《流變學第八章》ppt課件-文庫吧

【正文】 此這時應力應變曲線中沒有屈服點．或者說它的 ?y＝ 0。其應力應變關系為非線性的，如下圖 d所示 綜上所述，線型無定型聚合物的斷裂過程大致可分為以下六種類型，它們拉伸時的應力應變曲線如下圖所示 硬而脆的材料 硬而強的材料 強而韌的材料 軟而韌的材料 軟而弱的材料 弱而脆的材料 1) 硬而脆的材料 ，它在屈服點前發生脆性斷裂、應力應變曲線的斜率較大，即具有較高的彈性模量；同時斷裂時的應力較高，即具有較高的斷裂抗拉強度。無定型聚苯烯的斷裂屬于這種類型 2) 硬而強的材料 ，它在斷裂前發生屈服，為韌性斷裂，但只有應力軟化，斷裂強度低于屈服應力，斷裂延伸較小，即斷裂能小，韌性小。同時其屈服應力較高，彈性模量較高。硬聚氯乙烯的斷裂屬于這種類型 3) 強而韌的材料 ，它發生屈服，延伸率大，并發生應變硬化，斷裂強度高于屈服應力；同時模量高，斷裂強度也高，是高性能的材料。工程塑料如聚碳酸酯的斷裂屬于這種類型 4) 軟而韌的材料 ，它在較低的應力發生屈服，模量較低，但斷裂延伸較大，斷裂應力也較低。這種材料也稱為柔性材料，其柔性好。軟聚氯乙烯、低密度聚乙烯的斷裂屬于這種類型 5) 軟而弱的材料 ，它的模量低，但有 — 定延伸，斷裂強度低。末硫化的橡膠的斷裂屬于這種類型 6) 弱而脆的材料 ，它發生脆性斷裂，而且模量很低。固體狀態的低聚物，如熱塑性酚醛樹脂、環氧樹脂的斷裂屆于這種類型，它們必須經交聯形成網狀結構才能作為材料使用 評判材料的力學性能的標準可歸納為下表 晶態聚合物的斷裂行為 未取向的結晶聚合物拉伸斷裂時的應力應變曲線通常如圖中 c的形狀，即發生細頸現象并有應變硬化現象。 解釋： 當應力達到屈服應力時．外力已足夠克服晶格能，結晶破壞，開始出現細頸，同時鏈段開始運動，產生強迫高彈形變，分子鏈段沿拉伸方向取向，并重新形成結晶。如果這時聚合物重新結晶的速度足夠大，那么分子鏈會沿外力方向更新排列成結晶，成為取向態的聚合物結晶，如果結晶速率太低，就成為取向的無定形聚合物。等細頸發展完全，即分子鏈完全取向后。應力開始上升，即進一步變形要克服分子間的力甚至鍵力，即發生應變硬化。最后當外力高于分子間力和鍵力時發生斷裂。因此在結晶聚合切斷裂過程中有相變發生，即首先結晶破壞，然后在取向過程重新形成結晶或形成取向的無定形聚合物。 拉伸時出現細頸的應力稱為重結晶應力或強迫高彈性應力，是結晶聚合物的重要機械性能之一。重結晶應力與無定形聚合物的屈服應力在概念上是有區別的，但實際應用中往往不加區分 如果結晶聚合物已經取向拉伸，則有各向異性。結晶聚合物經拉伸取向后，在拉伸方向的強度大大高于未拉伸方向的強度。要得到兩個方向均勻的強度，可以進行雙向拉伸，例如雙向拉伸的聚丙烯薄膜 單向拉伸的結晶聚合物的斷裂行為與拉伸的方向有關。拉伸方向與原來單向拉伸取向方向相同。如取向程度已相當高，則拉伸時不再發生屈服，延伸率也較小；如取向程度較低，則可能有較大的延伸 拉伸方向與原來取向的方向垂直，則如果脆性斷裂強度低于重結晶應力，即在重結晶前斷裂，則發生脆性斷裂，強度較低；如重結晶應力較低，則斷裂過程類似于未取向的結晶聚合物，分子鏈在垂直方向重新取向和結晶，最后得到與原取向方向垂直的新結晶聚合物，最后經應變硬化斷裂 拉伸的影響 ．橡膠的斷裂 橡膠為輕度交聯的聚合物，其平衡應力應變關系已在第 5章中進行了討論。橡膠的斷裂過程與線型聚合物有所不同，在高于 Tg時，其應力應交曲線中沒有屈服點 在不同應變速率下 (或不同溫度下 )測定橡膠的應力應變曲線，可得到如圖的結果。圖中 OA、 OB、 OC等為在不同應變速率下測得的應力應變曲線，應變速率按圖中箭頭方向增大。 A、 B、 C各點為不同應變速率時的斷裂點。由圖可見，隨著應變速率的提高，斷裂應力提高，而延伸率先升后降。將斷裂點 A、 B、 C等連接起來得到的曲線稱為包絡線 橡膠的斷裂行為 根據包絡線、可以分析橡膠的力學行為。例如在某溫度 G時，如保持 ?G不變，提高溫度，這時應力發生松弛降低到 G?時與包絡線相交，試樣斷裂。如保持應力不變，提高溫度則應變發展到與包絡線相交于 G?點，試樣斷裂。但如果試樣處于D時，則提高溫度時，應力應變不會與包絡線相交，而與 OA相交 溫度和應變速率對斷裂行為的影響 (1) 溫度的影響 溫度對線型聚合物的斷裂行為有很大影響。下圖為不同溫度時聚甲基丙烯酸甲酯的應力應變曲線。溫度的改變可使其斷裂從脆性斷裂變為韌性斷裂。如圖所示，在溫度低于 400C時，它表現為脆性斷裂，模量和斷裂強度隨溫度的升高而降低。溫度高于 400C時，它表現為韌性斷裂，隨溫度的上升延伸提高，屈服應力下降 溫度對斷裂行為的影響 屈服點 根據 IudwikDavidenkovOrowan脆性 — 延性轉交理論，假定脆性斷裂 (斷裂應力為 ?B) 和韌性斷裂 (屈服應力 ?y)是相互獨立的過程，它們對溫度有不同的依賴關系。隨溫度的升高，它們都隨之下降，但下降的速率不同，在溫度低時，脆性斷裂應力 ?B低于屈服應力 ?y，因此當外力首先達到 ?B時，發生脆性斷裂。 ?B隨溫度下降的變化率較 ?y隨溫度的變化率小，因而兩條曲線之間會在某個溫度相交，該溫度就是脆性韌性斷裂轉變溫度。對輕度交聯聚合物即橡膠而言，該溫度稱為脆化溫度 TB 脆性韌性轉變溫度 (2) 應變速率的影響 根據時溫等效原理，應變速率變化與溫度變化等效．即提高應變速率與降低溫度等效，降低應變速率與升高溫度等效。下圖為聚丙烯在不同拉伸速率時的斷裂行為，由圖可見，在高拉伸速率時的行為與低溫時相同，表現為延伸較小，韌性降低 聚丙烯在不同拉伸速率時的斷裂行為 從分子角度看，在低溫和高應變速率下，分子鏈段不能運動，因而表現出脆性。而提高溫度和在低應變速率下，分子鏈段有足夠的時間運動、因而表現出韌性 （ 3）應力性質的影響 在不同性質應力作用下，同一材料可表現山不同的斷裂行為。施加流體靜壓力，可以使脆性固體表現在延性。例如固化的酚醛樹脂在拉伸試驗中表現出脆性斷裂，而在純剪切或壓力下有可能表現出延性。很多聚合物在拉伸和彎曲試驗中表現出脆性，而在其他應力作用下可以發生屈服，甚至表現出高度的延性，壓疽試驗是測定材料強度的一種方法，脆性材料在壓痕試驗中表現出延性，材料表現被鋼球壓出凹痕而不致破裂，因此硬度也是脆性固體塑性的表現。一般應力性質