聚合物的应力-应变曲线
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2.6～2.8
1.1 2.9 0.4
弯曲强度 （MPa） 25～40 61.2～98.4 25.3～94.9 91.4～119 42.2～56.2 70.3～112 100～110 100 89 91～92 98～106 108～127 ＞100
98～137
70～77 117 11～14
弯曲模量 （GPa） 1.1～1.4
玻璃态高聚物的塑性 与屈服：
小形变的情况 大形变的情况
❖ 8.1.1应力应变曲线
研究玻璃态高聚物大形变 常用应力-应变实验，判断 高聚物材料的强弱，硬软， 韧脆。
表征材料力学性能的基本物理量
简单拉伸
F
受
力
l0
方
式
F
简单剪切
F θ F
均匀压缩
参数
, , , , ,
受 外力F是与截面 外力F是与界面 材料受到的 力 垂直，大小相等，平行，大小相等，是围压力。 特 方向相反，作用 方向相反的两个 点 在同一直线上的 力。
两个力。
应变 应力
张应变： l l0
3.0
1.2～1.6
2.9～3.0 2.4～2.6 1.3 2.6 2.0～3.0 2.8 3.2
2.0～2.1
0.9
聚合物力学性质的特点
❖ 是已知材料中变性范围最宽的力学性质。即力学性质 的多样性。例如液体有软弹性、硬弹性、刚性、脆性、 韧性等。可以从纯粘性经粘弹性到纯弹性，为应用提 供了广阔的选择余地。
第八章 聚合物的 屈服和断裂
材料与化学工程系
内容提要
❖ 教学内容：聚合物的塑性与屈服，聚合物的应力-应
变曲线，细颈，银纹，屈服判据；聚合物的断裂与强 度，断裂理论，影响聚合物强度的因素与增强，聚合 物的增韧。
❖ 基本要求：识别非晶态聚合物、晶态聚合物和取向聚
合物的应力-应变曲线，掌握细颈和银纹的现象与理论 解释，掌握屈服判据，区分脆性断裂与韧性断裂，明 确聚合Fra Baidu bibliotek的强度概念，了解断裂理论，掌握影响聚合 物强度的因素及增强的手段，认识聚合物增韧的途径 与机理及影响因素。
比强度——单位重量材料能承受的最大负荷
几种金属材料和塑料(增强)的比强度
材料名称
高级合金钢 A3钢 铝合金 铸铁 聚乙烯 尼龙66 玻璃增强尼龙66 聚酯玻璃钢 环氧玻璃钢 玻璃增强聚碳酸酯 芳香聚酰胺纤维 聚酯纤维 超高分子量聚乙烯纤维 聚苯并噁唑(纤维)
比重
8.0 7.85 2.8 7.4 0.95 1.12 1.3～1.5 1.8 1.73 1.4 1.45 1.38 0.97 1.56
汞
0.50 橡胶类 0.49~0.5
0
几种常用的力学强度
❖ 拉伸强度 σt= P/bd （最大负荷/截面积)MPa 1 MPa = 9.8 kg/cm2 ≈ 10 kg/cm2
❖ 弯曲强度 σf = 1.5(Pl/bd) MPa
❖ 冲击强度 σi = W/bd Kgcm/cm2 注意!不同方法测量结果会有不同
86.5～89.5
42.3 80 14～25
伸长率 %
60～150 12～25 10～140 2～10 200～700 20～40 60 150 100～250 60～75 60～100 20～100 68
30～80
60～160 200 250～350
拉伸模量 （GPa） 0.84～0.95 2.8～3.5 0.7～2.9 3.2 1.2～1.4 2.5～4.2 3.2～3.3 2.6 1.6 2.8 2.2～2.4 2.5～2.9
❖ 例子： 1. PS制品很脆，一敲就碎（脆性） 2. 尼龙制品很坚韧，不易变形，也不易破碎（韧性） 3. 轻度交联的橡胶拉伸时，可伸长好几倍，力解除后基
本恢复原状（弹性） 4. 胶泥变形后，却完全保持新的形状（粘性） ❖ 力学性对温度和时间有强烈的信赖性。造成以上特点
的原因：归结为聚合物的长链分子结构。
❖高弹性——高聚物特有
显示高弹性的温度范围(Tg~Tf) 分子量 温度范围(Tg~Tf)增宽 (Tg~Tf)的范围决定了橡胶的使用温度范围
❖粘弹性——力学行为对温度和时间 有强烈的依赖关系
为高聚物独特的力学行为 σ（应力） ε（应变） 在研究高聚物力学行为 T（温度） 时必须同时考虑
t（时间）
❖比强度特高
❖ 重点难点：应力-应变曲线，细颈和银纹现象的理解，
屈服判据，聚合物的增强与增韧。
本章内容
❖ 8.1 聚合物的塑性和屈服
8.1.1应力应变曲线 8.1.2 聚合物的屈服
❖ 8.2 高聚物的断裂和强度
8.2.1 脆性断裂与韧性断裂 8.2.2 聚合物的强度 8.2.3 断裂理论 8.2.4 影响聚合物强度和韧性的因素------增强与增韧 8.2.5 疲劳
拉伸强度（MPa）
1280 400 420 240 30 83 98～218 290 500 120～130 2800 1100 3500 5800
比强度
160 50 160 32 31.6 74.1 143 160 280 92.9 ~1900 ~800 ~3400 ~3700
8.1 聚合物的塑性和屈服
量
纵向单位宽度的增加
拉伸柔量：
柔
D 1
量
E
切变J 柔1量： 可压缩1 度：
G
B
不同材料的泊松比
材料名称 泊松比 材料名称 泊松比
锌
0.21
玻璃
0.25
钢 0.25~0.3 石料 0.16~0.3
5
4
铜 0.31~0.3 聚苯乙系 0.33 4
铝 0.32~0.3 聚乙烯 0.38 6
铅
0.45 有机玻璃 0.33
l0
真应变：
l dl i l l0 i
切应变： r tg
是偏斜角
压缩应变： V V0
张应力： F
A0
真应力： F
A
切应力：
s
F A0
压力P
杨氏模量E： F A0 l l0
切变模量： 体积模量：
G＝s F B P PV0
r A0tg
V
弹 性
泊淞比m m：
l l
模
横向单向单位宽度的
常见塑料的拉伸和弯曲强度
塑料名称
聚乙烯 聚苯乙烯 ABS塑料 有机玻璃 聚丙烯 聚氯乙烯 尼龙66 尼龙6 尼龙1010 聚甲醛 聚碳酸酯 聚砜 聚酰亚胺
聚苯醚
氯化聚醚 线性聚酯 聚四氟乙烯
拉伸强度 （MPa） 22～39 35.2～63.3 16.9～63.3 49.2～77.3 33.7～42.2 35.2～63.3 83 74～78 52～55 62～68 67 72～85 94.5
1.1 2.9 0.4
弯曲强度 （MPa） 25～40 61.2～98.4 25.3～94.9 91.4～119 42.2～56.2 70.3～112 100～110 100 89 91～92 98～106 108～127 ＞100
98～137
70～77 117 11～14
弯曲模量 （GPa） 1.1～1.4
玻璃态高聚物的塑性 与屈服：
小形变的情况 大形变的情况
❖ 8.1.1应力应变曲线
研究玻璃态高聚物大形变 常用应力-应变实验，判断 高聚物材料的强弱，硬软， 韧脆。
表征材料力学性能的基本物理量
简单拉伸
F
受
力
l0
方
式
F
简单剪切
F θ F
均匀压缩
参数
, , , , ,
受 外力F是与截面 外力F是与界面 材料受到的 力 垂直，大小相等，平行，大小相等，是围压力。 特 方向相反，作用 方向相反的两个 点 在同一直线上的 力。
两个力。
应变 应力
张应变： l l0
3.0
1.2～1.6
2.9～3.0 2.4～2.6 1.3 2.6 2.0～3.0 2.8 3.2
2.0～2.1
0.9
聚合物力学性质的特点
❖ 是已知材料中变性范围最宽的力学性质。即力学性质 的多样性。例如液体有软弹性、硬弹性、刚性、脆性、 韧性等。可以从纯粘性经粘弹性到纯弹性，为应用提 供了广阔的选择余地。
第八章 聚合物的 屈服和断裂
材料与化学工程系
内容提要
❖ 教学内容：聚合物的塑性与屈服，聚合物的应力-应
变曲线，细颈，银纹，屈服判据；聚合物的断裂与强 度，断裂理论，影响聚合物强度的因素与增强，聚合 物的增韧。
❖ 基本要求：识别非晶态聚合物、晶态聚合物和取向聚
合物的应力-应变曲线，掌握细颈和银纹的现象与理论 解释，掌握屈服判据，区分脆性断裂与韧性断裂，明 确聚合Fra Baidu bibliotek的强度概念，了解断裂理论，掌握影响聚合 物强度的因素及增强的手段，认识聚合物增韧的途径 与机理及影响因素。
比强度——单位重量材料能承受的最大负荷
几种金属材料和塑料(增强)的比强度
材料名称
高级合金钢 A3钢 铝合金 铸铁 聚乙烯 尼龙66 玻璃增强尼龙66 聚酯玻璃钢 环氧玻璃钢 玻璃增强聚碳酸酯 芳香聚酰胺纤维 聚酯纤维 超高分子量聚乙烯纤维 聚苯并噁唑(纤维)
比重
8.0 7.85 2.8 7.4 0.95 1.12 1.3～1.5 1.8 1.73 1.4 1.45 1.38 0.97 1.56
汞
0.50 橡胶类 0.49~0.5
0
几种常用的力学强度
❖ 拉伸强度 σt= P/bd （最大负荷/截面积)MPa 1 MPa = 9.8 kg/cm2 ≈ 10 kg/cm2
❖ 弯曲强度 σf = 1.5(Pl/bd) MPa
❖ 冲击强度 σi = W/bd Kgcm/cm2 注意!不同方法测量结果会有不同
86.5～89.5
42.3 80 14～25
伸长率 %
60～150 12～25 10～140 2～10 200～700 20～40 60 150 100～250 60～75 60～100 20～100 68
30～80
60～160 200 250～350
拉伸模量 （GPa） 0.84～0.95 2.8～3.5 0.7～2.9 3.2 1.2～1.4 2.5～4.2 3.2～3.3 2.6 1.6 2.8 2.2～2.4 2.5～2.9
❖ 例子： 1. PS制品很脆，一敲就碎（脆性） 2. 尼龙制品很坚韧，不易变形，也不易破碎（韧性） 3. 轻度交联的橡胶拉伸时，可伸长好几倍，力解除后基
本恢复原状（弹性） 4. 胶泥变形后，却完全保持新的形状（粘性） ❖ 力学性对温度和时间有强烈的信赖性。造成以上特点
的原因：归结为聚合物的长链分子结构。
❖高弹性——高聚物特有
显示高弹性的温度范围(Tg~Tf) 分子量 温度范围(Tg~Tf)增宽 (Tg~Tf)的范围决定了橡胶的使用温度范围
❖粘弹性——力学行为对温度和时间 有强烈的依赖关系
为高聚物独特的力学行为 σ（应力） ε（应变） 在研究高聚物力学行为 T（温度） 时必须同时考虑
t（时间）
❖比强度特高
❖ 重点难点：应力-应变曲线，细颈和银纹现象的理解，
屈服判据，聚合物的增强与增韧。
本章内容
❖ 8.1 聚合物的塑性和屈服
8.1.1应力应变曲线 8.1.2 聚合物的屈服
❖ 8.2 高聚物的断裂和强度
8.2.1 脆性断裂与韧性断裂 8.2.2 聚合物的强度 8.2.3 断裂理论 8.2.4 影响聚合物强度和韧性的因素------增强与增韧 8.2.5 疲劳
拉伸强度（MPa）
1280 400 420 240 30 83 98～218 290 500 120～130 2800 1100 3500 5800
比强度
160 50 160 32 31.6 74.1 143 160 280 92.9 ~1900 ~800 ~3400 ~3700
8.1 聚合物的塑性和屈服
量
纵向单位宽度的增加
拉伸柔量：
柔
D 1
量
E
切变J 柔1量： 可压缩1 度：
G
B
不同材料的泊松比
材料名称 泊松比 材料名称 泊松比
锌
0.21
玻璃
0.25
钢 0.25~0.3 石料 0.16~0.3
5
4
铜 0.31~0.3 聚苯乙系 0.33 4
铝 0.32~0.3 聚乙烯 0.38 6
铅
0.45 有机玻璃 0.33
l0
真应变：
l dl i l l0 i
切应变： r tg
是偏斜角
压缩应变： V V0
张应力： F
A0
真应力： F
A
切应力：
s
F A0
压力P
杨氏模量E： F A0 l l0
切变模量： 体积模量：
G＝s F B P PV0
r A0tg
V
弹 性
泊淞比m m：
l l
模
横向单向单位宽度的
常见塑料的拉伸和弯曲强度
塑料名称
聚乙烯 聚苯乙烯 ABS塑料 有机玻璃 聚丙烯 聚氯乙烯 尼龙66 尼龙6 尼龙1010 聚甲醛 聚碳酸酯 聚砜 聚酰亚胺
聚苯醚
氯化聚醚 线性聚酯 聚四氟乙烯
拉伸强度 （MPa） 22～39 35.2～63.3 16.9～63.3 49.2～77.3 33.7～42.2 35.2～63.3 83 74～78 52～55 62～68 67 72～85 94.5