第八章聚合物的屈服和断裂

第八章聚合物的屈服和断裂一、基本概念1、韧性破坏；脆性破坏；脆化温度2、强迫高弹形变；冷流；细颈3、银纹；屈服；银纹屈服；剪切屈服4、拉伸强度；抗弯强度；弯曲模量；冲击强度；硬度5、应变诱发塑料─橡胶转变6、应变软化现象；应变变硬化现象7、银纹；裂缝；应力集中二、选择题1、下列高聚物中，拉伸强度最高的是( )A,低密度聚乙烯B,聚苯醚C,聚甲醛2、非晶态聚合物作为塑料使用的最佳温度区间为( )A,Tb---Tg B,Tg---Tf C,Tg以下3、甲乙两种聚合物材料的应力---应变曲线如图所示, 其力学性能类型和聚合物实例分别为( )A,甲聚合物:硬而强,硬聚氯乙稀;乙聚合物:软而韧,聚异戊二稀B,甲聚合物:硬而脆,聚甲基丙稀酸甲酯;乙聚合物:软而弱,聚丁二稀C,甲聚合物:硬而强,固化酚醛树酯;乙聚合物:软而韧 ,聚合物凝胶D,甲聚合物:硬而脆,硬聚氯乙稀;乙聚合物:软而弱,聚酰胺4、韧性聚合物单轴拉伸至屈服点时，可看到剪切带现象，下列说法错误的是（）。

A、与拉伸方向平行B、有明显的双折射现象C、分子链高度取向D、每个剪切带又由若干个细小的不规则微纤构成5、拉伸实验中，应力－应变曲线初始部分的斜率和曲线下的面积分别反映材料的（）。

A、拉伸强度、断裂伸长率B、杨氏模量、断裂能C、屈服强度、屈服应力D、冲击强度、冲击能6、在聚甲基丙烯酸甲酯的拉伸试验中，温度升高则（）。

Ａ、σB升高、εB降低，B、σB降低、εB升高，C、σB升高、εB升高，Ｄ、σB降低、εB降低，7、聚苯乙烯在张应力作用下，可产生大量银纹，下列说法错误的是（）。

A、银纹是高度取向的高分子微纤构成。

B、银纹处密度为0，与本体密度不同。

C、银纹具有应力发白现象。

D、银纹具有强度，与裂纹不同。

8、杨氏模量、冲击强度、应变、切变速率的量纲分别是（）。

A、N/m2, J/m2, 无量纲, S-1，B、N, J/m, 无量纲, 无量纲C、N/m2, J, 无量纲, 无量纲D、N/m2, J, m, S-19、可较好解释高抗冲聚苯乙烯（HIPS）增韧原因的为（）。

A、刚性粒子增韧B、三轴应力空化机理C、银纹剪切带机理D、纤维增韧机理10、提高高分子材料的拉伸强度有效途径为（）。

A、提高拉伸速度，B、取向，C、增塑，D、加入碳酸钙11、在高分子材料的拉伸试验中，提高拉伸速率时，则（）。

Ａ、σB升高、εB降低，B、σB降低、εB升高，C、σB升高、εB升高，Ｄ、σB降低、εB降低三、判断正误题（在括号内写出判断的正确或错误）1、在σ-ε曲线试验中，在相同温度下，随着拉伸速度的增加，大多数聚合物的杨氏模量、屈服应力及断裂强度均增大。

（）2、在σ-ε曲线测试中，在同样拉伸速度下，随着温度的增加，大多数聚合物的杨氏模量、屈服应力及断裂强度均下降（）3、高聚物产生屈服是由银纺纹引起的（）4、冷拉和强迫高弹性的运动单元都是链锻（）5、只有在脆化温度以下才会出现脆性断裂（）6、银纹的产生有利于提高材料的拉伸强度的冲击强度（）7、在Tg以下高分子材料的链段和整链都不会运动（）8、理论强度是一个不可实现的值（）9、交联后材料的强度一定会提高（）10、线型聚乙烯的强度比支化聚乙烯的强度高、韧性好（）11、分子间作用力大的材料强度高（）12、交联可使高聚物的强度提高、韧性减小（）四、填空题1、适当温度区间，聚合物都会出现冷拉现象，其中非晶态聚合物的冷拉温度区间为（）。

2、材料的强弱用物理量（）来衡量；韧脆用物理量（）来衡量，硬软用物理量（）来衡量。

3、由应力—应变曲线可知，材料破坏有两种方式，即（）和（）。

4、橡胶增韧塑料可用机理解释，如ABS塑料；而纳米GaCO3增韧塑料为增韧机理解释。

5、聚合物在拉伸试验中，初始阶段的应力与应变的比值叫；应力－应变曲线下的面积称作，反映材料的拉伸断裂韧性大小。

五、简答题1、玻璃态高聚物可以产生强迫高弹性的机理为何2、在何种情况下高聚物呈脆性3、从高分子链结构的角度有何原则能降低脆点4、试讨论以下三种不同类型聚合物的应力－－应变曲线的差别和特征（１）低Tg的非晶态聚合物（２）高Tg的结晶聚合物（３）低硫化度的橡胶5、同样材料，长度相等的两根试样，一根截面积为正方形，边长为D另一根截面积为圆形，直径为D如果都被两端支起，中间加荷W问哪根弯曲得历害些，其挠度比是多少？6、材料的软硬，强弱和脆韧在材料力学上用什么参数来描述。

7、与金属和陶瓷材料相比聚合物材料具有哪些新特点。

8、高分子材料理论强度与实际强度相差很大，请分析一下原因9、无论粉状填料或纤维状填料，在使用都需表面活化，为什么？10、高抗冲聚苯烯与普通的聚苯乙烯相比有什么新特点？11、提高拉伸速率，高聚物的屈服应力和拉伸强度都相应提高，为什么?12、何谓高弹形变和强迫高弹形变? 有何异同？13、如何用物理方法提高聚苯乙烯的抗冲击强度，具体说明并用应力-－应变曲线说明之14、晶态，非晶态高聚物的冷拉曲线有何不同？15、在下题中的括号内标上合适的数码应力－应变曲线a.HIPSb.PS ( )( )ε(%)图5-1 应力--应变曲线16、简述高聚物增韧的几种途径和机理，并以抗冲击聚苯乙烯为例加以讨论。

17、图为室温下三种类型高聚物的应力－－应变曲线，试分别按曲线的序号回答下列问题(1)说明其力学性质的特点(2)举出1-2个有代表性的高聚物ABC图5-2 应力--应变曲线18、试说明高聚物的实际抗张强度远低于其理论的抗张强度的原因，并以聚乙烯为例，指出提高聚乙烯抗张强度的办法。

19、提高拉伸速率，高聚物的屈服应力和拉伸程度都相应提高20、有三种材料的应力-应变曲线如图所示。

A 、 哪种材料的弹性模量最高？B 、 哪种材料的伸长率最大？C 、 哪种材料的韧性最高？D 、 哪种材料的在断裂前没有明显的塑性变形？判断顺E 、 丁橡胶、尼龙6、酚醛塑料分别对应1、分别示意绘出无规聚甲基丙烯酸甲酯、全同强迫高弹性料─橡胶转变,指出其异同点。

哪种材料的曲线？2立构聚苯乙烯和交联聚乙烯的温度-形变曲线。

并且在图形上标出特征温度，同时写出对应的物理含义。

22、试从聚合物结构分析（１）非晶态聚合物有 （２）结晶聚合物的冷拉（３）共聚物的应变诱发塑23、指出改善高分子材料的下列力学性能的主要途径（１）提高结构材料的抗蠕变性能（２）减少橡胶材料的滞后损失（３）提高材料的抗张强度（４）提高材料的抗冲击强度5、下图为四种不同高分子材料拉伸时的应力─应变曲线，试分析这四种聚合物力学性能的特征，结构特点 四种高分子材料的应力--线，结合聚合物的结构特点讨论各曲线所 bε9、下图为某种高聚物在不同温度下测聚物可能是什么？例子 、论述题速率，高聚物的屈服应力和拉伸程度都相应提高度下的拉伸应力-应变曲线应力应变曲线的起始斜率是2.0MPa ，要把体积4.0cm 3的这种橡胶缓慢可逆地拉伸到其原来和使用范围。

图8-3 应变曲线8、图中a b c d 是四种高聚物在相同测试条件下所得应力--应变曲表示的意义，并以b 为例说明通过该实验可得到哪些数据。

σd ca图8-4 应力--应变曲线得的应力－-应变曲线，请回答： (1)四条曲线的测定温度范围， (2)每条曲线的特征， (3)这种高 (4)如果四条曲线是不同聚合物在常温下测得的结果，这种聚合物可能是什么？分别举一个 σ bacd图5-5 应力--应变曲线 ε六1、提高拉伸2、试述典型纤维材料的应力-应变曲线特征3、画图并简单解释，同一种高聚物在不同温4、从分子运动理论分析非晶态高聚物典型的应力-应变曲线5、高聚物的理论强度与实际强度相差巨大，试分析其原因。

6、HIPS 的冲击强度较PS 提高很多，试从理论上分析其原因。

七、计算题：1、理想橡胶的长度的两倍，需要做多少焦耳的功？]3[221−+=λNkT W 依据： 2λ ；当ε很小时，E ＝3N 1kT 2、根据下列测定数据，计算PE 的理论强度（kg/cm ）并与实测强600kg/cm 2比较（１）红外光谱测得C 之间试样的有效尺寸长4in 宽1in 厚0.1in,若试样的杨氏模量为3.5×1010dyn.cm -2料，在形变前后体积近似不变时，其泊松比为=1/2并指出各种模量的硫化橡胶试样，其长度为15cm ，截面积0.02cm 2 ，于25℃拉伸至断裂，已知断裂负荷为44.4N ，(已知R ＝8.314J/K.mol) 2度－C 键和色散力的自然振动频率(以波数表示）分别为990cm -1和80 cm -1；（２）Ｘ一射线分析测得其晶胞大小为 a=0.740nm ，b=0.254nm ，c=0.493nm ，等同周期为b=0.254nm ， 每个晶胞包含２个PE 链。

(注)拉开每个键所需之键力(σ键=4.8×10-9mW （达因/键）,W 为自然振动频率（波数），m 为折合质量，对PE 折合质量以CH 2计，另1克=980达因 。

3、在一次拉伸试验中，试件夹问加负荷100N 该试件应伸长多少？4、试证明当形变较小而各向同性的材极限值。

5、现有一断裂时试样长度为起始长度的５倍，计算该试样：(1)断裂时的工程(或习用)应力， (2)断裂功。