學(xué)習(xí)-4 .高分子物理6力學(xué)性能

高分子化學(xué)及物理

PolymerChemistryandPhysics

一、聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變行為二、聚合物的強(qiáng)度和韌性第六章聚合物的屈服和斷裂強(qiáng)度：在較大外力持續(xù)作用或強(qiáng)大外力的短期作用下，材料將發(fā)生大形變直至宏觀破壞或斷裂，對(duì)這種破壞或斷裂的抵抗能力稱為強(qiáng)度。一、聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變行為應(yīng)力-應(yīng)變拉伸實(shí)驗(yàn)樣條厚度d寬度bFF長(zhǎng)度l應(yīng)力:應(yīng)變:面積:A0=b·d非晶態(tài)高聚物的拉伸實(shí)驗(yàn)σ—應(yīng)力ε—應(yīng)變

Y—屈服點(diǎn)

B—斷裂點(diǎn)斷裂能：應(yīng)力應(yīng)變曲線面積拉伸斷裂韌性YBεσ非晶態(tài)聚合物PMMA的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(60℃,5mm/min)彈性區(qū)塑性區(qū)屈服現(xiàn)象：張應(yīng)力達(dá)到某一最大值后，曲線開(kāi)始出現(xiàn)應(yīng)變?cè)黾佣鴳?yīng)力不變或是先下降后不變的現(xiàn)象。屈服應(yīng)變?chǔ)舮εσ非晶態(tài)聚合物PMMA的應(yīng)力-應(yīng)變曲線屈服應(yīng)力σ

y彈性區(qū):虎克彈性行為(小形變、大模量)應(yīng)變可恢復(fù)均勻拉伸楊氏模量E(初始斜率)線性彈性形變屈服成頸鍵角、鍵長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)塑性區(qū):塑性行為應(yīng)變不可恢復(fù)退火可部分恢復(fù)Bεσ非晶態(tài)聚合物PMMA的應(yīng)力-應(yīng)變曲線斷裂伸長(zhǎng)率εy斷裂強(qiáng)度σ

y應(yīng)變軟化頸縮階段取向硬化頸縮階段分子運(yùn)動(dòng)機(jī)理：鏈段運(yùn)動(dòng)取向硬化分子運(yùn)動(dòng)機(jī)理：整鏈粘態(tài)運(yùn)動(dòng)(滑移)應(yīng)變軟化：過(guò)屈服點(diǎn)后，應(yīng)變?cè)黾樱瑧?yīng)力反而下降頸縮階段：細(xì)頸沿樣品擴(kuò)展，應(yīng)力不變，應(yīng)變大幅度增加應(yīng)變硬化：應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)黾佣眲〉剡M(jìn)一步增加鏈段運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)晶態(tài)高聚物的拉伸實(shí)驗(yàn)拉伸初期：應(yīng)力增加較快應(yīng)變?cè)黾虞^小符合虎克定律(普彈形變)拉伸中期：應(yīng)力不變應(yīng)變不斷增加鏈段運(yùn)動(dòng)拉伸后期：成頸后重新被均勻拉伸微晶間或者分子間發(fā)生位移導(dǎo)致分子鏈的斷裂晶態(tài)高聚物的拉伸實(shí)驗(yàn)球晶中片晶變形：相轉(zhuǎn)變和雙晶化分子鏈傾斜片晶破裂(滑移、轉(zhuǎn)動(dòng)，鏈被抽出)鏈拉伸，形成微絲結(jié)構(gòu)(微纖)晶態(tài)高聚物的拉伸實(shí)驗(yàn)晶態(tài)高聚物=晶區(qū)+非晶區(qū)非晶區(qū)先形變片晶受拉伸形變時(shí)，內(nèi)部晶片發(fā)生位錯(cuò)、轉(zhuǎn)向、定向排列、拉伸示意圖

拉伸曲線的力學(xué)分析：拉伸曲線特征力學(xué)性質(zhì)彈性模量剛性(硬與軟)屈服應(yīng)力、斷裂強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度(強(qiáng)與弱)應(yīng)力應(yīng)變曲線所圍面積韌性(韌與脆

)E高，σb

中，εb≤2％

σ－ε曲線中面積小

如低分子量PS，PMMAE高，σb

高，εb

≈5％

σ－ε曲線中面積中高分子量PS，PMMA，RPVC拉伸曲線類型：硬而脆硬而強(qiáng)E高，σb

高，εb≈1000％σ－ε曲線中面積大如尼龍，PC，POME低，σb

中，εb≈1000％σ－ε曲線中面積大如硫化橡膠，軟PVC強(qiáng)而韌軟而韌E低，σb

低，εb

中σ－ε曲線中面積小如低分子量聚合物和柔軟高分子凝膠如小分子軟而弱弱而脆聚合物力學(xué)類型軟而弱軟而韌硬而脆硬而強(qiáng)硬而韌聚合物應(yīng)力—應(yīng)變曲線應(yīng)力應(yīng)變曲線特點(diǎn)模量（剛性）低低高高高屈服應(yīng)力（強(qiáng)度）低低高高高極限強(qiáng)度（強(qiáng)度）低中中高高斷裂伸長(zhǎng)（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）小中小中大二、聚合物的強(qiáng)度和韌性斷裂面拉伸過(guò)程拉伸曲線典型材料脆性斷裂光滑，平整，垂直拉伸方向在屈服點(diǎn)前發(fā)生斷裂應(yīng)力大，形變小，面積小，吸受能量少PMMA、PS韌性斷裂粗糙，有凹凸不平的絲狀物有明顯的屈服和頸縮現(xiàn)象應(yīng)力大，形變大，面積大，吸受能量多PC脆性斷裂和韌性斷裂：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微纖：

強(qiáng)度：在外力作用下，材料抵抗形變及破壞的能力拉伸強(qiáng)度壓縮強(qiáng)度彎曲強(qiáng)度剪切強(qiáng)度沖擊強(qiáng)度極限彈性強(qiáng)度屈服強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度強(qiáng)度沖擊強(qiáng)度：試樣在沖擊載荷作用下，折斷或折裂時(shí)單位截面積所吸收的能量，是衡量材料韌性的一種指標(biāo)。簡(jiǎn)支梁式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)示意圖抗沖強(qiáng)度測(cè)定方法高速拉伸試驗(yàn)落錘式?jīng)_擊試驗(yàn)擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)懸臂梁式Izod簡(jiǎn)支梁式Charpy沖擊強(qiáng)度的單位：J/m2影響強(qiáng)度的因素：內(nèi)因：1、鏈結(jié)構(gòu)(主鏈、分子間力、側(cè)基、支化、交聯(lián)、分子量)2、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)(結(jié)晶、取向）3、應(yīng)力集中(缺陷、空洞、雜質(zhì)、大的相分離)4、增塑劑外因：1、拉伸速度2