聚合物材料的力學(xué)性能

...wd......wd......wd...第九章聚合物材料的力學(xué)性能第一節(jié)聚合物材料的構(gòu)造相對分子質(zhì)量大于10000以上的有機化合物稱為高分子材料。它是由許多小分子聚合而得到的，故又稱為聚合物或高聚物。聚合物的原子之間由共價鍵結(jié)合，稱為主價鍵；而分子之間由范德瓦爾鍵連接，稱為次價鍵。分子間次價鍵力之和遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單個分子中原子間主價鍵的結(jié)合力，因此，聚合物在拉伸時常常先發(fā)生原子鍵的斷裂，而不是分子鏈之間的滑脫。這是聚合物具有較高強度，并可以作為構(gòu)造材料使用的根本原因。聚合物的小分子化合物稱為單體，組成聚合物長鏈的根本構(gòu)造單元則稱為鏈節(jié)。聚乙烯的單體為乙烯(CH2=CH2)，其鏈節(jié)為-CH2-CH2-。聚合物長鏈的重復(fù)鏈節(jié)數(shù)目、稱為聚合度。天然的聚合物有木材、橡膠、黃麻、棉花、絲、毛、發(fā)和角等。本章主要討論人工合成聚合物(工程塑料、合成纖維、合成橡膠等)的變形和斷裂行為。由于聚合物具有許多優(yōu)點．在工業(yè)和日常生活小已獲得廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在，人工合成聚合物產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模．在體積上早已超過金屬產(chǎn)量的總和。它在材料科學(xué)領(lǐng)域中占有重要地位。聚合物的性能主要取決于其巨型分子的組成與構(gòu)造。聚合物的構(gòu)造是多層次的，包括高分子鏈的近程構(gòu)造、遠(yuǎn)程構(gòu)造、聚集態(tài)構(gòu)造和織態(tài)構(gòu)造、液晶構(gòu)造?？棏B(tài)構(gòu)造和液晶構(gòu)造也是聚集態(tài)構(gòu)造。前者是高分子材料的高層次構(gòu)造，是指不同高分子之間或高分子與添加劑分子之間的排列和堆砌構(gòu)造；后者是高分于長鏈的主鏈或側(cè)鏈有液晶原并與柔性鏈聯(lián)接的構(gòu)造。限于篇福，本書不介紹這兩種構(gòu)造。一、高分子鏈的近程構(gòu)造-構(gòu)型高分子鏈的近程構(gòu)造是指由化學(xué)鍵所固定的幾何形狀-高分子構(gòu)型，即指高分子鏈的化學(xué)組成、鍵接方式和立體構(gòu)型等。上述的聚乙烯是由一種構(gòu)造單體合成的，故該類聚合物又稱為均聚物。均聚物中的分子鏈之間假設(shè)不發(fā)久聯(lián)接．則為線型均聚物或支鏈型均聚物．前者如高密度聚乙烯，后者如低密度聚乙烯(具有支鏈構(gòu)造，分子兩側(cè)具有相當(dāng)數(shù)量的長支鏈和短支鏈，圖9-1)。假設(shè)低密度聚乙烯中短支鏈規(guī)則排列，則也是線性規(guī)聚物。假設(shè)分子鏈由化學(xué)鍵聯(lián)接，則為交聯(lián)均聚物或網(wǎng)絡(luò)型均聚物(三維交聯(lián)分子鏈)(圖9-2)。工程上的熱塑性塑料，如聚氯乙烯、尼龍6、尼龍66等都是線性均聚物；而熱固性塑料如環(huán)氧樹脂則為交聯(lián)均聚物。由兩種以上構(gòu)造單體聚合而成的聚合物稱為共聚物。大局部共聚物中鏈節(jié)是無規(guī)則排列的。有多種構(gòu)造單體的共聚物比只有一種構(gòu)造單體的均聚物難以結(jié)晶。同理，聚合物鏈的構(gòu)造單體配置越不規(guī)律，越有利于形成非晶態(tài)，而有規(guī)立構(gòu)的聚合物則大局部能結(jié)晶。由于聚合物中只有微弱的范德瓦爾力使分子成線性排列，而結(jié)晶構(gòu)造要求把大量原子輸送到固定有利位置。所以聚合物的結(jié)晶很難完全。共聚物的幾種形式如圖9-3所示。二、高分子鏈的遠(yuǎn)程構(gòu)造——構(gòu)象高分子鏈的遠(yuǎn)程構(gòu)造是指一根巨分子長鏈在空間的排布形象，稱為巨分子鏈的構(gòu)象。由于單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動、巨分子長鏈的構(gòu)象是在不斷交化的。分子鏈中的碳一碳鍵的鍵角保持109。28’不變。由圖9-4可見．C2-C3單鍵圍繞C1-C2鍵自由旋轉(zhuǎn)．鍵角為；同樣，C4-C3單鍵圍繞C2-C3鍵自由旋轉(zhuǎn)，鍵角也為，依次類推。實際聚合物巨分子鏈的運動單元不是一個個單鍵，而是由數(shù)個、幾十其至幾百個鏈節(jié)組成的鏈段。外在條件(溫度、拉伸載荷等)變化時，巨分子鏈的構(gòu)象除呈無規(guī)則線團鏈外，還可以呈伸展鏈、折疊鏈、螺旋鏈等構(gòu)象(圖9—5)、通常，高分子鏈?zhǔn)蔷砬?、具有柔性的，因而聚合物具有極好的彈性。假設(shè)主鏈不能內(nèi)旋轉(zhuǎn)，或構(gòu)造單體之間有強烈相互作用、氫鍵作用、極性基團的相互作用，則會影響分子鏈的柔性，形成剛性鏈。三、聚合物聚集態(tài)構(gòu)造——晶態(tài)、非晶態(tài)及取向聚合物的聚集態(tài)構(gòu)造包括晶態(tài)構(gòu)造、非晶態(tài)構(gòu)造及取向。前已述及．聚合物不能得到完全的晶體構(gòu)造，實際上是晶區(qū)與非晶區(qū)同時存在。聚合物的結(jié)晶程度用晶體所占總體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，稱為結(jié)晶度。聚合物的結(jié)晶度通常小于98%，其微小晶粒的尺寸通常在100埃米左右。高分子單晶為折疊鏈構(gòu)造〔圖9-6〕。分子鏈折疊排列整齊有序，致密度較高，分子間作壓力較大。非晶態(tài)構(gòu)造的高分子鏈多呈無規(guī)則線團形態(tài)，為分子鏈近程有序．其中局部可以存在高分子鏈折疊區(qū)。在外力作用下．聚合物的長鏈沿外力方向排列的形態(tài)稱為聚合物的取向。取向可促進聚合物的結(jié)晶，使沿鏈長方向排列的有序性增大，同時也使聚合物成為各向異性。歸納起來，高分子材料的構(gòu)造特征有：〔1〕聚合物長鏈的重復(fù)鏈節(jié)數(shù)目(聚合度)可以不—樣，因而聚合物中各個巨分子的相對分子質(zhì)量不一定一樣。聚合物實際上是一個復(fù)合物。其相對分子質(zhì)量只能用平均相對分產(chǎn)質(zhì)量表達；②聚合物長鏈可以有構(gòu)型、構(gòu)象的變化，加之可以是幾種單體的聚合．從而形成共聚、嵌段、接枝、交聯(lián)等構(gòu)造上的變化〔3〕分子之間可以有各種相互排列，如取向、結(jié)晶等。這些構(gòu)造上的多重性，以及聚合物分子鏈運動單元的多樣性，使聚合物顯示出各種特殊的性能。聚合物與低分子材料的特點(區(qū)別)見表9—1。與金屬材料相比，聚合物在外力或能量載荷作用下強烈地受溫度和載荷作用時間的影響、因此其力學(xué)性能變化幅度較大。聚合物的主要物理、力學(xué)性能特點有：(1)密度小聚合物是密度最小的工程材料。其密度一般在1.0-2.0gcm-3之間，僅為鋼的1／8—1/4、為工程陶瓷的1／2以下。重量輕、比強度大是聚合物的突出優(yōu)點。(2)高彈性高彈態(tài)的聚合物其彈性變形量可到達100-1000％，一般金屬材料只有0.1-1.0％。(3)彈性模量小聚合物的彈性模量約為0.4-4.0GPa．一般金屬材料為50-300GPa，因此聚合物的剛度差。(4)粘彈性明顯聚合物的高彈性對時間有強烈的依賴性，應(yīng)變落后于應(yīng)力，室溫下即會產(chǎn)生明顯的蠕變變形及應(yīng)力松弛。第二節(jié)線型非晶態(tài)聚合物的變形線型非晶態(tài)聚合物是指構(gòu)造上無交聯(lián)、聚集態(tài)無結(jié)晶的高分子材料。這類聚合物的力學(xué)行為隨溫度不同而變化，可處于玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)三種力學(xué)狀態(tài)(圖9-7)。三種狀態(tài)下聚合物的變形能力不同，彈性模量也不同。在外力和加速載荷恒定的情況下，聚合物在玻璃態(tài)時，變形量很?。辉诟邚棏B(tài)時聚合物的變形量最大，幾乎與溫度無關(guān)；在粘性態(tài)時，聚合物的變形量隨溫度的升高極具增加。同時，tg，tb，tf是非晶態(tài)聚合物的特征溫度。Tg是聚合物從玻璃態(tài)到高彈態(tài)轉(zhuǎn)化或相反轉(zhuǎn)化溫度，成為玻璃化溫度；tb是高聚物從軟玻璃態(tài)向硬玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化的溫度，溫度低于tb，聚合物變脆，因此，tb成為脆化溫度；tf是聚合物從高彈態(tài)向粘流態(tài)轉(zhuǎn)化的溫度，稱為粘流溫度。聚合物在tg溫度時，其力學(xué)行為有很大變化，所有研究聚合物的力學(xué)性能，要了解tg值。表9-2聚合物玻璃化溫度值。9—8為非晶態(tài)聚合物在不同溫度下的應(yīng)力應(yīng)變曲線，可見在不同力學(xué)狀態(tài)下的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系差異很大。一、非晶態(tài)聚合物在玻璃態(tài)下的變形通常，聚合物作為構(gòu)造材料使用時，處于玻璃態(tài)，其分子鏈或鏈段不能運動，分子被“凍結(jié)〞。硬玻璃態(tài)聚合物的室溫下的拉仲應(yīng)力—應(yīng)變曲線(圖9-8曲線a，溫度在tb以下)上只有彈性變形階段，伸長率很小，為普彈性變形。斷口與拉力方向垂直，彈性模量比其它狀態(tài)下的大，無彈性滯后。聚合物的普彈性變形是靠主鍵鍵長的微量和微小鍵角變化來實現(xiàn)的。軟玻璃態(tài)聚合物的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖9—8曲線b。第三節(jié)結(jié)晶聚合物的變形結(jié)晶態(tài)聚合物由于晶區(qū)內(nèi)的鏈段無法運動，因此結(jié)晶度高的聚合物不存在高彈性，但具有較高的強度和硬度，結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)狀態(tài)與相對分子質(zhì)量和溫度有關(guān)。由圖9-12可見，tb為非晶相玻璃化溫度，tm為晶體相熔點，tf為粘流溫度。當(dāng)t＜tg溫度時，聚合物為結(jié)晶態(tài)，其拉伸塑性很小，力學(xué)行為與非晶玻璃態(tài)聚合物相似。在tg＜t<tm溫度范圍內(nèi)，結(jié)晶態(tài)聚合物呈強韌性的皮革態(tài)。當(dāng)t＞tm時，晶體相熔化，聚合物全部有非晶區(qū)組成，轉(zhuǎn)化成為高彈性的橡膠態(tài)。但如相對分子量較低時，也可能轉(zhuǎn)化為粘流態(tài)。未取向的結(jié)晶聚合物，其變形過程是復(fù)雜的。受載時，結(jié)晶區(qū)先被破壞，隨后再重新組成新的微纖維束定向排列的構(gòu)造(圖9-13)、其拉伸應(yīng)力—應(yīng)變曲線示于圖9-14.屈服后，原有的構(gòu)造開場破壞，試樣上產(chǎn)生縮頸并沿長度方向不斷擴展。至曲線最低點時原有構(gòu)造完全被破壞。如果在縮頸開場后不迅速發(fā)生斷裂，則隨應(yīng)變增加，被破壞的晶體構(gòu)造重新組成方向性好，強度高的微纖維構(gòu)造。每個微纖維都有很高的強度，在加上微纖維間的來聯(lián)系分子進一步伸展。新構(gòu)造聚合物的抗變形能力增大，分子取向程度增大。由于應(yīng)變硬化，應(yīng)力—應(yīng)變曲線再度上升，直至到達斷裂應(yīng)力。在這樣的拉伸變形過程也是冷拉伸過程。拉伸試驗中，可觀察到試樣標(biāo)距局部顏色的變化，屈服后隨變形度增大分子取向程度增加。在變形最劇烈的區(qū)域試祥變白，光學(xué)透明性好。具有取向的聚合物呈各向異性。冷拉伸后的結(jié)晶態(tài)聚合物試樣，加熱到tm以上，試樣上殘留的變形也根本上全部恢復(fù)。結(jié)晶態(tài)聚合物和非晶態(tài)聚合物的冷拉伸溫度范圍是不同的，前者在tg-tm之間，后者在tb-tg之間，在冷拉伸過程中，兩類材料內(nèi)部構(gòu)造的變化也是不同。第四節(jié)聚合物的粘彈性聚合物材料除個別種類是線彈性體以外，大多數(shù)不能認(rèn)為是線彈性體。前已述及．聚合物的普彈性變形是依靠主鍵鍵長的微量伸縮和鍵角的微小變化來實現(xiàn)的，其余的變形是通道巨分子鏈構(gòu)象的變化實現(xiàn)的。改變分子鏈構(gòu)象需要時間，由此而產(chǎn)生的變形就與時間有關(guān)．表現(xiàn)為應(yīng)變落后于應(yīng)力。聚合物在外力作用下，彈性和鉆性兩種變形機理同時存在的力學(xué)行為稱為粘彈性。聚合物的粘彈性分靜態(tài)粘彈性和動態(tài)粘彈性兩類。一、靜態(tài)粘彈性一蠕變與應(yīng)力松弛當(dāng)應(yīng)力或應(yīng)變完全恒定，不是時間的函數(shù)時，聚合物所表現(xiàn)的粘彈性稱為靜態(tài)粘彈性。一般有兩種表現(xiàn)形式：蠕變與應(yīng)力松弛。大多數(shù)聚合物的tg和‘tm比室溫稍高，而粘彈性在tg溫度以上30度左右最容易顯現(xiàn)、所以在室溫下聚合物就已有明顯的蠕變與應(yīng)力松弛行為。金屬的蠕變變形，是通過位錯滑移形成亞晶，以及晶界滑動和空位擴散遷移實現(xiàn)的不可逆塑性變形，當(dāng)環(huán)境溫度超過0.3Tm(Tm為金屬熔點)時才較顯著。聚合物的蠕變變形是指在室溫下，承受力的長期作用時產(chǎn)生的不可回復(fù)的塑性變形。它是由于分子間粘性阻力使應(yīng)變和應(yīng)力不能瞬間到達平衡的結(jié)果。聚合物的蠕變變形除不可回復(fù)的粘性交形外，還包含普彈性變形和高彈性變形。在外力去除后，普彈性變形迅速回復(fù)、而高彈性變形則緩慢地局部回復(fù)，這是聚合物蠕變與金屬蠕變的明顯區(qū)別。聚合物的應(yīng)力松弛是指在恒溫下，快速施加外力，聚合物產(chǎn)生一定變形，維持應(yīng)變不變所需應(yīng)力隨時間延長逐漸降低的現(xiàn)象。實踐中，密封橡膠圈使用初期密封性較好，但隨著時間延長，密封效果減弱，甚至產(chǎn)生泄露。這就是應(yīng)力松弛的結(jié)果。聚合物的蠕變與應(yīng)力松弛，都是大分子在外力長時間作用下，逐漸發(fā)生了均象改變或位移變化的結(jié)果。其過程常用粘壺與彈黃聯(lián)接的組合模型來模擬(圖9—15)。在圖中，粘壺與彈簧串聯(lián)的模型(圖9-15a)是麥克斯韋爾模型。當(dāng)模型快速受拉力作用并迅及將兩端固定時，初始應(yīng)變內(nèi)彈簧產(chǎn)生，而粘壺由于粘性作用還來不及動作，于是兩元件間廣生了初始應(yīng)力，形成了初始應(yīng)變0。隨后粘壺被慢慢拉開，彈簧回縮，總應(yīng)力下降，直至完全消除。該模型模擬了線型聚合物的應(yīng)力松弛過程，但不能模擬交聯(lián)聚合物的應(yīng)力松弛。圖9-15b是粘壺與彈簧并聯(lián)的開爾文模型。當(dāng)施加一外力，并令其不變時，由于粘壺的粘滯作用，并聯(lián)的彈簧也不能立即擰開．只能隨著粘壺緩慢地被擰開．其應(yīng)變是隨時間逐漸開展的。這個模型根本上能模量擬交聯(lián)聚合物的蠕變過程。但不能模擬線型非晶態(tài)聚合物的蠕變行為。為了考察聚合物粘彈性的非線性特點，需要用幾個不同應(yīng)力水平的蠕變曲線(圖9—16a)，或幾個不同應(yīng)變水平的松弛曲線(圖9—16b)來進展研究。內(nèi)圖可見，應(yīng)力增大聚合物的蠕變也增大；而應(yīng)變增加松弛時間減少。蠕變模量和應(yīng)力松弛模量是表征聚合物粘彈性的力學(xué)性能指標(biāo)。蠕變模量是在給定溫度與時間下施加的應(yīng)力與蠕變應(yīng)變量之比，表示為Ec()；應(yīng)力松弛模量是在一定時間后，瞬時應(yīng)力與應(yīng)變之比，表示為Er()。在小應(yīng)變范圍內(nèi)，松弛模量通常為常數(shù)．但其值強烈地依賴于時間、Ec()和Er()的表達式如下：聚合物的抗蠕變能力對溫度很敏感．在某些情況下對濕度也敏感。溫度每變化—度(k)或相對濕度每變化1%，某些聚合物的蠕變模量能改變4％。溫度升高，應(yīng)力松弛速度加快；反之，溫度降低，松弛速度減慢。溫度低于玻璃化溫度tg，應(yīng)力松弛速度大大下降．甚至看不到應(yīng)力松弛現(xiàn)象。生產(chǎn)上對于塑料制品中存在的內(nèi)應(yīng)力，常利用“遲火〞方法使其松弛，以防止制品在貯存或使用中產(chǎn)生變形或開裂?！巴嘶皎暅囟雀哂趖g以上保溫一定時間。聚合物分子構(gòu)造對其抗蠕變和應(yīng)力松弛能力的影響是一樣的：但凡能增加分子間作用力和鏈段運動阻力的構(gòu)造因素，均能提高聚合物抗如變和應(yīng)力松弛能力。如主鏈剛性大；相對分戶質(zhì)量高，分子極性強，分子間作用力大，聚合物交聯(lián)等。聚四氟乙烯分子鏈雖然剛性大，但分子間作用力小、所以抗蠕變松弛能力弱。聚合物在工程上作為構(gòu)造材料使用時，要考慮其抗蠕變性。聚氨脂橡膠由于分子極性強，分于間作用力大，所以抗蠕變性能好，可以制造各種機械密封圖。其它如聚礬、聚苯醚、聚碳酸酪等也是抗蠕變性能很好的工程塑料．可用于制造機械零部件。而聚氯乙烯塑料電纜管或水管，由于材料抗蠕變性能差．在架空時會因蠕變而逐漸彎曲，須加保護支架，以防變形加大。二、動態(tài)粘彈性-滯后和內(nèi)耗聚合物材料所受應(yīng)力〔交變應(yīng)力)為時間的函數(shù)。且應(yīng)變隨時間的變化始終落后于應(yīng)力的變化，這一滯后效應(yīng)稱為動態(tài)粘彈性現(xiàn)象。聚合物的滯后現(xiàn)象與第—章中介紹的金屬滯彈性現(xiàn)象很相似．只是兩者本質(zhì)不同。由于存在滯后效應(yīng)，使聚合物在交變應(yīng)力作用下．當(dāng)上次應(yīng)變還未恢復(fù)時又施加了下次應(yīng)力，以致總有局部彈性能沒有釋放，而消耗于抑制分子間的內(nèi)摩擦上，即產(chǎn)升了內(nèi)耗。這種內(nèi)耗可以轉(zhuǎn)化為熱能，使聚合物溫度升高。由于聚合物是熱的不良導(dǎo)體，故溫升數(shù)值較大。加高速行駛的輪胎，因為內(nèi)耗可使溫度升高達80一100。c，致橡膠加速老化。因此，在此類服役條件下，為預(yù)防失效應(yīng)選用內(nèi)耗小的聚合物。但在工程上用聚合物制作減扳機件時．卻應(yīng)選用高內(nèi)耗的聚合物。第五節(jié)聚合物的強度與斷裂一、強度與硬度聚合物的抗拉強度與抗壓強度比金屬低得多．但其比強度較金屬的高。聚合物的抗拉強度一般為20-80MPa。表9-2為幾種聚合物的抗拉強度值。前已述及。聚合物具有一定強度，是由分子間范德瓦爾鍵、原于間共價鍵及我們曾經(jīng)提及的分子間氫鍵決定的。但聚合物的實際強度僅為其理論值的1／200。此與其構(gòu)造缺陷(如裂紋、雜質(zhì)、氣泡、空洞和外表劃痕等)和分子鏈斷裂不同時性有關(guān)。影響聚合物實際強度的因素仍然是共自身的構(gòu)造。主要的構(gòu)造因素有：1)高分子鏈極性大或形成氫鍵能顯著提高強度，如聚氯乙烯極性比聚乙烯大，所以前者強度高。尼龍有氫鍵，其強度又比聚氯乙烯高。2)主鏈剛性大，強度高，但是鏈剛性太大，會使材料變脆。3)分子鏈支化程度增加、因分子鏈間距增大，降低拉拉強度。4)分子間適度進展交聯(lián)，提高抗拉強度，如輻射交聯(lián)的PE比未交聯(lián)PE的抗拉強度提高一倍；但交聯(lián)過多，因影響分子鏈取向，反而降低強度等。聚合物硬度與金屬相比低得多。測試儀用專用洛氏硬度標(biāo)尺。圖9-4所示。硬度低的聚合物用R或L表示，硬度較高的用M或E表示。常用熱固性樹脂。如酚醛樹脂、熱固樹脂、環(huán)氧樹脂的洛氏硬度分別為120、115和100HRM。如聚甲基丙烯甲酯、低密度聚乙烯、聚苯乙烯和聚氯乙烯的閱讀分別為102、25、83和60HRM。二、銀紋與斷裂過程在拉應(yīng)力作用下，非晶態(tài)聚合物的某些薄弱地區(qū)，因應(yīng)力集中產(chǎn)生局部塑性變形，結(jié)果在其外表和內(nèi)部會出現(xiàn)閃亮的、細(xì)長形的“類裂紋〞，稱為銀紋(craze)。銀紋與裂紋(crack)不同：前者除其中有空洞外，還有稱為銀紋質(zhì)的聚合物；后考則不含聚合物。銀紋區(qū)仍有力學(xué)強度，但其密度較低，如聚苯乙烯的銀紋區(qū)密度僅為本體密度的40％。此外，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。銀紋主要在分非晶態(tài)聚合物中產(chǎn)生，但結(jié)晶態(tài)聚合物如聚乙烯、聚丙烯。聚甲醛、尼龍等也會產(chǎn)生銀紋，某些交聯(lián)的聚合物如交聯(lián)環(huán)氧樹脂。酚醛樹脂也有銀紋存在。銀紋是非晶態(tài)聚合物塑性變形的一種特殊形式，它實際上是垂直于外加主應(yīng)力的橢圓型空洞，用顯微鏡可以觀察到有取向的微纖維(高分子鏈?zhǔn)?充填其中(團9-17)，微纖維的取向平行于主應(yīng)力方向，這說明，銀紋質(zhì)就是已發(fā)生了取向的高分子鏈?zhǔn)?。同時說明，銀紋形成伴有高分子鏈沿受力方向局部成孔和成纖維的作用。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，銀紋中的微纖維外表積大，可吸收能量，對增加韌性也有作用。銀紋在非晶態(tài)聚合物的拉伸脆性斷裂中有重要作用。一般認(rèn)為，銀紋是生成非晶態(tài)聚合物斷裂的先兆。在外力作用下，銀紋質(zhì)因其內(nèi)部存在非均勻性而產(chǎn)生開裂并逐漸開展成微型紋。因此，在工程上非晶態(tài)聚合物的斷裂過程，包括外力作用下銀紋和非均勻區(qū)的形成、銀紋質(zhì)的斷裂、微型紋的形成、裂紋擴展和最后斷裂等幾個階段。與金屬材料相比，聚合物形成銀紋類似于金屬韌性斷裂前產(chǎn)生的微孔。第六節(jié)聚合物的疲勞強度聚合物的疲勞強度低于金屬。多數(shù)聚合物的疲勞強度約為其抗拉強度的0.2-0.3。但聚甲醛的疲勞強度與抗拉強度的比值比擬高，約為0.4-0.5。其拉壓疲勞強度到達35MPa。是熱塑性塑料中耐疲勞性能最好的。聚碳酸酯，聚砜等材料疲勞強度與抗拉強度的比值約為0.1-0.2.聚合物的疲勞強度隨分子質(zhì)量增大而提高隨結(jié)晶度增加而降低。聚合物及工程塑料的疲勞強度數(shù)據(jù)比擬少。圖9-19為幾種聚合物在室溫下的疲勞性能曲線，其疲勞極限值在7-40MPa范圍內(nèi)．某些聚合物(如環(huán)氧樹脂、尼龍)的身S—N疲勞曲線無水干局部，聚合物在拉伸和壓縮交變載荷作用下產(chǎn)牛的彈性滯后效應(yīng)將使聚合物受熱。不同的聚合物在疲勞載荷作用下，溫度升高的傾向差異很大。例如，聚苯乙烯在28HZ的頻率下，疲勞試驗發(fā)熱并不嚴(yán)重、而聚乙烯在此一樣頻率下試驗很快軟化而熔融。聚乙烯即使在2Hz循環(huán)下進展疲勞試驗．在通常的應(yīng)力水平下其溫度也將升高50C以上，因此．聚合物的疲勞破壞過程有兩種方式：：〔1〕因大范圍滯后能累加產(chǎn)生的熱量使其軟化，喪失承載能力，是為熱疲勞破壞(它與金屬熱疲勞破壞是有區(qū)別的)。粘性流動是熱疲勞破壞的主要原因；〔2〕在疲勞載荷作用下