第八章聚合物的屈服和断裂1．概念①．强度：在较大外力的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。②．脆性断裂：与材料的弹性响应相联系，在断裂前试样断裂均匀，断裂时，裂纹迅速垂直于应力方向，断裂面不显出明显的推迟形变，－曲线是线性的，<5%,断裂能小，由张应力引起的－是键长变化的结果。③．韧性断裂：屈服点以后的断裂，产生大形变，断面显示外延形变（缩颈的结果），－曲线是非线性的，>5%，由剪切应力引起的－链段运动的结果。*材料断裂的方式与其形变性质有着密切的联系。例如，脆性断裂是缺陷快速扩展的结果，而韧性断裂是屈服后的断裂。高分子材料的屈服实际上是材料在外力作用下产生的塑料形变。2．图—应力-应变曲线图弹性极限点B屈服点断裂点应变软化BYAYNADEAA塑性形变OABy非结晶聚合物形变经历了普弹形变、应变软化（屈服）、塑性形变（强迫高弹形变）、应变硬化四个阶段材料在屈服点之前发生的断裂称为脆性断裂；在屈服点后发生的断裂称为韧性断裂A.从曲线上可得评价聚合物性能的力学参数:Y：y：屈服强度y：B：:断裂点b：：屈服点屈服伸长率断裂强度断裂伸长率σyOYB拉伸强度i（，σb）杨氏模量断裂能:面积从分子运动解释非结晶聚合物应力－应变曲线普弹形变小尺寸运动单元的运动引起键长键角变化。形变小可回复：强迫高弹形变在大外力作用下冻结的链段沿外力方向取向：粘流形变在分子链伸展后继续拉伸整链取向排列，使材料的强度进一步提高。形变不可回复C.强迫高弹形变的定义处于玻璃态的非晶聚合物在拉伸过程中屈服点后产生的较大应变，移去外力后形变不能回复。若将试样温度升到其Tg附近，该形变则可完全回复，因此它在本质上仍属高弹形变，并非粘流形变，是由高分子的链段运动所引起的。这种形变称为强迫高弹形变D.晶态聚合物在单向拉伸时典型的应力-应变曲线如下图：应力YNOA-普弹形变AYN－屈服，缩颈（应变变大，应力下降）ND－强迫高弹形变DB-细颈化试样重新被均匀拉伸，应变随应力增加－应变硬化O3．图：----温度的影响非晶聚合物在不同温度下的-曲线如图8：T
Tf，粘流态--5
分析
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：曲线1：在玻璃态（T《Tb）：直线关系，形变小，高模量，原因是由侧基等运动单元引起键长键角的变化引起。曲线2.3：Tb
规定
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的实验温度、湿度、是实验速度下，在
标准
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试样上沿轴向施加拉伸载荷直至断裂前试样承受的最大载荷P与试样横截面（宽度b和厚度dP的乘积）的比值，通常用t表示。tbB.弯曲强度（挠曲强度）是在规定实验条件下对标准试样施加静弯曲力矩直到试样断裂为止.②．影响聚合物强度的因素A.极性基团或氢键B.主链上含芳杂环结构C.适度的交联D.结晶度大E.取向好F.加入增塑剂G.缺陷存在③．结晶度增加，拉伸强度、弯曲强度和弹性模量均有提高。8．聚合物的增强：增强途径---物理方法：填料----活性粒子、纤维、液晶补强原理：填料活性表面（羧基、酚基、醌基）同聚合物作用产生了附加的交联结构因此加入填料的增强效果同其在聚合物中浸润性关系很大，浸润性越大，补强越明显。①．粉状填料增强：----填料同聚合物不相容，因此形成多相复合材料。加入填料的目的：惰性填料：加入廉价的填料降低成本。稀释作用，使材料强度降低。活性填料：提高材料的强度。增强效果主要取决于填料的种类、尺寸、用量、表面性质（亲和性）以及填料在高分子基材中的分散状况粉状填料：木粉，碳黑，轻质二氧化硅，碳酸镁，氧化锌同某些塑料和橡胶复合，可显著改善性能。例如：木粉加入酚醛树脂，可在很大范围内不降低拉伸强度，而大幅度提高冲击强度。原因：木粉吸收了一部分冲击能量而起到阻尼的作用。天然橡胶中添加20％的胶体碳黑，拉伸强度可从16MPa,提高到20MPa。丁苯橡胶由于不能结晶，强度只有3.5MPa，加入碳黑后，补强效果明显，可达22～25MPa接近天然橡胶的水平。②．纤维增强：A.纤维状填料：棉，麻，丝，等天然纤维，玻璃纤维，碳纤维，石墨纤维，硼纤维，超细金属纤维与晶须纤维等基体：热塑性树脂、热固性树脂、橡胶类③．高分子液晶增强剂：带有柔性链段的热致液晶+热塑性聚合物随着增强剂含量的增加，聚合物的弹性模量和拉伸强度增加，而断裂伸张率下降。由韧性向脆性转变。在热固性塑料中，常以玻璃布为填料，得到所谓玻璃纤维层压塑料，强度可与钢铁媲美。9．冲击强度:试样在受到冲击载荷W的作用下单位断面面积（或单位缺口长度）所消耗的能iWbd量。是表征材料韧性的一种强度指标所消耗的功W：冲断试样b*d:冲断试样的厚度和宽度单位：KJ/m210．塑料增韧聚合物的增韧----常用的方法：A.弹性体增韧B.刚性有机粒子增韧C.超细无机粒子增韧橡胶增韧塑料增韧效果取决于分散相相畴大小和界面粘接力,即两者相容性.达到良好增韧效果的条件a、橡胶相作为分散相存在、橡胶相与塑料相有良好的界面粘接力、橡胶相的Tg远低于使用温度刚性粒子增韧A.刚性有机粒子增韧：拉伸时，由于基体与分散相之间的模量和泊松比差别致使基体对刚性粒子产生赤道面上的强压力而发生脆韧—转变，刚性粒子发生“冷流”而吸收能量。B.刚性无机粒子增韧:刚性粒子促使基体在断裂过程中产生塑性变形吸收能量.e.gPVC+CaCO3C.刚性粒子增韧的条件是:基体必须具有一定韧性.
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