5-高聚物的力学性能(下)
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玻璃态高聚物典型的应力-应变曲线
曲线最后一段表明增加应 变需要增大应力，直至试 样断裂。B点为断裂点
2 影响因素 （1）外因—温度、拉伸速率 ① 温度 温度不同，同一高聚物的应力-应变曲线形状 也不同，如下图所示：
曲线（1）：T＜＜Tg，应力随 应变成正比地增加，最后，应 变不到10％就发生断裂。 曲线（2）：温度略微升高以后， 出现了一个转折点Y，即屈服点。
② 拉伸速率
同一高聚物，在一定温度，不同拉伸速率下的应力应变曲线如下图所示：
所用应变速率（mm/min）注明 在曲线上
不同应变速率下的拉伸应力-应变曲 线（到屈服点为止）
随着拉伸速率的提高，高聚物的屈服应力σY 和拉伸强度都相应提高。所以，拉伸速率↑和 T↓对应力-应变性质的影响是等效的。其中， 屈服应力对应变速率具有更大的依赖性。
第四节 高聚物的拉伸、断裂和强度
一 玻璃态和结晶高聚物的拉伸
应力-应变实验通常在张力F的作用下进行。试样，如下图， 沿纵轴方向以均匀的速率被拉伸，直到断裂为止。试验时， 测量加于试样上的载荷和相应标线间长度的改变∆l=l-l0，如 果试样的初始截而积为A0，标距的原长为l0，应力σ和应变ε 分别有下式 表示：
（二）晶态高聚物的应力-应变曲线
典型的末取向晶态高聚物在单轴拉伸时的应 力-应变曲线如下图所示，它比玻璃态高聚物 的拉伸曲线具有更为明显的转折，整个曲线 可分为三段：
①拉伸初期，σ↑很快而ε ↑很小，σ随ε 线性↑，符合虎克定律，它代表普弹形 变 ② A.达Y点后进入拉伸的第二阶段，Y 点后，试样的截面积突然变得不均匀， 出现一个或几个“细颈”。 B.细颈与非细颈部分的截面积分别 维持不变，而细颈部分不断扩展；非细
影响高聚物实际强度的因素很多，总的来说可以分 为两类： 与材料本身有关的，包括高分子的化学结构、分子 量及其分布、支化和交联、结晶与取向、增塑剂、 共混、填料、应力集中物等； 与外界条件有关的，包括温度、作用力的速度等。
1 高聚物本身结构的影响
（1）增加高分子的极性或形成氢键可使强度↑ （2）主链含有芳杂环的高聚物＞脂肪族主链的 （3）支化 （4）交联 （5）分子量
从应力-应变曲线及端口形式对两者加以区别：
（二）高聚物的强度 1 强度的概念
2 高聚物的理论强度
从分子结构的角度来看，高聚物之所以具有抵抗外 力破坏的能力，主要靠分子内的化学键合力和分子 间的范德华力和氢键。
高聚物断裂的微观过程归结为三种，如下图所示： 高聚物断裂的微观过程归结为三种，如下图所示： 材料的断裂方式
玻璃态高聚物在不同温度下的应 力-应变曲线
曲线（4）：温度升至T＞Tg，试样 进入高弹态，在不大的应力下便可发 展高弹形变(呈现一段较长的平台)， 曲线不再出现屈服点，试样断裂前， 应力又出现急剧上升。
T↑，材料变的软而韧，断裂强度↓，断裂伸长率↑； T↓，材料逐步变的硬而脆，断裂强度↑，断裂伸长 率↓
拉伸试样示意图
从试验测得的应力、应变数据可以绘制出应 力-应变曲线，如下图所示：
应力-应变曲线示意图
(一）玻璃态高聚物的应力-应变曲线
1 特征及分析
典型的玻璃态高聚物试样当温度在Tg以下几十度的 范围内以一定速率被单轴拉伸时，其应力-应变曲线 如下图所示：
曲线上A点之前，σ-δ关系 服从虎克定律，所以A点为 弹性极限点， Y点称为屈服点，经过此点 后，应力不再增加，材料 仍能继续发生一定的伸长。
聚合物材料的破坏可能是高分子主链的化学键断裂或是 高分子分子间滑脱或分子链间相互作用力的破坏。 高分子分子间滑脱或分子链间相互作用力的破坏。 化学键拉断
15000MPa
理论值
分子间滑脱
5000MPa
破坏分子间 作用力
氢键 500MPa 范德华力 100MPa
3 脆韧转变温度Tb
（三）影响高聚物拉伸强度的因素
后导致分子链的断裂以致材料破 坏。
应力-应变曲线的类型Types stress应力-应变曲线的类型Types of stress-strain curve
软－硬：模量
强－弱：屈服强度 韧－脆：断裂能
二 高聚物的断裂与强度
（一）高聚物的断裂 1 断裂的概念 材料所受的应力达到某个临界值时，材料分 裂成两部分或几部分，称为断裂。 2 断裂的形式 A.脆性断裂 B.韧性断裂
冲击强度σi是衡量材料韧性的一种指标，通常定义 为试样受冲击载荷作用折断或断裂时单位截面积所 吸收的能量。
W σi = bd
W-冲断试样所消耗的功W b，d-冲断试样的厚度和宽度
影响高聚物冲击强度的因素为以下两大 类：
1 高分子的结构 ① 极性基团密度或取代基团大小
② 分子链支化程度
③ 适度交联 ④ 高聚物的结晶度 ⑤ 球晶的大小 ⑥ 适当的双轴取向的聚合物 ⑦ 适量增塑剂的加入
总的来说，拉伸速率对强迫高弹形变的影响 为： A.太快：强迫高弹形变来不及发生或得不到 充分发展 B.太慢：可能发生一部分粘性流动，形变无 法恢复 C.适中：产生强迫高弹形变
（2）内因—结构 产生强迫高弹性的必要条件是：高聚物具有 可运动的链段。但是，强迫高弹性又不同于 一般的高弹性。后者要求高分子链柔顺性好， 而前者则要求高分子链不能太柔顺。
玻璃态高聚物在不同温度下的应 力-应变曲线
应力在Y点处达极大值。过了Y 点，应力降低，应变增大，直 至试样断裂，但总应变≤20％ (如曲线(2)所示)。
曲线（3）：温度升至Tg以下几十度 的范围内时，屈服点之后，试样在不 增加外力或者外力增加不大的情况下， 能发生很大的应变，然后应力又增加， 直至断裂
2 结晶和取向的影响
（1）结晶 A.结晶度 B.球晶尺寸 C.由伸直链组成的纤维状晶体，其抗拉性能较折叠链 晶体优越得多。 （2）取向
3 应力集中物的影响 4 增塑剂的影响 5 填料的影响 6 共聚和共混的影响
7 外力作用速度和温度的影响
（1）外力作用速度 ）
（2）温度 ）
（四）影响高聚物冲击强度的因素
结晶高聚物拉伸过程应力-应变曲 线及试样外形变化示意图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
颈部分逐渐缩短，直至整个试样完全变 细。
C.应力几乎不变而应变不断增加， 但总的应变值随高聚物不同而不 同。 ③ A.成颈后的试样重新被均匀拉 伸 B.须进一步增大应力，才能使 微晶间或者分子间发生位移，最
结晶高聚物拉伸过程应力-应变曲 线及试样外形变化示意图
2 温度和外力作用速度
①温度对材料的冲击强度影响很大。 T↑→冲击强度↑ ②外力作用速度 作用时间↑，相当于温度↑。
影响冲击强度的因素
曲线最后一段表明增加应 变需要增大应力，直至试 样断裂。B点为断裂点
2 影响因素 （1）外因—温度、拉伸速率 ① 温度 温度不同，同一高聚物的应力-应变曲线形状 也不同，如下图所示：
曲线（1）：T＜＜Tg，应力随 应变成正比地增加，最后，应 变不到10％就发生断裂。 曲线（2）：温度略微升高以后， 出现了一个转折点Y，即屈服点。
② 拉伸速率
同一高聚物，在一定温度，不同拉伸速率下的应力应变曲线如下图所示：
所用应变速率（mm/min）注明 在曲线上
不同应变速率下的拉伸应力-应变曲 线（到屈服点为止）
随着拉伸速率的提高，高聚物的屈服应力σY 和拉伸强度都相应提高。所以，拉伸速率↑和 T↓对应力-应变性质的影响是等效的。其中， 屈服应力对应变速率具有更大的依赖性。
第四节 高聚物的拉伸、断裂和强度
一 玻璃态和结晶高聚物的拉伸
应力-应变实验通常在张力F的作用下进行。试样，如下图， 沿纵轴方向以均匀的速率被拉伸，直到断裂为止。试验时， 测量加于试样上的载荷和相应标线间长度的改变∆l=l-l0，如 果试样的初始截而积为A0，标距的原长为l0，应力σ和应变ε 分别有下式 表示：
（二）晶态高聚物的应力-应变曲线
典型的末取向晶态高聚物在单轴拉伸时的应 力-应变曲线如下图所示，它比玻璃态高聚物 的拉伸曲线具有更为明显的转折，整个曲线 可分为三段：
①拉伸初期，σ↑很快而ε ↑很小，σ随ε 线性↑，符合虎克定律，它代表普弹形 变 ② A.达Y点后进入拉伸的第二阶段，Y 点后，试样的截面积突然变得不均匀， 出现一个或几个“细颈”。 B.细颈与非细颈部分的截面积分别 维持不变，而细颈部分不断扩展；非细
影响高聚物实际强度的因素很多，总的来说可以分 为两类： 与材料本身有关的，包括高分子的化学结构、分子 量及其分布、支化和交联、结晶与取向、增塑剂、 共混、填料、应力集中物等； 与外界条件有关的，包括温度、作用力的速度等。
1 高聚物本身结构的影响
（1）增加高分子的极性或形成氢键可使强度↑ （2）主链含有芳杂环的高聚物＞脂肪族主链的 （3）支化 （4）交联 （5）分子量
从应力-应变曲线及端口形式对两者加以区别：
（二）高聚物的强度 1 强度的概念
2 高聚物的理论强度
从分子结构的角度来看，高聚物之所以具有抵抗外 力破坏的能力，主要靠分子内的化学键合力和分子 间的范德华力和氢键。
高聚物断裂的微观过程归结为三种，如下图所示： 高聚物断裂的微观过程归结为三种，如下图所示： 材料的断裂方式
玻璃态高聚物在不同温度下的应 力-应变曲线
曲线（4）：温度升至T＞Tg，试样 进入高弹态，在不大的应力下便可发 展高弹形变(呈现一段较长的平台)， 曲线不再出现屈服点，试样断裂前， 应力又出现急剧上升。
T↑，材料变的软而韧，断裂强度↓，断裂伸长率↑； T↓，材料逐步变的硬而脆，断裂强度↑，断裂伸长 率↓
拉伸试样示意图
从试验测得的应力、应变数据可以绘制出应 力-应变曲线，如下图所示：
应力-应变曲线示意图
(一）玻璃态高聚物的应力-应变曲线
1 特征及分析
典型的玻璃态高聚物试样当温度在Tg以下几十度的 范围内以一定速率被单轴拉伸时，其应力-应变曲线 如下图所示：
曲线上A点之前，σ-δ关系 服从虎克定律，所以A点为 弹性极限点， Y点称为屈服点，经过此点 后，应力不再增加，材料 仍能继续发生一定的伸长。
聚合物材料的破坏可能是高分子主链的化学键断裂或是 高分子分子间滑脱或分子链间相互作用力的破坏。 高分子分子间滑脱或分子链间相互作用力的破坏。 化学键拉断
15000MPa
理论值
分子间滑脱
5000MPa
破坏分子间 作用力
氢键 500MPa 范德华力 100MPa
3 脆韧转变温度Tb
（三）影响高聚物拉伸强度的因素
后导致分子链的断裂以致材料破 坏。
应力-应变曲线的类型Types stress应力-应变曲线的类型Types of stress-strain curve
软－硬：模量
强－弱：屈服强度 韧－脆：断裂能
二 高聚物的断裂与强度
（一）高聚物的断裂 1 断裂的概念 材料所受的应力达到某个临界值时，材料分 裂成两部分或几部分，称为断裂。 2 断裂的形式 A.脆性断裂 B.韧性断裂
冲击强度σi是衡量材料韧性的一种指标，通常定义 为试样受冲击载荷作用折断或断裂时单位截面积所 吸收的能量。
W σi = bd
W-冲断试样所消耗的功W b，d-冲断试样的厚度和宽度
影响高聚物冲击强度的因素为以下两大 类：
1 高分子的结构 ① 极性基团密度或取代基团大小
② 分子链支化程度
③ 适度交联 ④ 高聚物的结晶度 ⑤ 球晶的大小 ⑥ 适当的双轴取向的聚合物 ⑦ 适量增塑剂的加入
总的来说，拉伸速率对强迫高弹形变的影响 为： A.太快：强迫高弹形变来不及发生或得不到 充分发展 B.太慢：可能发生一部分粘性流动，形变无 法恢复 C.适中：产生强迫高弹形变
（2）内因—结构 产生强迫高弹性的必要条件是：高聚物具有 可运动的链段。但是，强迫高弹性又不同于 一般的高弹性。后者要求高分子链柔顺性好， 而前者则要求高分子链不能太柔顺。
玻璃态高聚物在不同温度下的应 力-应变曲线
应力在Y点处达极大值。过了Y 点，应力降低，应变增大，直 至试样断裂，但总应变≤20％ (如曲线(2)所示)。
曲线（3）：温度升至Tg以下几十度 的范围内时，屈服点之后，试样在不 增加外力或者外力增加不大的情况下， 能发生很大的应变，然后应力又增加， 直至断裂
2 结晶和取向的影响
（1）结晶 A.结晶度 B.球晶尺寸 C.由伸直链组成的纤维状晶体，其抗拉性能较折叠链 晶体优越得多。 （2）取向
3 应力集中物的影响 4 增塑剂的影响 5 填料的影响 6 共聚和共混的影响
7 外力作用速度和温度的影响
（1）外力作用速度 ）
（2）温度 ）
（四）影响高聚物冲击强度的因素
结晶高聚物拉伸过程应力-应变曲 线及试样外形变化示意图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
颈部分逐渐缩短，直至整个试样完全变 细。
C.应力几乎不变而应变不断增加， 但总的应变值随高聚物不同而不 同。 ③ A.成颈后的试样重新被均匀拉 伸 B.须进一步增大应力，才能使 微晶间或者分子间发生位移，最
结晶高聚物拉伸过程应力-应变曲 线及试样外形变化示意图
2 温度和外力作用速度
①温度对材料的冲击强度影响很大。 T↑→冲击强度↑ ②外力作用速度 作用时间↑，相当于温度↑。
影响冲击强度的因素