1、2021/3/91第四節 高聚物的屈服、斷裂和強度v一 玻璃態和結晶高聚物的拉伸v 應力-應變實驗通常在張力F的作用下進行。試樣，如下圖，沿縱軸方向以均勻的速率被拉伸，直到斷裂為止。試驗時，測量加于試樣上的載荷和相應標線間長度的改變l=l-l0，如果試樣的初始截而積為A0，標距的原長為l0，應力和應變分別有下式 表示：拉伸試樣示意圖2021/3/92v從試驗測得的應力、應變數據可以繪制出應力-應變曲線，如下圖所示：應力-應變曲線示意圖2021/3/93(一）玻璃態高聚物的應力-應變曲線v1 特征及分析v典型的玻璃態高聚物試樣當溫度在Tg以下幾十度的范圍內以一定速率被單軸拉伸時，其應力-應變曲線

2、如下圖所示：2021/3/94v曲線上A點之前，-關系服從虎克定律，所以A點為彈性極限點，vY點稱為屈服點，經過此點后，應力不再增加，材料仍能繼續發生一定的伸長。v曲線最后一段表明增加應變需要增大應力，直至試樣斷裂。B點為斷裂點v所謂斷裂能，是指應力-應變曲線下的面積玻璃態高聚物典型的應力-應變曲線2021/3/95v2 影響因素v（1）外因溫度、拉伸速率v 溫度v溫度不同，同一高聚物的應力-應變曲線形狀也不同，如下圖所示：2021/3/96v曲線（1）：TTg，應力隨應變成正比地增加，最后，應變不到10就發生斷裂。v曲線（2）：溫度略微升高以后，出現了一個轉折點Y，即屈服點。應力在Y點處達極

3、大值。過了Y點，應力降低，應變增大，直至試樣斷裂，但總應變20 (如曲線(2)所示)。玻璃態高聚物在不同溫度下的應 力-應變曲線2021/3/97v曲線（3）：溫度升至Tg以下幾十度的范圍內時，屈服點之后，試樣在不增加外力或者外力增加不大的情況下，能發生很大的應變，然后應力又增加，直至斷裂v曲線（4）：溫度升至TTg，試樣進入高彈態，在不大的應力下便可發展高彈形變(呈現一段較長的平臺)，曲線不再出現屈服點，試樣斷裂前，應力又出現急劇上升。玻璃態高聚物在不同溫度下的應 力-應變曲線2021/3/98vT，材料變的軟而韌，斷裂強度，斷裂伸長率；vT，材料逐步變的硬而脆，斷裂強度，斷裂伸長率2021

4、/3/99v 拉伸速率v同一高聚物，在一定溫度，不同拉伸速率下的應力-應變曲線如下圖所示：不同應變速率下的拉伸應力-應變曲線（到屈服點為止）所用應變速率（mm/min）注明在曲線上2021/3/910v隨著拉伸速率的提高，高聚物的屈服應力Y和拉伸強度都相應提高。所以，拉伸速率和T對應力-應變性質的影響是等效的。其中，屈服應力對應變速率具有更大的依賴性。2021/3/911v總的來說，拉伸速率對強迫高彈形變的影響為：vA.太快：強迫高彈形變來不及發生或得不到充分發展vB.太慢：可能發生一部分粘性流動，形變無法恢復vC.適中：產生強迫高彈形變2021/3/912v（2）內因結構v產生強迫高彈性的必

5、要條件是：高聚物具有可運動的鏈段。但是，強迫高彈性又不同于一般的高彈性。后者要求高分子鏈柔順性好，而前者則要求高分子鏈不能太柔順。2021/3/913（二）晶態高聚物的應力-應變曲線v典型的末取向晶態高聚物在單軸拉伸時的應力-應變曲線如下圖所示，它比玻璃態高聚物的拉伸曲線具有更為明顯的轉折，整個曲線可分為三段：2021/3/914v拉伸初期，很快而 很小，隨線性，符合虎克定律，它代表普彈形變v A.達Y點后進入拉伸的第二階段，Y點后，試樣的截面積突然變得不均勻，出現一個或幾個“細頸”。v B.細頸與非細頸部分的截面積分別維持不變，而細頸部分不斷擴展；非細頸部分逐漸縮短，直至整個試樣完全變細。

6、結晶高聚物拉伸過程應力-應變曲線及試樣外形變化示意圖2021/3/915vC.應力幾乎不變而應變不斷增加，但總的應變值隨高聚物不同而不同。v A.成頸后的試樣重新被均勻拉伸v B.須進一步增大應力，才能使微晶間或者分子間發生位移，最后導致分子鏈的斷裂以致材料破壞。結晶高聚物拉伸過程應力-應變曲線及試樣外形變化示意圖2021/3/916（三）取向高聚物的應力-應變曲線v對于已取向的晶態高聚物的應力-應變曲線，其特點為：v 沿取向方向技伸時，伸長率極小，不出現細頸，如前面結晶高聚物拉伸過程應力-應變曲線中的第段直線。v 沿垂直于取向方向拉伸時，其過程與末取向試樣相似， 最后得到與原取向垂直的新的取

7、向試樣，伸長率可達500-800。2021/3/917v 已取向的非晶高聚物的應力-應變曲線與取向晶態高聚物相似，也表現出各向異性。其特點為：v 沿取向方向拉伸時，若原來取向程度已較高，則曲線可能不再出現屈服伸長而斷裂。一般說來，沿取向方向的拉伸強度較大。v 沿垂直取向方向拉伸時，若在拉伸過程中分子鏈可再取向，則斷裂伸長率及拉伸強度均較大；若在拉升時強迫高彈形變不能發生，則稱脆性斷裂（即在Y點之前斷裂），且強度較低。2021/3/918軟硬：模量軟硬：模量 強弱：屈服強度強弱：屈服強度 韌脆：斷裂能韌脆：斷裂能2021/3/919二 高聚物的屈服v（一）高聚物屈服點的特征v 高聚物的屈服應變比

8、金屬大得多。v 許多高聚物在過了屈服點以后，均有一個應力不大的下降，叫做應變軟化。這時，應變增加，應力反而下降2021/3/920v 高聚物的屈服應力有很大的應變速率依賴性，隨應變速率的增大而增大v 高聚物的屈服應力隨T而，在到達它們的Tg時，屈服應力降低為零v 與金屬材料相比，高聚物的屈服應力對流體靜壓力非常敏感。該壓力，屈服應力隨之增大。 2021/3/921v（二）高聚物的屈服機理v兩種可能的屈服形式：vA.銀紋屈服vB.剪切屈服v都表現為不均勻的局部應變2021/3/922v1 銀紋屈服（軸向屈服）v1）銀紋概述v定義：銀紋是在拉伸應力作用下高聚物中某些薄弱部位由于應力集中而產生的空化

9、條紋狀形變區。2021/3/923v2）銀紋的微結構v銀紋的微結構的示意圖如下：2021/3/924v由示意圖可以看到，銀紋平面垂直于張應力，銀紋體中有許多小的空穴，空穴和空穴之間是高分子鏈構成的微纖，又稱銀紋質。2021/3/925v3）銀紋的分類vA.應力銀紋vB.環境銀紋v 應力銀紋：玻璃態高聚物在張應力作用下，特別是雙軸、三軸拉伸時，由于其表面缺陷、刻痕和內部的小空隙等導致應力集中而引發的銀紋。該種銀紋是有規則排列的。v 環境銀紋：環境因素如化學物質等也能促進銀紋的產生，稱作環境銀紋。該種銀紋時無規則排列的。2021/3/926v2 剪切屈服v1）概述v定義：剪切屈服是一種沒有明顯體積

10、變化的形狀扭變。v前面討論的銀紋形變卻伴隨著空化過程，具有明顯的體積變化。2021/3/927v2）分類vA.擴散剪切屈服vB.剪切帶v擴散剪切屈服是指在整個受力區域內發生的大范圍剪切形變。v剪切帶是指只發生在局部帶狀區域內的剪切形變。實驗表明，剪切帶發生在與拉伸或壓縮方向成45的截面上。2021/3/9282021/3/929v3 銀紋屈服與剪切屈服兩者的區別2021/3/930三 高聚物的斷裂與強度v（一）高聚物的斷裂v1 斷裂的概念v材料所受的應力達到某個臨界值時，材料分裂成兩部分或幾部分，稱為斷裂。v2 斷裂的形式vA.脆性斷裂vB.韌性斷裂2021/3/931v從應力-應變曲線及端口

11、形式對兩者加以區別：2021/3/9322021/3/9332021/3/934 PS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PVC韌性斷裂表面的韌性斷裂表面的SEM照片照片 脆性斷裂和韌性斷裂斷口形貌脆性斷裂和韌性斷裂斷口形貌 2021/3/935v（二）高聚物的強度v1 強度的概念2021/3/936v2 高聚物的理論強度v從分子結構的角度來看，高聚物之所以具有抵抗外力破壞的能力，主要靠分子內的化學鍵合力和分子間的范德華力和氫鍵。2021/3/937理論值理論值高聚物斷裂的微觀過程歸結為三種，如下圖所示：高聚物斷裂的微觀過程歸結為三種，如下圖所示：材料的斷裂方式2