1、第十一章第十一章 聚合物的力學性能聚合物的力學性能主要學習內容主要學習內容高分子材料的高分子材料的拉伸應力拉伸應力-應變特性應變特性應力應變曲線及其類型應力應變曲線及其類型影響拉伸行為的外部因素影響拉伸行為的外部因素強迫高彈形變與強迫高彈形變與“冷拉伸冷拉伸”高分子材料的高分子材料的斷裂和強度斷裂和強度宏觀斷裂方式，脆性斷裂和韌性斷裂宏觀斷裂方式，脆性斷裂和韌性斷裂斷裂過程，斷裂的分子理論斷裂過程，斷裂的分子理論高分子材料的強度高分子材料的強度高分子材料的增強改性高分子材料的增強改性高分子材料的高分子材料的抗沖擊強度和增韌改性抗沖擊強度和增韌改性抗沖擊強度實驗抗沖擊強度實驗影響抗沖擊強度的因素

2、影響抗沖擊強度的因素高分子材料的增韌改性高分子材料的增韌改性11.1應力應變曲線 (a)(b)測試拉伸性質的樣品 11.1.1 非晶態高聚物的應力非晶態高聚物的應力-應變曲線應變曲線0ybybb非晶態高聚物的應力非晶態高聚物的應力-應變曲線應變曲線 a 彈性極限應變彈性極限應變 a彈性極限應力彈性極限應力 b 斷裂伸長率斷裂伸長率 b斷裂強度斷裂強度 y 屈服應力屈服應力y point: yielding point 屈服點屈服點a point: point of elastic limit 彈性極限點彈性極限點aaeb point: breaking point 斷裂點斷裂點應力應力-應變曲

3、線應變曲線你能解你能解釋嗎？釋嗎？彈性形變彈性形變屈服屈服應變軟化應變軟化冷拉冷拉應變硬化應變硬化斷裂斷裂從分子運動機理解釋形變過程從分子運動機理解釋形變過程 0 1 2 3 4 5121086420 , 1000 psi , inch1psi = 6890pa注意細頸注意細頸現象現象非晶態聚合物典型應力非晶態聚合物典型應力-應變曲線應變曲線stressstrain重要參數：重要參數：(1)楊氏模量楊氏模量ultimate strength elongation at break(4)斷裂強度斷裂強度(5)斷裂伸長率斷裂伸長率(6)斷裂韌性斷裂韌性yield stresselongation

4、at yield (2)屈服強度屈服強度 (3)屈服應變屈服應變 量綱量綱=pa m/m=n/m2 m/m= j/m3以應力應變曲線測定的韌性以應力應變曲線測定的韌性d影響應力應變曲線的因素影響應力應變曲線的因素(a) (a) 不同溫度不同溫度a: tta: ttg g c: ttgc: ttg ( (幾十度幾十度) )d: td: t接近接近tgtgb: ttgb: ttgtemperature 0 0c c50-7050-70c c7070c c0-500-50c cexample-pvc脆性斷裂脆性斷裂 韌性斷裂韌性斷裂無屈服無屈服屈服后斷裂屈服后斷裂results tt屈服應力與測試溫

5、度的關系曲線屈服應力與測試溫度的關系曲線2040608010012051015202530m1 p173yield stress(mpa)temperature(oc)（b b）應變速率）應變速率(2)(3)(4)應力應力應變應變(1)應變速率應變速率1234 example: pmmaa: a: 脆性材料脆性材料 c: c: 韌性材料韌性材料d: d: 橡膠橡膠b: b: 半脆性材料半脆性材料酚醛或環氧樹脂酚醛或環氧樹脂pp, pe, pcpp, pe, pcps, pmmaps, pmmanature rubber, pibnature rubber, pib(c) (c) 不同的化學結構

6、不同的化學結構(d) crystallization (d) crystallization 結結晶晶應變軟化更應變軟化更明顯，明顯，冷拉時晶片傾斜、冷拉時晶片傾斜、滑移、轉動，形成滑移、轉動，形成微晶或微纖束。微晶或微纖束。結晶聚合物應力應變曲線結晶聚合物應力應變曲線與非晶態聚與非晶態聚合物的拉伸合物的拉伸機理相同嗎？機理相同嗎？(e) the size of spherulites 球晶大小球晶大小(f) the degree of crystallization 結晶度結晶度整個曲線可分為三個階段：整個曲線可分為三個階段：到到y y點后，試樣截面開始變得不均勻，出現點后，試樣截面開始變得

7、不均勻，出現 “ “細頸細頸”。11.1.2 11.1.2 晶態聚合物的應力一應變曲線晶態聚合物的應力一應變曲線 晶態聚合物晶態聚合物“冷拉冷拉”的原因：的原因：晶態：晶態：tmtm以下，發生結晶的破壞，以下，發生結晶的破壞，取向，再結晶過程，與溫度、應取向，再結晶過程，與溫度、應變速率、結晶度、結晶形態有關。變速率、結晶度、結晶形態有關。非晶態：非晶態：tgtg以下冷拉，只發生分以下冷拉，只發生分子鏈的取向子鏈的取向結晶聚合物應力應變曲線結晶聚合物應力應變曲線非晶態聚合物與結晶聚合物的拉伸比較非晶態聚合物與結晶聚合物的拉伸比較相似之處：相似之處：兩種拉伸過程均經歷彈性變形、屈服、發展大形兩種

8、拉伸過程均經歷彈性變形、屈服、發展大形變以及應變硬化等階段，其中大形變在室溫時都不能自發回變以及應變硬化等階段，其中大形變在室溫時都不能自發回復，而加熱后則產生回復，故本質上兩種拉伸過程造成的大復，而加熱后則產生回復，故本質上兩種拉伸過程造成的大形變都是高彈形變。該現象通常稱為形變都是高彈形變。該現象通常稱為“冷拉冷拉”。區別區別：（1 1）產生冷拉的溫度范圍不同，非晶態聚合物的冷產生冷拉的溫度范圍不同，非晶態聚合物的冷拉溫度區間是拉溫度區間是tbtb到到tgtg，而結晶聚合物則為，而結晶聚合物則為tgtg至至tmtm。（2 2）非晶態聚合物在冷拉過程中聚集態結構的變化比晶態聚）非晶態聚合物在

9、冷拉過程中聚集態結構的變化比晶態聚合物簡單得多，它只發生分子鏈的取向，并不發生相變，而合物簡單得多，它只發生分子鏈的取向，并不發生相變，而后者尚包含有后者尚包含有結晶的破壞，取向和再結晶等過程結晶的破壞，取向和再結晶等過程。 11.1.3 11.1.3 應力一應變曲線類型應力一應變曲線類型“軟軟”和和“硬硬”用于區分用于區分模量的低或高，模量的低或高，“弱弱”和和“強強”是指強度的大小，是指強度的大小，“脆脆”是指無屈服現象而是指無屈服現象而且斷裂伸長很小，且斷裂伸長很小，“韌韌”是指其斷裂伸長和斷裂應是指其斷裂伸長和斷裂應力都較高的情況，有時可力都較高的情況，有時可將斷裂功作為將斷裂功作為“

10、韌性韌性”的的標志。標志。聚合物應力應變類型聚合物應力應變類型11.2 11.2 聚合物的屈服聚合物的屈服高聚物屈服點前形變是完全可以回復的，屈服點后高聚高聚物屈服點前形變是完全可以回復的，屈服點后高聚 物將在恒應力下物將在恒應力下“塑性流動塑性流動”，即鏈段沿外力方向開始，即鏈段沿外力方向開始 取向。取向。高聚物在屈服點的應變相當大，剪切屈服應變為高聚物在屈服點的應變相當大，剪切屈服應變為10%10% 20%20%（與金屬相比）。（與金屬相比）。屈服點以后，大多數高聚物呈現應變軟化，有些還非常屈服點以后，大多數高聚物呈現應變軟化，有些還非常 迅速。迅速。屈服應力對應變速率和溫度都敏感。屈服應

11、力對應變速率和溫度都敏感。屈服發生時，拉伸樣條表面產生屈服發生時，拉伸樣條表面產生“銀紋銀紋”或或“剪切帶剪切帶”, ,繼繼 而整個樣條局部出現而整個樣條局部出現“細頸細頸”。屈服主要特征strain softening strain softening 應變軟化應變軟化 彈性變形后繼續施加載荷，則產生塑性形變，稱為繼彈性變形后繼續施加載荷，則產生塑性形變，稱為繼續屈服，包括：續屈服，包括：應變軟化：屈服后，應變增加，應力反而有稍許下跌應變軟化：屈服后，應變增加，應力反而有稍許下跌 的現象，原因至今尚不清楚。的現象，原因至今尚不清楚。呈現塑性不穩定性，最常見的為細頸。呈現塑性不穩定性，最常見的

12、為細頸。塑性形變產生熱量，試樣溫度升高，變軟。塑性形變產生熱量，試樣溫度升高，變軟。發生發生“取向硬化取向硬化”，應力急劇上升。，應力急劇上升。試樣斷裂。試樣斷裂。11.2.1 11.2.1 細頸細頸 本質：本質：剪切力剪切力作用下發生塑性流動作用下發生塑性流動a0fffffffnfsa正應力正應力 00af斜截面面積斜截面面積 sin0aa 法向力法向力fnfsin切向力切向力fsfcos 法應力：法應力： 20sinafnn切應力：切應力： cossin0afss2sin210當當9090時，法向應力最大；時，法向應力最大；4545或或135135，切向應力最大，切向應力最大 當法向應力大

13、于拉伸強度，材料發生當法向應力大于拉伸強度，材料發生當切向應力大于剪切強度，材料發生當切向應力大于剪切強度，材料發生斷裂斷裂屈服屈服幾何因素決定細頸產生的位置：幾何因素決定細頸產生的位置：試樣尺寸在各處的微小差異，導致應力試樣尺寸在各處的微小差異，導致應力的差異，在某一點將首先達到屈服點，使形的差異，在某一點將首先達到屈服點，使形變更為容易。變更為容易。 工程應力和真應力工程應力和真應力engineering stress and true stress aftrue)1 (000allaa0afeengineering stresstrue stressforceinitial cross-

14、section areaforcecross-section arearelationship between engineering stress and true stress under incompressible conditionconsidreconsidre 作圖法作圖法: :在真應力在真應力- -應變曲線上確應變曲線上確定與工程應力定與工程應力- -應變屈服應變屈服點點y y所對應的所對應的b b點。點。y y點點1truetruedd0dde 1111.2.2 shear band .2.2 shear band 剪切帶剪切帶定義：韌性聚合物單軸拉伸至屈服點時，可看到與拉伸

15、方向成45的剪切滑移變形帶，有明顯的雙折射現象，分子鏈高度取向，剪切帶厚度約1m左右，每個剪切帶又由若干個細小的不規則微纖構成。剪切屈服現象、機理及判據剪切屈服現象、機理及判據橫截面橫截面a a0 0, , 受到受到的應力的應力 0 0=f/a=f/a0 0拉伸中材料某個面受力分析拉伸中材料某個面受力分析剪切屈服：即在細頸發生前，試樣表面出現與拉伸方向成剪切屈服：即在細頸發生前，試樣表面出現與拉伸方向成4545度角的度角的剪切帶。剪切帶。whywhy？斜截面斜截面a a cos0aa cosffnsinffs受受 力力200coscos/cosafn2sin21cossin00afs法向應力法

16、向應力剪切應力剪切應力抵抗外力的方式抵抗外力的方式拉伸強度：抵抗拉力的作用拉伸強度：抵抗拉力的作用剪切強度：抵抗剪切力的作用剪切強度：抵抗剪切力的作用兩種兩種當應力當應力 0 0增加時，增加時，法向應力和剪切應力增大的幅度不同法向應力和剪切應力增大的幅度不同拉伸強度什么面最大？拉伸強度什么面最大？ =0=0 ， n n= = 0 0剪切強度什么面最大？剪切強度什么面最大？ =45=45 ， s s= = 0 0/2/2切應力雙生互等定律切應力雙生互等定律021sy0212sin2111s2sin21)2( 2sin212212s2sin)(2121s)(2121sys2121定義：定義：銀紋現

17、象為聚合物所特有，是聚合物在張應力作用下，銀紋現象為聚合物所特有，是聚合物在張應力作用下，在材料的某些薄弱部分出現應力集中而產生局部的塑性形變在材料的某些薄弱部分出現應力集中而產生局部的塑性形變的取向，以至在材料表面或內部垂直于應力方向上出現長度的取向，以至在材料表面或內部垂直于應力方向上出現長度為為100m100m，寬度為，寬度為10m10m左右，厚度為左右，厚度為1m1m的微細凹槽現象。的微細凹槽現象。特征：應力發白現象，密度為本體的特征：應力發白現象，密度為本體的5050，高度取向的高分，高度取向的高分子微纖。銀紋進一步發展子微纖。銀紋進一步發展裂縫裂縫脆性斷裂。脆性斷裂。分分類類環境銀

18、紋環境銀紋溶劑銀紋溶劑銀紋應力銀紋應力銀紋 1111.2.3 crazing .2.3 crazing 銀紋銀紋銀紋方向和分子鏈方向銀紋方向和分子鏈方向f 拉伸試樣在拉斷前產生銀紋化現象拉伸試樣在拉斷前產生銀紋化現象a a圖為聚苯乙烯，圖為聚苯乙烯，b b圖為有機玻璃圖為有機玻璃注意銀紋方向與應力方向垂直注意銀紋方向與應力方向垂直 abs試樣在彎應力下產生銀紋的電鏡照片試樣在彎應力下產生銀紋的電鏡照片ldpeldpe試樣在彎應力作用和在試樣在彎應力作用和在n-n-丙醇丙醇中浸泡時產生環境應力開裂的照片中浸泡時產生環境應力開裂的照片環境應力開裂測試儀環境應力開裂測試儀 psps試樣中的一條大銀紋

19、，試樣中的一條大銀紋，銀紋長銀紋長4545微米，最寬處寬約微米，最寬處寬約2 2微米微米結晶高聚物中球晶間的破壞結晶高聚物中球晶間的破壞a a 聚氨酯試樣中沿球晶邊緣出現空洞聚氨酯試樣中沿球晶邊緣出現空洞 （薄膜試樣，（薄膜試樣，temtem照片）照片）b b 聚丙烯試樣中球晶間出現纖維聚丙烯試樣中球晶間出現纖維（試樣斷裂表面，（試樣斷裂表面，semsem照片）照片） ldpeldpe試樣因環境作用產生的銀紋特征，試樣因環境作用產生的銀紋特征，銀紋尖端區域形成孤立的空洞銀紋尖端區域形成孤立的空洞 ldpeldpe試樣因應力作用產生的銀紋特征，試樣因應力作用產生的銀紋特征，銀紋尖端區域有塑化的銀

20、紋質銀紋尖端區域有塑化的銀紋質 兩種銀紋的差異兩種銀紋的差異銀紋和剪切帶均有分子鏈取向，吸收能量，銀紋和剪切帶均有分子鏈取向，吸收能量，呈現屈服現象呈現屈服現象主要區別主要區別剪切屈服剪切屈服銀紋屈服銀紋屈服形變形變形變大，幾十形變大，幾十% % 、幾百、幾百% %形變小形變小 10%10%曲線特征曲線特征有明顯的屈服點有明顯的屈服點無明顯的屈服點無明顯的屈服點體積體積體積不變體積不變體積增加體積增加力力剪切力剪切力張應力張應力結果結果冷拉冷拉裂縫裂縫細頸、剪切帶和銀紋比較細頸、剪切帶和銀紋比較主要區別主要區別細頸、剪切帶細頸、剪切帶銀紋銀紋形變量形變量形變量大形變量大10101 100%00

21、%形變量小形變量小 10%10%曲線特征曲線特征有明顯的屈服點有明顯的屈服點無明顯的屈服點無明顯的屈服點體積體積體積幾乎不變體積幾乎不變體積增加體積增加主要相同點主要相同點能量能量吸收能量吸收能量吸收能量吸收能量一般來講，既有銀紋屈服也有剪切屈服一般來講，既有銀紋屈服也有剪切屈服強度是指物質抵強度是指物質抵抗破壞的能力抗破壞的能力如何區分斷如何區分斷裂形式？裂形式？關鍵看屈服關鍵看屈服屈服屈服前前斷斷脆脆性斷裂性斷裂屈服屈服后后斷斷韌韌性斷裂性斷裂 11.3 11.3 聚合物的斷裂與強度聚合物的斷裂與強度相比于脆性斷裂，韌性斷裂的斷裂面較為相比于脆性斷裂，韌性斷裂的斷裂面較為 斷裂伸長率較斷裂

22、伸長率較試樣發生脆性或者韌性斷裂與材料組成有關，除此之試樣發生脆性或者韌性斷裂與材料組成有關，除此之外，同一材料是發生脆性或韌性斷裂還與溫度外，同一材料是發生脆性或韌性斷裂還與溫度t t 和拉和拉伸速度伸速度 有關。有關。光滑光滑大大小小粗糙粗糙脆性斷裂和韌性斷裂表面脆性斷裂和韌性斷裂表面 psps試樣脆性斷裂表面的電鏡照片試樣脆性斷裂表面的電鏡照片 增韌改性增韌改性pvcpvc韌性斷裂表面的電鏡照片韌性斷裂表面的電鏡照片 材料的斷裂方式分析材料的斷裂方式分析聚合物材料的破壞可能是高分子主鏈的化學鍵斷裂或是高分子聚合物材料的破壞可能是高分子主鏈的化學鍵斷裂或是高分子分子間滑脫或分子鏈間相互作用

23、力的破壞。分子間滑脫或分子鏈間相互作用力的破壞。化學鍵拉斷化學鍵拉斷分子間滑脫分子間滑脫理論值理論值在斷裂時三種方式兼而有之，通常聚合物理論斷裂強度在幾在斷裂時三種方式兼而有之，通常聚合物理論斷裂強度在幾千千mpampa，而實際只有幾十，而實際只有幾十mpampa 。whywhy？e.g.pa, 60 mpappo, 70 mpatheoryeriment)100011001(exp樣條存在缺陷樣條存在缺陷應力集中應力集中polymer based concrete containing spherical inorganic particlesfatigue fracture surface

24、comparing of brittle and ductile fractures（分析判斷）（分析判斷）脆性斷裂脆性斷裂韌性斷裂韌性斷裂屈服屈服 - 線線 b斷裂能斷裂能斷裂表面斷裂表面斷裂原因斷裂原因無無有有無無有有線性線性非線性非線性線性線性非線性非線性小小大大小小大大小小大大小小大大平滑平滑 粗糙粗糙平滑平滑 粗糙粗糙發向應力發向應力剪切應力剪切應力 發向應力發向應力剪切應力剪切應力脆韌轉變溫度脆韌轉變溫度 t tb btb is also called brittle temperaturebrittle ductile transition 脆韌轉變脆韌轉變脆化溫度，脆化點脆化溫

25、度，脆化點在一定速率下（不在一定速率下（不同溫度）測定的斷同溫度）測定的斷裂應力和屈服應力，裂應力和屈服應力，作作斷裂應力斷裂應力和和屈服屈服應力應力隨溫度的變化隨溫度的變化曲線曲線斷裂應力斷裂應力和和屈服應力屈服應力哪一個哪一個對應變速率更敏感？對應變速率更敏感？脆性斷裂和韌性斷裂判斷ttb, 先達到y，韌性斷裂對材料一般使用溫度為哪一段？對材料一般使用溫度為哪一段？ t tbt tb b越低材料韌性越越低材料韌性越好好差差example pc聚碳酸酯tg=150ctb=-20c室溫下易不易碎？example pmma聚甲基丙烯酸甲酯tg=100ctb=90c室溫下脆還是韌？the infl

26、uence on tb（1 1）增加應變速率增加應變速率，脆化溫度如何變化？脆化溫度如何變化？（2 2）存在缺口存在缺口，形，形成應力集中，趨向成應力集中，趨向于脆性，脆化溫度于脆性，脆化溫度升高。升高。為什么材料的實際強度遠為什么材料的實際強度遠遠低于理論強度？遠低于理論強度？存在缺陷存在缺陷為什么在缺陷處斷裂？為什么在缺陷處斷裂？缺陷處應力集中缺陷處應力集中缺陷處應力多大？缺陷處應力多大？griffith griffith theorytheory11.3.2 11.3.2 斷裂理論斷裂理論無限大平板中橢圓形裂縫的應力集中無限大平板中橢圓形裂縫的應力集中考察橢圓周圍什么地方受力最大？考察橢

27、圓周圍什么地方受力最大？應力集中處（多大？）應力集中處（多大？）ellipsoidab公式表達公式表達)21 (0bat對圓形，a=b03t對橢圓，a增加，b減小t劇烈最終結果就是斷裂打破沙鍋問問到底問問=紋紋討論什么時候裂紋開始擴展討論什么時候裂紋開始擴展aegcce-彈性儲存能彈性儲存能gc-拉伸過程中材料所吸收的能量拉伸過程中材料所吸收的能量a-裂縫長度的一半裂縫長度的一半裂縫擴展的臨界應力裂縫擴展的臨界應力griffith從能量平衡的觀點分析斷裂過程，結果：從能量平衡的觀點分析斷裂過程，結果：臨界應力強度臨界應力強度k1ck1c和應力強度因子和應力強度因子k1k1critical st

28、ress intensity kicstress intensity factor k1e e- -彈性儲存能；彈性儲存能；g gc c- -拉伸過程中材料所吸收的能量拉伸過程中材料所吸收的能量為裂紋擴展阻力為裂紋擴展阻力為裂紋擴展動力為裂紋擴展動力力越強，力越強， 大；裂縫越長，大；裂縫越長，a a越大越大練習練習現有一塊有機玻璃現有一塊有機玻璃(pmma)(pmma)板，內有長度為板，內有長度為10mm10mm的中心裂紋，的中心裂紋，該板受到一個均勻的拉伸應力該板受到一個均勻的拉伸應力 =450=450* *10106 6n/mn/m2 2的作用力。已知的作用力。已知該材料的臨界應力強度因

29、子該材料的臨界應力強度因子k kicic=84.7=84.7* *10106 6n/mn/m2 2.m.m1/21/2, ,安全系數安全系數n=1.5,n=1.5,問板材結構是否安全？問板材結構是否安全？a =10mm/2=5*10-3m臨界應力強度kic應力強度因子k1裂紋穩定穩定 11.4.111.4.1聚合物的拉伸強度聚合物的拉伸強度 屈服強度屈服強度斷裂強度斷裂強度拉伸強度拉伸強度 t tbdptb b- -試樣厚度，試樣厚度，d d- -試樣寬度試樣寬度p p- -最大載荷最大載荷1.1.拉伸強度拉伸強度 11.4 11.4 聚合物的強度與韌性聚合物的強度與韌性拉伸模量拉伸模量 0/

30、llbdpetp p：形變較小時的載荷：形變較小時的載荷l l0 0：試樣長度：試樣長度 彎曲強度彎曲強度pp2p2l0205 . 1bdplf彎曲模量彎曲模量 330bdplef：撓度，試樣著力處的位移：撓度，試樣著力處的位移 2.2.影響拉伸強度的因素影響拉伸強度的因素主主要要方方式式化學鍵斷化學鍵斷裂所需力裂所需力最大最大分子間扯分子間扯離所需力離所需力最小最小通過斷裂形式分析：分子之間相互作用大小對強度影響最大通過斷裂形式分析：分子之間相互作用大小對強度影響最大a a 考慮分子結構因素考慮分子結構因素極性基團或氫鍵極性基團或氫鍵主鏈上含芳雜環結構主鏈上含芳雜環結構適度的交聯適度的交聯結

31、晶度大結晶度大取向好取向好高高低低拉伸強度拉伸強度 t t高高低低加入增塑劑加入增塑劑高高低低高高低低高高低低高高低低缺陷存在缺陷存在高高低低b b 考慮外界因素考慮外界因素溫度高溫度高應變速率大應變速率大高高低低高高低低拉伸強度拉伸強度 t t 11.4.2 增強 reinforcement活性粒子（活性粒子（powder）纖維纖維 fiber液晶液晶 liquid crystalfillerfiller填料填料增強途徑增強途徑（1 1）活性粒子增強）活性粒子增強carbon black carbon black reinforcementreinforcement橡膠橡膠+ +碳黑碳黑增強

32、機理：活性粒子吸附大分子，形成鏈間物理增強機理：活性粒子吸附大分子，形成鏈間物理交聯，活性粒子起物理交聯點的作用。交聯，活性粒子起物理交聯點的作用。惰性填料？例：惰性填料？例：pvc+cacopvc+caco3 3，pp+pp+滑石粉滑石粉（2）纖維增強）纖維增強glass steel boatglassy fiber+polyester增強機理增強機理：纖維作為骨架幫助基體承擔載荷纖維作為骨架幫助基體承擔載荷例：尼龍例：尼龍+ +玻纖玻纖/ /碳纖維碳纖維/ /晶須晶須/ /硼纖維硼纖維增強效果與纖維的長度、纖維與聚合物之間的界面粘接力有關增強效果與纖維的長度、纖維與聚合物之間的界面粘接力有

33、關（3）液晶原位增強）液晶原位增強增強機理：增強機理：熱致液晶中的液晶棒狀分子在共混物中形成熱致液晶中的液晶棒狀分子在共混物中形成微纖結構而到增強作用。由于微纖結構是加工過程中由微纖結構而到增強作用。由于微纖結構是加工過程中由液晶棒狀分子在共混物基體中就地形成的，故稱做液晶棒狀分子在共混物基體中就地形成的，故稱做“原原位位”復合增強。復合增強。熱致液晶熱致液晶+ +熱塑性聚合物熱塑性聚合物共聚酯，共聚酯， 聚芳酯聚芳酯 11.5 11.5 聚合物的韌性與增韌聚合物的韌性與增韌 11.5.1 11.5.1 沖擊強度沖擊強度 impact strengthimpact strength是衡量材料韌

34、性的一種指標是衡量材料韌性的一種指標dbwi沖斷試樣所消耗的功沖斷試樣所消耗的功沖斷試樣的厚度和寬度沖斷試樣的厚度和寬度增韌劑：增韌劑：elasticizerelasticizer, plasticizer, softener, plasticizer, softener沖擊強度測試可分為兩類，擺錘式和落重式沖擊強度測試可分為兩類，擺錘式和落重式擺錘沖擊包括擺錘沖擊包括izodizod（懸臂梁）式和（懸臂梁）式和charpycharpy（簡支梁）式（簡支梁）式8mm10mm10mmizodcharpypendulum machinependulum machine 擺錘沖擊機擺錘沖擊機char

35、py 簡支梁簡支梁izod 懸臂梁懸臂梁脆性斷裂和韌性斷裂表面脆性斷裂和韌性斷裂表面 脆性試樣斷裂表面的照片脆性試樣斷裂表面的照片 韌性試樣斷裂表面的照片韌性試樣斷裂表面的照片 脆性試樣斷裂表面的電鏡照片脆性試樣斷裂表面的電鏡照片 韌性試樣斷裂表面的電鏡照片韌性試樣斷裂表面的電鏡照片 11.5.2 11.5.2 影響沖擊強度的因素影響沖擊強度的因素韌性好壞順序韌性好壞順序abcdcdbadcba曲線下的面積代曲線下的面積代表所吸收能量表所吸收能量因素因素強度強度延展性延展性請判斷請判斷discussion強度強度延展性延展性分子間作用力分子間作用力分子鏈柔順性分子鏈柔順性極性基團或氫鍵極性基團

36、或氫鍵有支鏈結構有支鏈結構適度交聯適度交聯結晶度大結晶度大雙軸取向雙軸取向好好差差好好差差加入增塑劑加入增塑劑好好差差好好差差好好差差好好差差韌性韌性外界因素外界因素溫度高溫度高應變速率大應變速率大好好差差好好差差沖擊強度沖擊強度 i i 即韌性即韌性 11.5.3 11.5.3 聚合物的增韌聚合物的增韌(1) (1) 橡膠增韌塑料橡膠增韌塑料橡膠橡膠增韌增韌塑料塑料e.gpvccpe，ppepdm增韌效果取決于分散相相疇大小和界面粘接力增韌效果取決于分散相相疇大小和界面粘接力, ,即兩者相容性即兩者相容性橡膠增韌塑料的增韌機理橡膠增韌塑料的增韌機理銀紋機理：橡膠粒子作為應力集中物誘發基體產生

37、銀銀紋機理：橡膠粒子作為應力集中物誘發基體產生銀紋而吸收能量。（一般脆性聚合物增韌為此機理，如：紋而吸收能量。（一般脆性聚合物增韌為此機理，如：ps/sbsps/sbs，pmma/acrpmma/acr）銀紋銀紋剪切帶機理剪切帶機理：橡膠粒子作為應力集中物橡膠粒子作為應力集中物, ,在外力在外力作用下誘發大量銀紋和剪切帶作用下誘發大量銀紋和剪切帶, ,吸收能量。橡膠粒子和吸收能量。橡膠粒子和剪切帶控制和終止銀紋。剪切帶控制和終止銀紋。三軸應力空化機理三軸應力空化機理: :基體與分散相界面呈現脫離狀態基體與分散相界面呈現脫離狀態, ,在外力作用下發生三軸應力致使分散相粒子周圍空化在外力作用下發生

38、三軸應力致使分散相粒子周圍空化而吸收能量而吸收能量。橡膠粒子引發銀紋示意圖橡膠粒子引發銀紋示意圖 absabs中兩相結構示意圖中兩相結構示意圖其中白粒子為橡膠相其中白粒子為橡膠相 應力作用下橡膠粒子變形，造成應力作用下橡膠粒子變形，造成應力集中，引發銀紋應力集中，引發銀紋absabs中橡膠粒子引發銀紋的電鏡照片中橡膠粒子引發銀紋的電鏡照片其中黑粒子為橡膠相其中黑粒子為橡膠相 pvc/abspvc/abs共混物中共混物中absabs粒子引發粒子引發pvcpvc基體產基體產生銀紋的電鏡照片，生銀紋的電鏡照片，absabs粒子中黑相為橡膠相粒子中黑相為橡膠相高抗沖高抗沖psps共聚物中橡膠粒子引發共聚物中橡膠粒子引發psps基基體產生銀紋的電鏡照片體產生銀紋的電鏡照片剪切屈服帶剪切屈