的應(yīng)力應(yīng)變行為高分子1第八章聚合物的屈服與斷裂CollegeofMaterialsScienceandEngineeringLiaochengUniversity第三組制作第八章聚合物的屈服與斷裂CollegeofMateri2聚合物的力學(xué)性能是其受力后的響應(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：強度：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。包括抗張強度、沖擊強度、彎曲強度、壓縮強度、硬度。1.小外力作用下聚合物表現(xiàn)為：高彈性、粘彈性和流動性2.很大外力作用下表現(xiàn)為：極限力學(xué)行為（屈服、斷裂）聚合物的力學(xué)性能是其受力后的響應(yīng)，如形變大小、形變的可逆性及3厚度d寬度bP圖1Instron5569電子萬能材料試驗機（electronicmaterialtestingsystem）實驗條件：一定溫度下；試樣在大外力F的作用下以一定拉伸速率拉伸。溫度：非晶態(tài)聚合物Tb---Tg;晶態(tài)聚合物：Tg---Tm。8.1.1聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變行為厚度d寬度bP圖1Instron5569電子萬能材料試驗4應(yīng)變：當(dāng)材料受到外力作用，幾何形狀和尺寸發(fā)生變化，這種變化叫應(yīng)變。應(yīng)力：材料單位面積上的附加內(nèi)力叫應(yīng)力。表征材料力學(xué)性能的基本物理量硬度：是衡量材料表面承受外界壓力能力的一種指標。 硬度的大小與材料的拉伸強度和彈性模量有關(guān)。強度：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。應(yīng)變：當(dāng)材料受到外力作用，幾何形狀和尺寸發(fā)生變化，這種變化叫58.1.1.1非晶態(tài)高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線我們先對這條曲線定義幾個術(shù)語：1)

A點稱為“彈性極限點”，A

彈性極限應(yīng)變，A彈性極限應(yīng)力2)Y點稱為“屈服點”，“屈服應(yīng)力

y”和“屈服伸長εy”3)B點稱為“斷裂點“，“斷裂強度

b”和“斷裂伸長率

b”。4)整個應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積就是試樣的斷裂能。8.1.1.1非晶態(tài)高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線我們先對這6從應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以看出：以一定速率單軸拉伸非晶態(tài)聚合物，其典型曲線可分成五個階段：①彈性形變區(qū)，從直線的斜率可以求出楊氏模量，從分子機理來看，這一階段的普彈性是由于高分子的鍵長、鍵角和小的運動單元的變化引起的,移去外力后這部分形變會立即完全恢復(fù)。從應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以看出：以一定速率單軸拉伸非晶態(tài)聚合物，其7②屈服（yield，又稱應(yīng)變軟化點）點，超過了此點，凍結(jié)的鏈段開始運動。材料發(fā)生屈服，試樣的截面出現(xiàn)“細頸”。此后隨應(yīng)變增大，應(yīng)力不再增加反而有所下降——應(yīng)變軟化。細頸:屈服時，試樣出現(xiàn)的局部變細的現(xiàn)象。②屈服（yield，又稱應(yīng)變軟化點）點，超過了此點，凍結(jié)的鏈8③強迫高彈形變區(qū)（冷拉階段），隨拉伸不斷進行，細頸沿試樣不斷擴展直到整個試樣都變成細頸，材料出現(xiàn)較大變形。強迫高彈形變本質(zhì)上與高彈形變一樣，是鏈段的運動，但它是在外力作用下發(fā)生的。此時停止拉伸，去除外力形變不能恢復(fù)，但試樣加熱到Tg附近的溫度時，形變可以緩慢恢復(fù)。③強迫高彈形變區(qū)（冷拉階段），隨拉伸不斷進行，細頸沿試樣不斷9④應(yīng)變硬化區(qū)，在應(yīng)力的持續(xù)作用下，大量的鏈段開始運動，并沿外力方向取向，使材料產(chǎn)生大變形，鏈段的運動和取向最后導(dǎo)致了分子鏈取向排列，使強度提高。因此只有進一步增大應(yīng)力才使應(yīng)變進一步發(fā)展，所以應(yīng)力又一次上升——“應(yīng)變硬化”。④應(yīng)變硬化區(qū)，在應(yīng)力的持續(xù)作用下，大量的鏈段開始運動，10⑤斷裂—試樣均勻形變，最后應(yīng)力超過了材料的斷裂強度，試樣發(fā)生斷裂。⑤斷裂—試樣均勻形變，最后應(yīng)力超過了材料的斷裂強度，試樣發(fā)生11Conclusion：典型非結(jié)晶聚合物拉伸時形變經(jīng)歷普彈形變、應(yīng)變軟化（屈服）、塑性形變(plasticdeformation

)（強迫高彈形變）、應(yīng)變硬化四個階段。應(yīng)力-應(yīng)變曲線描述了材料在大外力作用下的形變規(guī)律。Conclusion：應(yīng)力-應(yīng)變曲線描述了材料在大外力作用下12

聚合物的屈服強度（Y點強度）聚合物的屈服伸長率（Y點伸長率）聚合物的楊氏模量（OA段斜率）聚合物的斷裂強度（B點強度）聚合物的斷裂伸長率（B點伸長率）聚合物的斷裂韌性（曲線下面積）從曲線上可得評價聚合物力學(xué)性能的參數(shù):聚合物的屈服強度（Y點強度）從曲線上可得評價聚合物力學(xué)性能13

不同外界條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(a)不同溫度a:T<<Tg

c:T<Tg(幾十度)d:T接近Tgb:T<TgTemperature

0°C50~70°C70°C0~50°CExample-PVC脆性斷裂

韌性斷裂無屈服屈服后斷裂Results

TT不同外界條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(a)不同溫度a:T<<14(b)不同的拉伸速率Strainrate拉伸速率拉伸速率Example:PMMA時溫等效原理：拉伸速度快=時間短 溫度低(b)不同的拉伸速率Strainrate拉伸速率拉伸速率15a:脆性材料

c:韌性材料d:橡膠b:半脆性材料酚醛或環(huán)氧樹脂PP,PE,PCPS,PMMANaturerubber,PIB(c)不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)a:脆性材料c:韌性材料d:橡膠b:半脆性材料酚醛16(1)溫度a:T<<Tg脆斷b:T<Tg屈服后斷c:T<Tg幾十度韌斷d:Tg以上無屈服TTExample-PVC二、影響聚合物拉伸行為的因素(1)溫度a:T<<Tg17總之，

溫度升高，材料逐步變軟變韌，斷裂強度下降，斷裂伸長率增加；溫度下降，材料逐步變硬變脆，斷裂強度增加，斷裂伸長率減小總之，18(2)應(yīng)變速率Strainrate：速度速度即增加應(yīng)變速率與降低溫度的效應(yīng)是等效的。(2)應(yīng)變速率Strainrate：速度速度即增加應(yīng)變速19(3)環(huán)境壓力

研究發(fā)現(xiàn)，對許多非晶聚合物，如PS、PMMA等，其脆-韌轉(zhuǎn)變行為還與環(huán)境壓力有關(guān)。

右圖可見，PS在低環(huán)境壓力（常壓）下呈脆性斷裂特點，強度與斷裂伸長率都很低。隨著環(huán)境壓力升高，材料強度增高，伸長率變大，出現(xiàn)典型屈服現(xiàn)象，材料發(fā)生脆-韌轉(zhuǎn)變。

聚苯乙烯的應(yīng)力-應(yīng)變曲線隨環(huán)境壓力的變化（T=31℃）

(3)環(huán)境壓力研究發(fā)現(xiàn)，對許多非晶聚合右圖可見，P20(4)屈服應(yīng)力受流體靜壓力的影響：壓力增大，屈服應(yīng)力增大。

研究發(fā)現(xiàn)，對許多非晶聚合物，如PS、PMMA等，其脆-韌轉(zhuǎn)變行為與環(huán)境壓力有關(guān)。1.7千pa1pa0.69千pa3.2千pa切應(yīng)力切應(yīng)變(4)屈服應(yīng)力受流體靜壓力的影響：壓力增大，屈服應(yīng)力增大。21OA-普彈形變YN－屈服，縮頸（應(yīng)變變大，應(yīng)力下降）ND－強迫高彈形變DB-細頸化試樣重新被均勻拉伸，應(yīng)變隨應(yīng)力增加－應(yīng)變硬化

一、晶態(tài)聚合物在單向拉伸時典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

結(jié)晶聚合物的應(yīng)力－應(yīng)變曲線NYDBAO應(yīng)力應(yīng)變8.1.1.2晶態(tài)聚合物的應(yīng)力一應(yīng)變曲線

OA-普彈形變一、晶態(tài)聚合物在單向拉伸時典型的應(yīng)力-22整個曲線可分為三個階段：到y(tǒng)點后，試樣截面開始變得不均勻，出現(xiàn)“細頸”晶態(tài)聚合物“冷拉”的原因：Tm以下，冷拉：拉伸成頸（球晶中片晶的變形）非晶態(tài)：Tg以下冷拉，只發(fā)生分子鏈的取向晶態(tài)：Tm以下，發(fā)生結(jié)晶的破壞，取向，再結(jié)晶過程，與溫度、應(yīng)變速率、結(jié)晶度、結(jié)晶形態(tài)有關(guān)

結(jié)晶聚合物的應(yīng)力－應(yīng)變曲線NYDBAO應(yīng)力應(yīng)變整個曲線可分為三個階段：晶態(tài)聚合物“冷拉”的原因：結(jié)晶聚合23晶態(tài)聚合物的“冷拉伸”圖8-8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)生強迫高彈變形，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，如下圖。圖中當(dāng)環(huán)境溫度低于熔點時，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”。晶態(tài)聚合物的“冷拉伸”圖8-8結(jié)晶聚合物在不同溫度下的應(yīng)24（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”。隨著冷拉的進行，細頸部分不斷發(fā)展，形變量不斷增大，而應(yīng)力幾乎保持不變，直到整個試樣測試區(qū)全部變細。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迫高彈形變，但兩者的微觀機理不盡相同。結(jié)晶聚合物從遠低于玻璃化溫度直到熔點附近一個很大溫區(qū)內(nèi)都能發(fā)生冷拉伸。在微觀上，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。圖

球晶拉伸形變時內(nèi)部晶片變化示意圖

（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)25圖

片晶受拉伸形變時內(nèi)部晶片發(fā)生位錯、轉(zhuǎn)向、定向排列、拉伸示意圖

圖片晶受拉伸形變時內(nèi)部晶片發(fā)生位錯、轉(zhuǎn)向、定向排列、26玻璃態(tài)聚合物與結(jié)晶聚合物的拉伸比較相似之處：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)變硬化等階段，其中大形變在室溫時都不能自發(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：（1）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；

（2）玻璃態(tài)聚合物在冷拉過程中聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的變化比晶態(tài)聚合物簡單得多，它只發(fā)生分子鏈的取向，并不發(fā)生相變，而后者尚包含有結(jié)晶的破壞，取向和再結(jié)晶等過程。玻璃態(tài)聚合物與結(jié)晶聚合物的拉伸比較相似之處：兩種拉伸過程均經(jīng)27

注意：（冷拉）強迫高彈形變，對于非晶聚合物，主要是鏈段取向；對于結(jié)晶聚合物，主要是晶粒的變形。這與兩種拉伸過程造成的大形變都是鏈段運動所導(dǎo)致高彈形變并不矛盾。

288.1.1.3應(yīng)力一應(yīng)變曲線類型“軟”和“硬”用于區(qū)分模量的低或高，“弱”和“強”是指強度的大小，“脆”是指無屈服現(xiàn)象而且斷裂伸長很小，“韌”是指其斷裂伸長和斷裂應(yīng)力都較高的情況，有時可將斷裂功作為“韌性”的標志。8.1.1.3應(yīng)力一應(yīng)變曲線類型“軟”和“硬”用于區(qū)分模量的29（3）硬而韌型此類材料彈性模量、屈服應(yīng)力及斷裂強度都很高，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。在很小應(yīng)變下，材料尚未出現(xiàn)屈服已經(jīng)斷裂，斷裂強度較高。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）硬而強型此類材料彈性模量高，裂強度高，斷裂伸長率小。通常材料拉伸到屈服點附近就發(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（3）硬而韌型此類材料彈性模量、屈服應(yīng)力及斷裂強度都很30（5）軟而弱型

此類材料彈性模量低，斷裂強度低，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、冷拉或細頸現(xiàn)象，細頸部分可產(chǎn)生非常大的形變。隨著形變的增大，細頸部分向試樣兩端擴展，直至全部試樣測試區(qū)都變成細頸。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。（5）軟而弱型此類材料彈性模量低，斷裂強度低，斷裂伸長31聚合物力學(xué)類型軟而弱軟而韌硬而脆硬而強硬而韌聚合物應(yīng)力—應(yīng)變曲線應(yīng)力應(yīng)變曲線特點模量（剛性）低低高高高屈服應(yīng)力（強度）低低高高高極限強度（強度）低中中高高斷裂伸長（延性）中等按屈服應(yīng)力低中高應(yīng)力應(yīng)變曲線下面積（韌）小中小中大實例聚合物凝膠橡膠.增塑.PVC.PE.PTFEPS.PMMA.固化酚醛樹脂斷裂前無塑性形變斷裂前有銀紋硬PVCABS.PC.PE.PA有明顯的屈服和塑性形變.韌性好聚合物力學(xué)類型軟而弱軟而韌硬而脆硬而強硬而韌聚合物應(yīng)力應(yīng)模32Thankyou!Thankyou!33謝謝觀看共同學(xué)習(xí)相互提高謝謝觀看共同學(xué)習(xí)相互提高34單擊此處添加副標題內(nèi)容高分子物理—聚合物的應(yīng)力應(yīng)變行為高分子物理—聚合物的應(yīng)力應(yīng)變行為單擊此處添加副標題內(nèi)容高分子物理—聚合物的應(yīng)力應(yīng)變行為第八章聚合物的屈服與斷裂CollegeofMaterialsScienceandEngineeringLiaochengUniversity第三組制作聚合物的力學(xué)性能是其受力后的響應(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：強度：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。包括抗張強度、沖擊強度、彎曲強度、壓縮強度、硬度。1.小外力作用下聚合物表現(xiàn)為：高彈性、粘彈性和流動性2.很大外力作用下表現(xiàn)為：極限力學(xué)行為（屈服、斷裂）緹單擊此處添加副標題內(nèi)容高分子物理—聚合物的應(yīng)力應(yīng)變行為高分子35第八章聚合物的屈服與斷裂CollegeofMaterialsScienceandEngineeringLiaochengUniversity第三組制作第八章聚合物的屈服與斷裂CollegeofMateri36聚合物的力學(xué)性能是其受力后的響應(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：強度：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。包括抗張強度、沖擊強度、彎曲強度、壓縮強度、硬度。1.小外力作用下聚合物表現(xiàn)為：高彈性、粘彈性和流動性2.很大外力作用下表現(xiàn)為：極限力學(xué)行為（屈服、斷裂）聚合物的力學(xué)性能是其受力后的響應(yīng)，如形變大小、形變的可逆性及37厚度d寬度bP圖1Instron5569電子萬能材料試驗機（electronicmaterialtestingsystem）實驗條件：一定溫度下；試樣在大外力F的作用下以一定拉伸速率拉伸。溫度：非晶態(tài)聚合物Tb---Tg;晶態(tài)聚合物：Tg---Tm。8.1.1聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變行為厚度d寬度bP圖1Instron5569電子萬能材料試驗38應(yīng)變：當(dāng)材料受到外力作用，幾何形狀和尺寸發(fā)生變化，這種變化叫應(yīng)變。應(yīng)力：材料單位面積上的附加內(nèi)力叫應(yīng)力。表征材料力學(xué)性能的基本物理量硬度：是衡量材料表面承受外界壓力能力的一種指標。 硬度的大小與材料的拉伸強度和彈性模量有關(guān)。強度：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。應(yīng)變：當(dāng)材料受到外力作用，幾何形狀和尺寸發(fā)生變化，這種變化叫398.1.1.1非晶態(tài)高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線我們先對這條曲線定義幾個術(shù)語：1)

A點稱為“彈性極限點”，A

彈性極限應(yīng)變，A彈性極限應(yīng)力2)Y點稱為“屈服點”，“屈服應(yīng)力

y”和“屈服伸長εy”3)B點稱為“斷裂點“，“斷裂強度

b”和“斷裂伸長率

b”。4)整個應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積就是試樣的斷裂能。8.1.1.1非晶態(tài)高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線我們先對這40從應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以看出：以一定速率單軸拉伸非晶態(tài)聚合物，其典型曲線可分成五個階段：①彈性形變區(qū)，從直線的斜率可以求出楊氏模量，從分子機理來看，這一階段的普彈性是由于高分子的鍵長、鍵角和小的運動單元的變化引起的,移去外力后這部分形變會立即完全恢復(fù)。從應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以看出：以一定速率單軸拉伸非晶態(tài)聚合物，其41②屈服（yield，又稱應(yīng)變軟化點）點，超過了此點，凍結(jié)的鏈段開始運動。材料發(fā)生屈服，試樣的截面出現(xiàn)“細頸”。此后隨應(yīng)變增大，應(yīng)力不再增加反而有所下降——應(yīng)變軟化。細頸:屈服時，試樣出現(xiàn)的局部變細的現(xiàn)象。②屈服（yield，又稱應(yīng)變軟化點）點，超過了此點，凍結(jié)的鏈42③強迫高彈形變區(qū)（冷拉階段），隨拉伸不斷進行，細頸沿試樣不斷擴展直到整個試樣都變成細頸，材料出現(xiàn)較大變形。強迫高彈形變本質(zhì)上與高彈形變一樣，是鏈段的運動，但它是在外力作用下發(fā)生的。此時停止拉伸，去除外力形變不能恢復(fù)，但試樣加熱到Tg附近的溫度時，形變可以緩慢恢復(fù)。③強迫高彈形變區(qū)（冷拉階段），隨拉伸不斷進行，細頸沿試樣不斷43④應(yīng)變硬化區(qū)，在應(yīng)力的持續(xù)作用下，大量的鏈段開始運動，并沿外力方向取向，使材料產(chǎn)生大變形，鏈段的運動和取向最后導(dǎo)致了分子鏈取向排列，使強度提高。因此只有進一步增大應(yīng)力才使應(yīng)變進一步發(fā)展，所以應(yīng)力又一次上升——“應(yīng)變硬化”。④應(yīng)變硬化區(qū)，在應(yīng)力的持續(xù)作用下，大量的鏈段開始運動，44⑤斷裂—試樣均勻形變，最后應(yīng)力超過了材料的斷裂強度，試樣發(fā)生斷裂。⑤斷裂—試樣均勻形變，最后應(yīng)力超過了材料的斷裂強度，試樣發(fā)生45Conclusion：典型非結(jié)晶聚合物拉伸時形變經(jīng)歷普彈形變、應(yīng)變軟化（屈服）、塑性形變(plasticdeformation

)（強迫高彈形變）、應(yīng)變硬化四個階段。應(yīng)力-應(yīng)變曲線描述了材料在大外力作用下的形變規(guī)律。Conclusion：應(yīng)力-應(yīng)變曲線描述了材料在大外力作用下46

聚合物的屈服強度（Y點強度）聚合物的屈服伸長率（Y點伸長率）聚合物的楊氏模量（OA段斜率）聚合物的斷裂強度（B點強度）聚合物的斷裂伸長率（B點伸長率）聚合物的斷裂韌性（曲線下面積）從曲線上可得評價聚合物力學(xué)性能的參數(shù):聚合物的屈服強度（Y點強度）從曲線上可得評價聚合物力學(xué)性能47

不同外界條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(a)不同溫度a:T<<Tg

c:T<Tg(幾十度)d:T接近Tgb:T<TgTemperature

0°C50~70°C70°C0~50°CExample-PVC脆性斷裂

韌性斷裂無屈服屈服后斷裂Results

TT不同外界條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(a)不同溫度a:T<<48(b)不同的拉伸速率Strainrate拉伸速率拉伸速率Example:PMMA時溫等效原理：拉伸速度快=時間短 溫度低(b)不同的拉伸速率Strainrate拉伸速率拉伸速率49a:脆性材料

c:韌性材料d:橡膠b:半脆性材料酚醛或環(huán)氧樹脂PP,PE,PCPS,PMMANaturerubber,PIB(c)不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)a:脆性材料c:韌性材料d:橡膠b:半脆性材料酚醛50(1)溫度a:T<<Tg脆斷b:T<Tg屈服后斷c:T<Tg幾十度韌斷d:Tg以上無屈服TTExample-PVC二、影響聚合物拉伸行為的因素(1)溫度a:T<<Tg51總之，

溫度升高，材料逐步變軟變韌，斷裂強度下降，斷裂伸長率增加；溫度下降，材料逐步變硬變脆，斷裂強度增加，斷裂伸長率減小總之，52(2)應(yīng)變速率Strainrate：速度速度即增加應(yīng)變速率與降低溫度的效應(yīng)是等效的。(2)應(yīng)變速率Strainrate：速度速度即增加應(yīng)變速53(3)環(huán)境壓力

研究發(fā)現(xiàn)，對許多非晶聚合物，如PS、PMMA等，其脆-韌轉(zhuǎn)變行為還與環(huán)境壓力有關(guān)。

右圖可見，PS在低環(huán)境壓力（常壓）下呈脆性斷裂特點，強度與斷裂伸長率都很低。隨著環(huán)境壓力升高，材料強度增高，伸長率變大，出現(xiàn)典型屈服現(xiàn)象，材料發(fā)生脆-韌轉(zhuǎn)變。

聚苯乙烯的應(yīng)力-應(yīng)變曲線隨環(huán)境壓力的變化（T=31℃）

(3)環(huán)境壓力研究發(fā)現(xiàn)，對許多非晶聚合右圖可見，P54(4)屈服應(yīng)力受流體靜壓力的影響：壓力增大，屈服應(yīng)力增大。

研究發(fā)現(xiàn)，對許多非晶聚合物，如PS、PMMA等，其脆-韌轉(zhuǎn)變行為與環(huán)境壓力有關(guān)。1.7千pa1pa0.69千pa3.2千pa切應(yīng)力切應(yīng)變(4)屈服應(yīng)力受流體靜壓力的影響：壓力增大，屈服應(yīng)力增大。55OA-普彈形變YN－屈服，縮頸（應(yīng)變變大，應(yīng)力下降）ND－強迫高彈形變DB-細頸化試樣重新被均勻拉伸，應(yīng)變隨應(yīng)力增加－應(yīng)變硬化

一、晶態(tài)聚合物在單向拉伸時典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

結(jié)晶聚合物的應(yīng)力－應(yīng)變曲線NYDBAO應(yīng)力應(yīng)變8.1.1.2晶態(tài)聚合物的應(yīng)力一應(yīng)變曲線

OA-普彈形變一、晶態(tài)聚合物在單向拉伸時典型的應(yīng)力-56整個曲線可分為三個階段：到y(tǒng)點后，試樣截面開始變得不均勻，出現(xiàn)“細頸”晶態(tài)聚合物“冷拉”的原因：Tm以下，冷拉：拉伸成頸（球晶中片晶的變形）非晶態(tài)：Tg以下冷拉，只發(fā)生分子鏈的取向晶態(tài)：Tm以下，發(fā)生結(jié)晶的破壞，取向，再結(jié)晶過程，與溫度、應(yīng)變速率、結(jié)晶度、結(jié)晶形態(tài)有關(guān)

結(jié)晶聚合物的應(yīng)力－應(yīng)變曲線NYDBAO應(yīng)力應(yīng)變整個曲線可分為三個階段：晶態(tài)聚合物“冷拉”的原因：結(jié)晶聚合57晶態(tài)聚合物的“冷拉伸”圖8-8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)生強迫高彈變形，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，如下圖。圖中當(dāng)環(huán)境溫度低于熔點時，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”。晶態(tài)聚合物的“冷拉伸”圖8-8結(jié)晶聚合物在不同溫度下的應(yīng)58（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”。隨著冷拉的進行，細頸部分不斷發(fā)展，形變量不斷增大，而應(yīng)力幾乎保持不變，直到整個試樣測試區(qū)全部變細。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迫高彈形變，但兩者的微觀機理不盡相同。結(jié)晶聚合物從遠低于玻璃化溫度直到熔點附近一個很大溫區(qū)內(nèi)都能發(fā)生冷拉伸。在微觀上，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。圖

球晶拉伸形變時內(nèi)部晶片變化示意圖

（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)59圖

片晶受拉伸形變時內(nèi)部晶片發(fā)生位錯、轉(zhuǎn)向、定向排列、拉伸示意圖

圖片晶受拉伸形變時內(nèi)部晶片發(fā)生位錯、轉(zhuǎn)向、定向排列、60玻璃態(tài)聚合物與結(jié)晶聚合物的拉伸比較相似之處：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)變硬化等階段，其中大形變在室溫時都不能自發(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：（1）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；

（2）玻璃態(tài)聚合物在冷拉過程中聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的變化比晶態(tài)聚合物簡單得多，它只發(fā)生分子鏈的取向，并不發(fā)生相變，而后者尚包含有結(jié)晶的破壞，取向和再結(jié)晶等過程。玻璃態(tài)聚合物與結(jié)晶聚合物的拉伸比較相似之處：兩種