第8章 聚合物的屈服和断裂

第8章聚合物的屈服和断裂

1.名词解释：

脆-韧转变点；细颈；剪切带；银纹；应力集中；疲劳。

脆-韧转变点：在一定应变速率下，作断裂应力和屈服应力分别与温度T的关系曲线，两条曲线的交点就是脆韧屈服转变点。

细颈：高分子材料试样条在拉伸实验中，试条某点的横截面突然快速下降的现象。剪切带：只发生在局部带状区域内的剪切变形。

银纹：聚合物在张应力作用下，于材料某些薄弱地方出现应力集中而产生局部的塑性形变和取向，以至在材料表面或内部垂直于应力方向上出现长度为100μm、宽度为10μm左右、厚度约为1μm的微细凹槽。

应力集中：受力材料在形状、尺寸急剧变化的局部或内部缺陷（孔、裂缝等）的附近出现应力显著增大的现象。

疲劳：材料或构件在周期应力作用下断裂或失效的现象，是材料在实际使用中常见的破裂

形式。

2.画出非晶态和晶态聚合物拉伸时典型的应力-应变曲线，指出曲线上的特征点及相应的应力、应变名称。

3.讨论温度、应变速度、流体静态压力对上述应力-应变曲线的影响规律。

4.简述几种组合应力作用下材料的屈服判据，比较不同判据之间的差异。

答：（1）单参数屈服判据（Tresca判据和最大形变能理论），只受正应力和切应力；（2）双参数屈服判据（Coulomb判据或MC判据），受正应力、切应力和正压力。此外考虑流体静压力的改进的Tresca和Von Mises判据也适用。

5.何谓聚合物的强度？为什么理论强度比实际强度高很多倍？

6.简述聚合物增强、增韧的途径和机理。

答：聚合物增强途径：通过添加增强剂来形成复合材料；

机理：形成复合材料，可以传递应力，避免基体应力集中，提高力学强度。

聚合物的增韧途径：添加增塑剂。

机理：银纹机理、银纹-剪切带机理、三轴应力空化机理、刚性粒子增韧机理。

7.下列几种聚合物的抗冲击性能如何？为什么？（T

（1）聚苯乙烯；（2）聚苯醚；（3）聚碳酸酯；(4)ABS;(5)聚乙烯

答：(1)聚苯乙烯，因主链挂上体积庞大的侧基苯环，使之称为难以改变构象的刚性链，使得冲击性能不好，为典型的脆性聚合物。

（2）聚苯醚，因主链含有刚性的苯环，故为难以改变构象的刚性链，冲击性能不好。

（3）聚碳酸酯，由于主链中含酯基，在-120摄氏度可产生局部模式运动，称之为β转变。在T

（5）聚乙烯，由于聚乙烯链节结构极为规整和对称，体积又小，所以聚乙烯非

常容易结晶，而且结晶度比较高。由于结晶限制了链段的运动，使之柔性不能表现出来，所以冲击性能不好。高压聚乙烯由于支化多，破坏了链的规整性，结晶度低些，冲击性能稍好些。

8.如何采用物理改性的方法制备下列材料？简述其改性机理。

（1）抗冲击聚丙烯塑料；（2）高强度丁苯橡胶；（3）高强度尼龙纤维；（4）高强度、高耐折射性的聚酯薄膜；（5）高强度环氧树脂。

9.用低密度聚乙烯改性尼龙的研究和应用报道很多。该种共混体系相容性很差，用什么方法可以改善两者的相容性？用什么实验手段可以说明相容性确实显著提高了？

10.现有一块有机玻璃（PMMA）板，内有长度为10mm的中心裂纹，该板受到一个均匀的拉伸应力δ=450e6N/m^2的作用。已知材料的临界应力强度因子

KIC=84.7e6N/m^2·m^1/2,安全系数n=1.5,问板材结构是否安全？