高分子物理第八章
合集下载
高分子物理第八章
材料特性有关的真正屈服点（ 特性屈服点）；B点只是表观屈 服点。 Considère作图法：
在真～ 曲线上，从横坐标轴上 = –
1处向曲线作切线，切点就是B点。 2021/10/28
，
真应力-应变曲线
工程应力-应变曲线
20
8.1 聚合物的塑性和屈服
∵ 在 ∼ 曲线上，Y点满足 d
0
d
真(1)
d d
2021/10/28
39
8.2.1 脆性断裂和韧性断裂
• 断裂应力受温度和应变速率影响不大，屈服应力受温度和应变速 率影响很大。
• 温度↑——屈服应力↓，应变速率↑——屈服应力↑ 。 • 脆韧转变将随应变速率增加而移向高温，即在低应变速率时是韧
性的材料，高应变速率时将会发生脆性断裂。
脆化温度，脆化点
• 因测量和计算方法的差异，硬度可分为布氏、洛氏和邵
氏等几种。
2021/10/28
44
8.2.2 影响因素
• 内因（结构因素）与外因（温度和拉伸速率） 高分子材料的强度上限取决于主链化学键力和分子链间的作用力 。
1 [(1 )d真
(1 )2
d
真 ] 0
d真 真 真 d 1
(真～ 曲线对应B点位置的斜率)
从点（-1, 0）到点（ , 真）的直线斜率：
真0 ( 1)
真
1
（正是真～ 曲线上B点的斜率）
• 用Considère作图法判断能形成稳定细颈的高聚物：
从 = 0处向真～ 曲线可作两条切线。
2021/10/28
张应力
拉伸强度 拉伸模量
强度指物质抵 抗破坏的能力
弯曲力矩 压应力
抗弯强度 弯曲模量
压缩强度
在真～ 曲线上，从横坐标轴上 = –
1处向曲线作切线，切点就是B点。 2021/10/28
，
真应力-应变曲线
工程应力-应变曲线
20
8.1 聚合物的塑性和屈服
∵ 在 ∼ 曲线上，Y点满足 d
0
d
真(1)
d d
2021/10/28
39
8.2.1 脆性断裂和韧性断裂
• 断裂应力受温度和应变速率影响不大，屈服应力受温度和应变速 率影响很大。
• 温度↑——屈服应力↓，应变速率↑——屈服应力↑ 。 • 脆韧转变将随应变速率增加而移向高温，即在低应变速率时是韧
性的材料，高应变速率时将会发生脆性断裂。
脆化温度，脆化点
• 因测量和计算方法的差异，硬度可分为布氏、洛氏和邵
氏等几种。
2021/10/28
44
8.2.2 影响因素
• 内因（结构因素）与外因（温度和拉伸速率） 高分子材料的强度上限取决于主链化学键力和分子链间的作用力 。
1 [(1 )d真
(1 )2
d
真 ] 0
d真 真 真 d 1
(真～ 曲线对应B点位置的斜率)
从点（-1, 0）到点（ , 真）的直线斜率：
真0 ( 1)
真
1
（正是真～ 曲线上B点的斜率）
• 用Considère作图法判断能形成稳定细颈的高聚物：
从 = 0处向真～ 曲线可作两条切线。
2021/10/28
张应力
拉伸强度 拉伸模量
强度指物质抵 抗破坏的能力
弯曲力矩 压应力
抗弯强度 弯曲模量
压缩强度
高分子物理：19第8章4~第9章-1~2
知识回顾：
第8章 8.2
8.2.3 8.2.4
8.3
高聚物的屈服与断裂 屈服与冷拉
剪切带与银纹 高聚物大形变的热效应
断裂与强度 断裂概念与模式
断裂过程与断口形貌 理论强度与实际强度 Griffith 脆性断裂理论 断裂的分子理论 冲击强度
本讲内容：
第8章 8.4
第9章 9.1
高聚物的屈服与断裂 影响高聚物刚度、强度与韧性 的因素 聚合物熔体的流变性 高聚物熔体的非牛顿性
--
0.62 0.55 0.47
---
B. 高聚物熔体切力变稀的原因
η0
lgη a
缠结
η∞ lgγ&
解缠结
3) 高聚物熔体在圆管中流动时，速度分布往往呈柱塞分
布，切变速率集中于管壁，还常有管壁滑移，即 vR ≠ 0
横剖面正交偏光显微照片
9.1 高聚物熔体的非牛顿性
9.1.1 牛顿流体与非牛顿流体
(Newtonian and Non-Newtonian fluids)
1) 牛顿流体
σ切
σ 切 = ηγ&
η
=
σ切 γ&
(单位：Pa ⋅ s)
牛顿流体在圆管中流动的几个参数
A. 流速分布
( ) vr
= ΔP
4ηL
R2 − r2
B. 切变速率分布
第一极牛顿限区粘度
lgη∞
0
lg γ&
σ 切 = kγ& n = ηaγ&
lgσ 切 = lg k + n lg γ& (2) lgσ 切 = lgηa + lg γ& (3)
lgσ 切
零切变速率粘度
第8章 8.2
8.2.3 8.2.4
8.3
高聚物的屈服与断裂 屈服与冷拉
剪切带与银纹 高聚物大形变的热效应
断裂与强度 断裂概念与模式
断裂过程与断口形貌 理论强度与实际强度 Griffith 脆性断裂理论 断裂的分子理论 冲击强度
本讲内容：
第8章 8.4
第9章 9.1
高聚物的屈服与断裂 影响高聚物刚度、强度与韧性 的因素 聚合物熔体的流变性 高聚物熔体的非牛顿性
--
0.62 0.55 0.47
---
B. 高聚物熔体切力变稀的原因
η0
lgη a
缠结
η∞ lgγ&
解缠结
3) 高聚物熔体在圆管中流动时，速度分布往往呈柱塞分
布，切变速率集中于管壁，还常有管壁滑移，即 vR ≠ 0
横剖面正交偏光显微照片
9.1 高聚物熔体的非牛顿性
9.1.1 牛顿流体与非牛顿流体
(Newtonian and Non-Newtonian fluids)
1) 牛顿流体
σ切
σ 切 = ηγ&
η
=
σ切 γ&
(单位：Pa ⋅ s)
牛顿流体在圆管中流动的几个参数
A. 流速分布
( ) vr
= ΔP
4ηL
R2 − r2
B. 切变速率分布
第一极牛顿限区粘度
lgη∞
0
lg γ&
σ 切 = kγ& n = ηaγ&
lgσ 切 = lg k + n lg γ& (2) lgσ 切 = lgηa + lg γ& (3)
lgσ 切
零切变速率粘度
高分子物理第8章
二、 粘弹性的数学描述
（三）广义力学模型与松弛时间分布
2. 松弛时间谱 考察公式： E(t)﹦∫E(η)exp(-t/η)dη 若把松弛时间τ为的运动模式对体系的模量的贡献看做为exp(-t/τ)， 则E(τ)就意味着松弛时间为τ的运动模式的多少，与不同的松弛时间对 应，有一系列满足某种分布的连续或分立的E(τ)，称之为松弛时间谱。 定义： 则： H(η) ﹦ η E(η)
ζ(t)﹦E1ε0 sinωt﹢E2ε0 sin(ωt﹢π/2)
储能模量
耗能模量
一、 粘弹性现象
（三） 粘弹性参数
复模量
E*﹦E1＋iE2
ε(t)﹦ε0 exp(iωt) ζ(t)﹦ζ0 exp i(ωt﹢δ)
E* ﹦ζ(t)/ε(t)
﹦ (ζ0/ε0) exp(iδ) ﹦(ζ0/ε0) cosδ﹢i(ζ0/ε0) sinδ 复柔量 D*﹦D1－iD2 E* D* ﹦1
四元件模型
天然橡胶
蠕变与蠕变回复曲线理论与实验比较
二、 粘弹性的数学描述
（三）广义力学模型与松弛时间分布
1. 广义模型
第 i 个单元的运动方程：
dε/dt﹦(1/Ei)dζi/dt﹢ζi/ηi
应力松弛
ζi(t)﹦ζi(0)exp(-t/ηi)
n 个单元的总应力：
ζ(t)﹦∑ζi(t) ﹦∑ζi(0)exp(-t/ηi) E(t) ﹦ζ(t)/ε0﹦∑ Ei exp(-t/ηi) E(t) ﹦∫E(η) exp(-t/η)dη 广义Maxwell模型
表示在复平面上的复模量
E* ﹦ε(t)/ ζ(t) ﹦ (ε0 / ζ0) exp(-iδ) ﹦(ε 0/ ζ 0) cosδ－i(ε 0/ ζ 0) sinδ
高分子物理第八章
dU =TdS-PdV+fdl
dG=VdP-SdT+fdl
dG=VdP-SdT+fdl
(1) 恒温恒压， i.e. T, P不变，dT = dP =0 G dG fdl , f l T , P
(2) 恒压恒长， i.e. P, l不变, dP = dl =0
G dG SdT , S T P,l
应力 Stress
f 1 1 NkT ( 2 ) A0 A0 l0
橡胶状态方程1
N1kT (
1
) 2
N1=N/(A0l0)
单位体积内的网链数
橡胶状态方程 2
N1 Mc NA
NA: Avogadro’s number
M c - 交联点间链的平均分子量
Silicone putty test 粘弹性材料测试
Whether the silicone putty behaves viscous or elastic depends on the time
short long
材料的粘、弹基本概念
材料对外界作用力 的不同响应情况 恒定力或形变-静态 变化力或形变-动态
fdl
f
f
dU – 体系内能Internal energy变化 δQ – 体系吸收的热量 膨胀功 PdV 拉伸功
δW = PdV - fdl
假设过程可逆
热力学第二定律
δQ=TdS
dU =TdS - PdV+fdl
橡胶在等温拉伸中体积不变， 即 dV=0
dU = TdS + fdl
U S 对l求偏导 =T + f l T,V l T,V
dG=VdP-SdT+fdl
dG=VdP-SdT+fdl
(1) 恒温恒压， i.e. T, P不变，dT = dP =0 G dG fdl , f l T , P
(2) 恒压恒长， i.e. P, l不变, dP = dl =0
G dG SdT , S T P,l
应力 Stress
f 1 1 NkT ( 2 ) A0 A0 l0
橡胶状态方程1
N1kT (
1
) 2
N1=N/(A0l0)
单位体积内的网链数
橡胶状态方程 2
N1 Mc NA
NA: Avogadro’s number
M c - 交联点间链的平均分子量
Silicone putty test 粘弹性材料测试
Whether the silicone putty behaves viscous or elastic depends on the time
short long
材料的粘、弹基本概念
材料对外界作用力 的不同响应情况 恒定力或形变-静态 变化力或形变-动态
fdl
f
f
dU – 体系内能Internal energy变化 δQ – 体系吸收的热量 膨胀功 PdV 拉伸功
δW = PdV - fdl
假设过程可逆
热力学第二定律
δQ=TdS
dU =TdS - PdV+fdl
橡胶在等温拉伸中体积不变， 即 dV=0
dU = TdS + fdl
U S 对l求偏导 =T + f l T,V l T,V
14高分子物理课件第八章 高弹性
取确定温度下 不同伸长率时 的f、fs和fu值， 对ε作图 可以看到熵和 内能对张力的 贡献
橡胶状态方程-仿射网络模型
理想气体状态方程：PV=nRT
虎克弹性体状态方程：σ = Eε
橡胶弹性体状态方程：σ = XXXε
一、仿射网络模型
1 2 每个交联点由四根有效链组成，交联点无规分布。 每个交联点由四根有效链组成，交联点无规分布。 两交联点间的链为Gaussian链，末端距符合高斯分 链 两交联点间的链为 布。 由这些高斯链组成的各向同性的交联网的构象总数 是各个单独网链的构象数的乘积。 是各个单独网链的构象数的乘积。 交联网中的交联点在形变前和形变后都是固定在其 平均位置上的， 平均位置上的，形变时这些交联点按与橡胶试样的 宏观变形相同的比例移动，也就是形变为仿射形变。 宏观变形相同的比例移动，也就是形变为仿射形变。 形变时， 形变时，材料的体积恒定
既然拉伸时熵减小， 为负值，所以 dQ = TdS 也 dS 应该是负值，说明了拉伸过程中为什么放出热量。 拉伸 dl>0, dS<0, 回缩 dl<0, dS>0, δQ<0 δQ>0 拉伸放热 回缩吸热
由于理想高弹体拉伸时只引起熵变， 由于理想高弹体拉伸时只引起熵变，或者说只有熵的变化 对理想高弹体的弹性有贡献，也称这种弹性为熵弹性 熵弹性。 对理想高弹体的弹性有贡献，也称这种弹性为熵弹性。
橡胶示例
H C＝C CH2 CH2
~75%
H － － H C－C － －
n
H H
丁苯橡胶
橡胶示例
H C＝C CH2
H
Cl C＝C
CH2 H
CH2
n
CH2
n
顺丁橡胶
高分子物理-第八章[详版课资]
![高分子物理-第八章[详版课资]](https://img.taocdn.com/s3/m/dac03cd484868762cbaed513.png)
课堂优质
21
第二段：曲线上表现出应力 不变，而应变不断增加。但 应变值与聚合物品种有关。 例如：PE（LDPE，HDPE）、 PET、尼 龙可达500％，而 LLDPE可高达1000％。这种 大形变，当拉力去处后，只 要加热到接近熔点的温度， 同样是可以部分恢复原状的。
有关结晶聚合物的拉伸成颈 问题，近来人们研究的结果 主要归结于球晶中片晶变形 的结果
课堂优质
11
材料在屈服后出现了较大的应变，如果在试样 断裂前停止拉伸，除去外力试样的大形变已无 法 则完可全发回现复，形，变但又是回如复果了试。样显的然温，度升这在到本Tg附质近上， 是高弹形变，而不是粘流形变。因此，屈服点 以后材料的大形变分子运动机理主要是高分子 的链段运动，即在大外力的帮助下，玻璃态高 聚物本来被冻结的链段开始运动，高分子链的 伸展提供了材料的大形变。
特点：E高，σt 高，εt ≈ 5％ σ－ ε曲线中面积中 高分子量PS，PMMA，RPVC
课堂优质
28
E高，σt 高，εt ≈ 100％ σ－ ε曲线中面积大 如尼龙，PC，POM
E低，σt 中，εt ≈ 20～1000％ σ－ ε曲线中面积大 如硫化rubber，软PVC
课堂优质
29
E低，σt 低，εt 中 σ－ ε曲线中面积中
韧性断裂：表面粗糙，有凹凸不平的丝状 物。如PC等。
课堂优质
43
8.2.2 聚合物的强度
1）聚合物强度的概念 聚合物机械强度是指在外力作用下，其抵抗形 变及破坏的能力，外力作用的形式不同，衡量 强度的指标也不一样，有拉伸强度、压缩强度、 弯曲强度、剪切强度、冲击强度等。这里主要 介绍拉伸强度和弯曲强度。至于冲击强度在本 章第三节中介绍。
高分子物理(第三版)第八章--高分子的高弹性和黏弹性
14
补充材料：
The definition of rubber
定义：施加外力时发生大的形变，外力除去后可以恢 复的弹性材料。
高分子材料力学性能 的最大特点
高弹性
粘弹性
15
橡胶：
补充材料：
世界上通用的橡胶的定义引自美国的国家标准ASTM-D1566 (America Society of Test and Material)。
丙烯腈
31
－－ －－
－－ －－ －－ －－
橡胶示例
HH CC HH
乙烯
<50%
HH CC CH3 H
丙烯
>50%
乙丙橡胶
32
橡胶示例
CH3 CH3－Si
CH3
CH3 O－Si
CH3
CH3 O-Si－CH3 n CH3
硅橡胶
33
物理交联， 玻璃区或晶 区作为交联 点
Polystyrene Polybutadiene Polystyrene 34
7
8. 高分子的高弹性和黏弹性
8.1 高分子的高弹性及热力学分析 前言：
线型大分于链交联成无限交联网络的示意图
非晶态聚合物在玻璃化温度以上时处于高弹态。
高弹态的高分子链段有足够的自由体积可以活动，当它们受到外力后，
柔性高分子链可以伸展或蜷曲，能产生很大变形，甚至超过百分之几
百。
8
如果将高弹态的聚合物进行化学交联，形成交联网络，它的特点 是受外力后能产生很大的变形，但不导致高分子链之间产生滑移，因 此外力除去后形变会完全回复，这种大形变的可逆性称为高弹性。
5
Dashpot---粘壶 Kinetic equation---运动方程 Creep Analysis---蠕变分析 Boltzmann’s superpositon---波尔兹曼叠加原理 shift factor ---移动因子 Dynamic viscoelasticity---动态粘弹性 Torsional Pendulum---扭摆法 Dynamic mechanical analysis---动态机械分析，DMA
补充材料：
The definition of rubber
定义：施加外力时发生大的形变，外力除去后可以恢 复的弹性材料。
高分子材料力学性能 的最大特点
高弹性
粘弹性
15
橡胶：
补充材料：
世界上通用的橡胶的定义引自美国的国家标准ASTM-D1566 (America Society of Test and Material)。
丙烯腈
31
－－ －－
－－ －－ －－ －－
橡胶示例
HH CC HH
乙烯
<50%
HH CC CH3 H
丙烯
>50%
乙丙橡胶
32
橡胶示例
CH3 CH3－Si
CH3
CH3 O－Si
CH3
CH3 O-Si－CH3 n CH3
硅橡胶
33
物理交联， 玻璃区或晶 区作为交联 点
Polystyrene Polybutadiene Polystyrene 34
7
8. 高分子的高弹性和黏弹性
8.1 高分子的高弹性及热力学分析 前言：
线型大分于链交联成无限交联网络的示意图
非晶态聚合物在玻璃化温度以上时处于高弹态。
高弹态的高分子链段有足够的自由体积可以活动，当它们受到外力后，
柔性高分子链可以伸展或蜷曲，能产生很大变形，甚至超过百分之几
百。
8
如果将高弹态的聚合物进行化学交联，形成交联网络，它的特点 是受外力后能产生很大的变形，但不导致高分子链之间产生滑移，因 此外力除去后形变会完全回复，这种大形变的可逆性称为高弹性。
5
Dashpot---粘壶 Kinetic equation---运动方程 Creep Analysis---蠕变分析 Boltzmann’s superpositon---波尔兹曼叠加原理 shift factor ---移动因子 Dynamic viscoelasticity---动态粘弹性 Torsional Pendulum---扭摆法 Dynamic mechanical analysis---动态机械分析，DMA
高分子物理-第八章解析
关系符合虎克定律，代表普 弹形变。到达y点后，试样 的截面积变的不均匀，出现 一个或几个细颈，由此开始 拉伸的第二阶段，出现细颈 后，细颈部分试样的宽、厚 减小，故负荷读数可能稍下 降。由于细颈部分分子排列 规整，可以承受更大的力， 因而细颈不再变形，而是细 颈两端发展，使细颈部分不 断扩展，非细颈部分逐渐缩 短，直至整个试样完全变为 细颈为止。
b . 分子量
M降低，分子堆砌紧 密，Tb与Tg靠近； M升高，ΔT=Tg—Tb 升高。
（二） 晶态高聚物的应 力-应变曲线
晶态高聚物一般包括含有 晶区和非晶区两部分，因 此晶态高聚物的冷拉也包 括晶区和非晶区部分。
整个曲线可视为三条直线 组成。
第一段：拉伸初期、应力 增加较快， 应变增加较小，
实验证明，链段运动的松弛时间与应力之间有如下关系
E
0e RT
E ：活化能
：与材料相关的常
数
由上式可知，随应力增加，链段运动的松
弛时间将缩短。当应力增大到屈服应力时，
链段运动的松弛时间减小至与拉伸速度相适
应的数值，高聚物可产生大形变。所以加大 外力对松弛过程的影响与升高温度相似。
无定形聚合物的冷拉
重 点
重点掌握强迫高弹形变的概念，非晶和结晶
高聚物的应力-应变曲线、银纹屈服和剪切屈 服机理。影响聚合物拉伸强度和冲击强度的 因素。
难 点
正确理解和掌握强迫高弹形变和高弹形变的 异同之处。区别和理解银纹屈服和剪切屈服 机理。
第一节 高聚物的塑性和屈服
一、应力-应变曲线
先介绍几个概念
强度：在较大外力持续作用或强大外力的 短期作用下，材料将发生大形变直至宏观 破坏或断裂，对这种破坏或断裂的抵抗能 力称为强度。材料破坏方式的不同，强度 又可分为拉伸强度、冲击强度和弯曲强度 等。
b . 分子量
M降低，分子堆砌紧 密，Tb与Tg靠近； M升高，ΔT=Tg—Tb 升高。
（二） 晶态高聚物的应 力-应变曲线
晶态高聚物一般包括含有 晶区和非晶区两部分，因 此晶态高聚物的冷拉也包 括晶区和非晶区部分。
整个曲线可视为三条直线 组成。
第一段：拉伸初期、应力 增加较快， 应变增加较小，
实验证明，链段运动的松弛时间与应力之间有如下关系
E
0e RT
E ：活化能
：与材料相关的常
数
由上式可知，随应力增加，链段运动的松
弛时间将缩短。当应力增大到屈服应力时，
链段运动的松弛时间减小至与拉伸速度相适
应的数值，高聚物可产生大形变。所以加大 外力对松弛过程的影响与升高温度相似。
无定形聚合物的冷拉
重 点
重点掌握强迫高弹形变的概念，非晶和结晶
高聚物的应力-应变曲线、银纹屈服和剪切屈 服机理。影响聚合物拉伸强度和冲击强度的 因素。
难 点
正确理解和掌握强迫高弹形变和高弹形变的 异同之处。区别和理解银纹屈服和剪切屈服 机理。
第一节 高聚物的塑性和屈服
一、应力-应变曲线
先介绍几个概念
强度：在较大外力持续作用或强大外力的 短期作用下，材料将发生大形变直至宏观 破坏或断裂，对这种破坏或断裂的抵抗能 力称为强度。材料破坏方式的不同，强度 又可分为拉伸强度、冲击强度和弯曲强度 等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
银纹现象为聚合物所特有，常出现在非晶态聚合物PS、 PMMA、PC、PSF，在晶态聚合物PP等也有发现
33
Microstructure of crazing
微纤 Microfibril
也称为银纹质
微纤与外力方向平行，银纹 长度方向与外力垂直。
高度取向的高分子链组成
34
银纹方向和分子链方向
聚合物横向收缩不足补偿塑 性伸长，致使银纹体内产生大量
Cross-section area
形变时，V不变
A0 l0 A0 A l (1 )
true (1 )
22
Considère 作图法:
在真应力-应变曲线上确 定与工程应力-应变屈服 点Y所对应的B点 Y点
d e 0 d
true (1 )
d true true true d 1
球晶大，一般断裂伸长率和韧性降低
15
(c) 结晶度The Degree of Crystallization
结晶度增加，屈服应力、强度、模量、硬度等提 高；断裂伸长率、冲击性能等下降
16
8.1.1.3 Different types of stress-strain curve
17
聚合物力学类型
42
试样发生脆性或者韧性断裂与材料组成有关 ，除此之外，同一材料是发生脆性或韧性断 裂还与温度T 和拉伸速度 有关。
低温的脆性断裂在高温可以变成韧性
应变速率: 速度增加,韧性可以变成脆性断裂
43
Comparing of brittle and ductile fractures （分析判断）
脆性断裂
8.1.1.1 非晶态聚合物的应力-应变曲线
A point: 弹性极限点 Y point: Yielding point 屈服点
Y 屈服应力Y 屈服应变
颈缩阶段
A E A
B point: Breaking point 断裂点
B 断裂伸长率 B断裂强度
Y点以前（弹性区域）：除去应力，材料能恢复原样，不留任何永久变形 Y点以后（塑性区域）：除去外力后，材料不再恢复原样，留有永久变形， 称材料“屈服”了
2 2
(1 2 ) ( 2 3 ) ( 3 1 ) const
(3) Coulomb (MC) Polymer criterion 在某平面出现屈服行为的临 界压力s与垂直于该平面的 正压力N成正比。
s N const
内摩擦系数
26
8.1.2.2 剪切带 Shear band
在细颈出现之前试样上出现与拉伸方向成45角的剪切滑移变形带
图8-17
WHY？
27
拉伸中材料某个面受力分析
横截面A0, 受到 的应力0=F/A0
28
斜截面A
A0 A cos
法应力
受 力
Fn F cos
Fs F sin
n
F cos 0 cos2 A0 / cos
空隙。银纹不是空的，银纹体的
密度为本体密度的50%，折光指 数也低于聚合物本体折光指数，
因此在银纹和本体之间的界面上
将对光线产生全反射现象，呈现 银光闪闪的纹路。
F
35
应力发白
现象：橡胶改性的PS：HIPS或ABS在受到破坏时，
其应力面变成乳白色，这就是所谓应力发白现象。
应力发白和银纹化之间的差别: 应力发白是由大量尺 寸非常小的银纹聚集而成。
Strain rate
速 度1 2 3 Nhomakorabea 4速 度
.
.
.
.
拉伸速率增加，聚合物的模量增加，屈服应力、断裂 强度增加，断裂伸长率减小
11
Example: PMMA
12
8.1.1.2 晶态聚合物的应力-应变曲线
晶态聚合物典型的 应力－应变曲线
应变软化更明显, 冷拉时,包括晶区和非晶区两部分形变。
T T
温度升高，屈服 应力下降，断裂 伸长率增加
Temperature a: T<<Tg b: T<Tg c: T<Tg (几十度) d: T接近Tg
Example-PVC 0℃ 0~50℃ 50~70℃ 70℃
Results 脆断 屈服后断 韧断 无屈服
10
(b) Different strain rate
6
形变过程
应变为0.2 ―细颈”
弹性形变-屈服-应变软化-冷拉-应变硬化-断裂
颈缩阶段：“细颈”扩张，应力变化很小，应变大幅度增加 Y点以后：冻结的链段开始运动，高分子链的伸展提供了大的形变
7
断裂能 Fracture energy
反映材料拉伸断裂韧性大小
d
Stress-strain曲线下面积称作断裂能： 材料从开始拉伸至破坏所吸收的能量。
30
图8-17
当=+90时
n
F cos 0 cos2 0 sin 2 A0 / cos
1 1 s 0 sin 2 0 sin 2 2 2
n n 0 s s
切应力双生互等定律：在两个相互垂直的斜面上的 剪应力的数值相等，方向相反，它们是不能单独存 在的，总是同时出现
软而弱
软而韧
硬而脆
硬而强
强而韧
聚合物应力 —应变曲线
模 量 （刚性）
低 低 低 中 小
低 低 中 高 中
高 高 中 低 2% 小 PS;PMMA;固 化酚醛树脂 断裂前无塑性 形变
高 高 高 中 5% 中
高 高 高 高 大
ABS;PC; POM
应 力 应 变 曲 线 特 点
屈服应力 （强度） 断裂强度 （强度） 断裂伸长 （延性） 应力应变曲线 下面积（韧）
成颈或冷拉，是薄膜或纤维拉伸工艺的基础
19
8.1.2.1 细颈 Necking
细颈: 屈服时，试样出现的局部变细的现象。
为什么会出现细颈？
——应力最大处。
样条尺寸：横截面小的地方 出现“细颈 ”的位臵 应变软化：局部软化,使塑性 不稳定性更易发展
20
成颈或冷拉，是薄膜或纤维拉伸工艺的基础
细颈稳定
31
剪切带的特点
剪切带倾角很少恰为45,一般大于45
剪切屈服没有明显的体积变化
剪切带中的分子链高度取向,取向方向接近于外力 和剪切力合力的方向
32
8.1.2.3 银纹 Crazing
定义：聚合物在张应力作用下，于材料某些薄弱地方出现应 力集中而产生局部的塑性形变和取向，以至在材料表面或内 部垂直于应力方向上出现长度为100µ m、宽度为10 µ m左右、 厚度约为1 µ m的微细凹槽或“裂纹”的现象
取向硬化
判据
Considère作图法
唯象角度
21
工程应力和真应力
Engineering stress and true stress
Engineering stress True stress
Force
F A0
Initial cross-section area
Force
true
F A
38
第 二 节
聚 合 物 的 断 裂 和 强 度
39
炭黑填充天然橡胶断口
全同立构聚丁烯
40
如何区分断 ——关键看屈服 裂形式？
屈服前断脆性 断裂
屈服后断韧性 断裂
41
8.2.1 脆性断裂与韧性断裂
T
T
脆性 断裂 韧性 断裂 屈服前 断裂 屈服后 断裂 无塑性 流动 有塑性 流动 表面 光滑 表面 粗糙 张应力 分量 切应力 分量
屈服 -线 无 有
韧性断裂
无 有
线性 非线性
小 小 大 大
线性 非线性
小 小 大 大
b
断裂能 断裂表面
平滑 粗糙
平滑 粗糙
断裂原因 法向应力 剪切应力 法向应力剪切应力 44
例题：
相比于脆性断裂，韧性断裂的断裂面较为 光滑 粗糙 断裂伸长率较 大
小
45
脆韧转变温度 Tb
Tb is also called brittle
实 例
聚合物凝胶
橡胶;增塑 PVC
硬PVC
nylon-66 有明显的 屈服和塑性 18 形变.韧性好
8.1.2 聚合物的塑性和屈服
屈 服 主 要 特 征
高聚物屈服点前形变是完全可以回复的，屈服点后高聚物将在 恒应力下“塑性流动”，即链段沿外力方向开始取向。 高聚物在屈服点的应变较大，剪切屈服应变为10%-20%。 屈服点以后，大多数高聚物呈现应变软化。 屈服应力对应变速率和温度都敏感。 屈服发生时，拉伸样条表面产生“银纹”或“剪切带”,继而整 个样条局部出现“细颈”。
xy yy zy
xz yz zz
各向同性
1 ( 1 3 ) s 2
For simple elongation
2=3=0 1=y
1/21=1/2y=s
25
(2) Von Mises criterion
2
当材料的剪切应变能达到某一 临界值时，就产生屈服现象。
由 0 可作两条 切线，有两个点满 足屈服条件，D点 是屈服点，E点开 始冷拉
24
Yield Criterion 屈服判据
(1) Trasca criterion
xx xy zx
Metal
剪切作用最大方向上的剪切 应力达到某一临界值s时， 材料呈现屈服现象。
1 0 0 1>2>3 0 0 2 0 0 3