聚合物(高分子材料)的力学性能
合集下载
相关主题
- 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)。
50-70°C 70°C
Results
脆性断裂 屈服后断裂
韧性断裂 无屈服
30
M1
25
P173
20
Yield stress(MPa)
15
10
5 20
40
60Baidu Nhomakorabea
80
Temperature(oC)
100
120
屈服应力与测试温度的关系曲线
（b）应变速率
(1)
(3)
应变速率
(2)
(4) 1＞2＞3＞4
应力
弹性变形后继续施加载荷，则产生塑性形变，称为继 续屈服，包括： •应变软化：屈服后，应变增加，应力反而有稍许下跌
的现象，原因至今尚不清楚。 •呈现塑性不稳定性，最常见的为细颈。 •塑性形变产生热量，试样温度升高，变软。 •发生“取向硬化”，应力急剧上升。 •试样断裂。
11.2.1 细颈
本质：剪切力作用下发生塑性流动 A0
第十一章 聚合物的力学性能
主要学习内容
高分子材料的 拉伸应力-应变特性
应力－应变曲线及其类型 影响拉伸行为的外部因素 强迫高弹形变与“冷拉伸”
高分子材料的 断裂和强度
宏观断裂方式，脆性断裂和韧性断裂 断裂过程，断裂的分子理论 高分子材料的强度
高分子材料的增强改性
高分子材料的 抗冲击强度和增韧改性
抗冲击强度实验 影响抗冲击强度的因素 高分子材料的增韧改性
E A A
B point:
Breaking point 断裂点
A 弹性极限应变 A弹性极限应力 B 断裂伸长率 B断裂强度 Y 屈服应力
从分子运动机理解释形变过程
你能解 释吗？
弹性形变 断裂
屈服
应变硬化
应变软化 冷拉
12
10
1psi
8
= 6890Pa
6
, 1000 psi
Strain
(6)断裂韧性
以应力应变曲线测定的韧性
d 量纲=Pam/m=N/m2 m/m= J/m3
影响应力－应变曲线的因素
T
(a) 不同温度
T
Temperature
a: T<<Tg b: T<Tg
c: T<Tg (几十度) d: T接近Tg
Example-PVC
0°C 0-50°C
应变软化更明显， 冷拉时晶片倾斜、 滑移、转动，形成 微晶或微纤束。
(e) The Size of Spherulites 球晶大 小
(f) The Degree of Crystallization 结晶 度
§11.1.2 晶态聚合物的应力一应变曲线
整个曲线可分为三个阶段： 到y点后，试样截面开始变得不均匀，出现 “细颈”。
屈 取向。 服 •高聚物在屈服点的应变相当大，剪切屈服应变为10%－ 主 20%（与金属相比）。
•屈服点以后，大多数高聚物呈现应变软化，有些还非常
要 迅速。 特 •屈服应力对应变速率和温度都敏感。 征 •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”。
Strain softening 应变软化
11.1应力－应变曲线 测试拉伸性质的样品
(a)
(b)
§ 11.1.1 非晶态高聚物的应力-应变曲线
σ B
Y
σB σy
0
εB
ε
非晶态高聚物的应力-应变曲线
应力-应变曲线
A point: Point of elastic limit 弹性极限点
Y point: Yielding point 屈服点
区别：（1）产生冷拉的温度范围不同，非晶态聚合物的冷
拉温度区间是Tb到Tg，而结晶聚合物则为Tg至Tm。 （2）非晶态聚合物在冷拉过程中聚集态结构的变化比晶态聚 合物简单得多，它只发生分子链的取向，并不发生相变，而 后者尚包含有结晶的破坏，取向和再结晶等过程。
§ 11.1.3 应力一应变曲线类型
聚合物应力－应变类型
晶态聚合物“冷拉”的原因： •晶态：Tm以下，发生结晶的破坏， 取向，再结晶过程，与温度、应 变速率、结晶度、结晶形态有关。 •非晶态：Tg以下冷拉，只发生分 子链的取向
结晶聚合物应力－应变曲线
非晶态聚合物与结晶聚合物的拉伸比较
相似之处：两种拉伸过程均经历弹性变形、屈服、发展大形
变以及应变硬化等阶段，其中大形变在室温时都不能自发回 复，而加热后则产生回复，故本质上两种拉伸过程造成的大 形变都是高弹形变。该现象通常称为“冷拉”。
当法向应力大于拉伸强度，材料发生 断裂 当切向应力大于剪切强度，材料发生 屈服
几何因素决定细颈产生的位置： 试样尺寸在各处的微小差异，导致应力
的差异，在某一点将首先达到屈服点，使形 变更为容易。
工程应力和真应力 Engineering stress and true stress
Engineering stress
应变
Example: PMMA
(c) 不同的化学结构
a: 脆性材料 b: 半脆性材料 c: 韧性材料 d: 橡胶
酚醛或环氧树脂 PS, PMMA PP, PE, PC Nature rubber, PIB
(d) Crystallization 结晶
与非晶态聚 合物的拉伸 机理相同吗？
结晶聚合物应力－应变曲线
e
F A0
True stress
true
F A
Force Initial cross-section area Force Cross-section area
F
F
F
F
Fn
F
A
F
α
Fs
正应力
0
F A0
斜截面面积 A A0 sin
法向力 Fn＝F·sinα
切向力 Fs＝F·cosα
法应力： n
Fn A
0
sin 2
切应力： S
FS A
0
sin cos
1 2
0
sin
2
∴当α＝90°时，法向应力最大； α＝45°或135°，切向应力最大
“软”和“硬”用于区分 模量的低或高，“弱”和 “强”是指强度的大小， “脆”是指无屈服现象而 且断裂伸长很小，“韧” 是指其断裂伸长和断裂应 力都较高的情况，有时可 将断裂功作为“韧性”的 标志。
11.2 聚合物的屈服
•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
4
2
0
注意细颈
0
1
2
3
4
5
现象
, inch
非晶态聚合物典型应力-应变曲线
Stress
Elongation at yield
Elongation at break
重要参数： (1)杨氏模量 (2)屈服强度
Yield stress
Ultimate (3)屈服应变
Strength
(4)断裂强度 (5)断裂伸长率
Results
脆性断裂 屈服后断裂
韧性断裂 无屈服
30
M1
25
P173
20
Yield stress(MPa)
15
10
5 20
40
60Baidu Nhomakorabea
80
Temperature(oC)
100
120
屈服应力与测试温度的关系曲线
（b）应变速率
(1)
(3)
应变速率
(2)
(4) 1＞2＞3＞4
应力
弹性变形后继续施加载荷，则产生塑性形变，称为继 续屈服，包括： •应变软化：屈服后，应变增加，应力反而有稍许下跌
的现象，原因至今尚不清楚。 •呈现塑性不稳定性，最常见的为细颈。 •塑性形变产生热量，试样温度升高，变软。 •发生“取向硬化”，应力急剧上升。 •试样断裂。
11.2.1 细颈
本质：剪切力作用下发生塑性流动 A0
第十一章 聚合物的力学性能
主要学习内容
高分子材料的 拉伸应力-应变特性
应力－应变曲线及其类型 影响拉伸行为的外部因素 强迫高弹形变与“冷拉伸”
高分子材料的 断裂和强度
宏观断裂方式，脆性断裂和韧性断裂 断裂过程，断裂的分子理论 高分子材料的强度
高分子材料的增强改性
高分子材料的 抗冲击强度和增韧改性
抗冲击强度实验 影响抗冲击强度的因素 高分子材料的增韧改性
E A A
B point:
Breaking point 断裂点
A 弹性极限应变 A弹性极限应力 B 断裂伸长率 B断裂强度 Y 屈服应力
从分子运动机理解释形变过程
你能解 释吗？
弹性形变 断裂
屈服
应变硬化
应变软化 冷拉
12
10
1psi
8
= 6890Pa
6
, 1000 psi
Strain
(6)断裂韧性
以应力应变曲线测定的韧性
d 量纲=Pam/m=N/m2 m/m= J/m3
影响应力－应变曲线的因素
T
(a) 不同温度
T
Temperature
a: T<<Tg b: T<Tg
c: T<Tg (几十度) d: T接近Tg
Example-PVC
0°C 0-50°C
应变软化更明显， 冷拉时晶片倾斜、 滑移、转动，形成 微晶或微纤束。
(e) The Size of Spherulites 球晶大 小
(f) The Degree of Crystallization 结晶 度
§11.1.2 晶态聚合物的应力一应变曲线
整个曲线可分为三个阶段： 到y点后，试样截面开始变得不均匀，出现 “细颈”。
屈 取向。 服 •高聚物在屈服点的应变相当大，剪切屈服应变为10%－ 主 20%（与金属相比）。
•屈服点以后，大多数高聚物呈现应变软化，有些还非常
要 迅速。 特 •屈服应力对应变速率和温度都敏感。 征 •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”。
Strain softening 应变软化
11.1应力－应变曲线 测试拉伸性质的样品
(a)
(b)
§ 11.1.1 非晶态高聚物的应力-应变曲线
σ B
Y
σB σy
0
εB
ε
非晶态高聚物的应力-应变曲线
应力-应变曲线
A point: Point of elastic limit 弹性极限点
Y point: Yielding point 屈服点
区别：（1）产生冷拉的温度范围不同，非晶态聚合物的冷
拉温度区间是Tb到Tg，而结晶聚合物则为Tg至Tm。 （2）非晶态聚合物在冷拉过程中聚集态结构的变化比晶态聚 合物简单得多，它只发生分子链的取向，并不发生相变，而 后者尚包含有结晶的破坏，取向和再结晶等过程。
§ 11.1.3 应力一应变曲线类型
聚合物应力－应变类型
晶态聚合物“冷拉”的原因： •晶态：Tm以下，发生结晶的破坏， 取向，再结晶过程，与温度、应 变速率、结晶度、结晶形态有关。 •非晶态：Tg以下冷拉，只发生分 子链的取向
结晶聚合物应力－应变曲线
非晶态聚合物与结晶聚合物的拉伸比较
相似之处：两种拉伸过程均经历弹性变形、屈服、发展大形
变以及应变硬化等阶段，其中大形变在室温时都不能自发回 复，而加热后则产生回复，故本质上两种拉伸过程造成的大 形变都是高弹形变。该现象通常称为“冷拉”。
当法向应力大于拉伸强度，材料发生 断裂 当切向应力大于剪切强度，材料发生 屈服
几何因素决定细颈产生的位置： 试样尺寸在各处的微小差异，导致应力
的差异，在某一点将首先达到屈服点，使形 变更为容易。
工程应力和真应力 Engineering stress and true stress
Engineering stress
应变
Example: PMMA
(c) 不同的化学结构
a: 脆性材料 b: 半脆性材料 c: 韧性材料 d: 橡胶
酚醛或环氧树脂 PS, PMMA PP, PE, PC Nature rubber, PIB
(d) Crystallization 结晶
与非晶态聚 合物的拉伸 机理相同吗？
结晶聚合物应力－应变曲线
e
F A0
True stress
true
F A
Force Initial cross-section area Force Cross-section area
F
F
F
F
Fn
F
A
F
α
Fs
正应力
0
F A0
斜截面面积 A A0 sin
法向力 Fn＝F·sinα
切向力 Fs＝F·cosα
法应力： n
Fn A
0
sin 2
切应力： S
FS A
0
sin cos
1 2
0
sin
2
∴当α＝90°时，法向应力最大； α＝45°或135°，切向应力最大
“软”和“硬”用于区分 模量的低或高，“弱”和 “强”是指强度的大小， “脆”是指无屈服现象而 且断裂伸长很小，“韧” 是指其断裂伸长和断裂应 力都较高的情况，有时可 将断裂功作为“韧性”的 标志。
11.2 聚合物的屈服
•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
4
2
0
注意细颈
0
1
2
3
4
5
现象
, inch
非晶态聚合物典型应力-应变曲线
Stress
Elongation at yield
Elongation at break
重要参数： (1)杨氏模量 (2)屈服强度
Yield stress
Ultimate (3)屈服应变
Strength
(4)断裂强度 (5)断裂伸长率