非晶态高聚物的应力-应变曲线-微课脚本

各位同学，大家好，今天给大家讲解非晶态高聚物的应力-应变曲线。材料在外力作用下被拉长，应力与应变都会发生变化，非极限范围内的小形变，可用模量来表示形变特性：E；极限范围内的大形变，即聚合物材料的破坏过程中，常伴有不可逆形变（即流动），因而不能用反映小形变特性的模量表示，要用应力～应变曲线来反映这一过程。（第2张PPT）应力-应变实验可以通过万能试验机实现，首先要按照国家标准或者国际标准制备标准样条，选择合适的拉伸或者弯曲速度、外界温度和湿度，再通过测试软件，输入相关实验参数和样条尺寸，最后获得应力-应变曲线。（第3张PPT）典型的非晶态聚合物在玻璃态的应力-应变曲线如图所示：OA段为弹性形变；Y点为屈服点；YN段为应变软化段；ND段为塑性形变，也称强迫高弹形变；DB段为应变硬化。（第4张PPT）

从应力-应变曲线可以获得的被拉伸聚合物的信息有：OA段斜率为聚合物的杨氏模量；Y点强度为聚合物的屈服强度；B点强度为聚合物的断裂强度；B点伸长率为聚合物的断裂伸长率；曲线下的面积为聚合物的断裂韧性；Y点前为弹性区域，Y点后为塑性区域。（第5张PPT）

应力-应变曲线特征及分析，（1）弹性形变，也称普弹形变，OA段，A点亦称为比例极限。主要是由键长、键角变化所引起的，应力-应变关系符合虎克定律，形变小、可回复，试样均匀拉伸。（第6张PPT）

（2）屈服点（Y点），Y点称为屈服点，对应的应力为屈服强度σy，应变为屈服应变εy。屈服现象是指应变增加而应力不变或是先下降后不变的现象。发生屈服时，材料的截面突然变得不均匀，出现“细颈”。（第7张PPT）（3）应变软化（YN段）。应变软化是指高聚物在过了屈服点以后，应变增加，应力反而下降的现象。在此阶段，“细颈”形成（第8张PPT）

（4）强迫高弹形变（ND段）。高分子的链段发生运动，即在大外力的帮助下，玻璃态高聚物本来被冻结的链段被强迫运动，使高分子链发生伸展，产生大的形变，所以称为强迫高弹形变。在强迫高弹形变发生之后，如果去除外力，由于高聚物本身处于玻璃态，在无外力时，链段不能运动，因而高弹形变被固定下来，称为“永久形变”。这种形变从本质上说是可逆的，但对塑料来说，则需要加热使温度高于玻璃化转变温度才有可能消除。（第9张PPT）

（5）粘性流动（DB段）。在应力的持续作用下，链段沿外力方向运动，伴随发生分子间的滑动，在应力集中的部位，可能发生部分链的断裂。此时随应变增加，应力急剧进一步增加的现象称为应变硬化。由于发生分子链的位移，形变是不可逆的。由于它是在强力作用及室温下发生的大分子链的相对滑脱，又称冷流。（第10、11张PPT）

（6）断裂点(B点).该点对应的应力称为断裂强度σB ，应变称为断裂伸长率εB。应力-应变曲线下的面积，成为断裂能S，反映材料的拉伸断裂韧性大小，但是不能反映冲击韧性大小，冲击韧性大小需要材料进行冲击试验获得。（第12张PPT）从应力-应变曲线可以得到以下重要力学指标：E越大，材料越硬，判断材料的软硬；σB 或σy越大，材料越强，判断材料的强弱；εB或S越大，说明材料越韧，判断材料的韧脆。

谢谢大家！