流變學第八章ppt課件-文庫吧在線文庫

　　

【正文】 破裂的最大應力。這種韌性斷裂稱為“非應變硬化斷裂” 在屈服后應力基本不變而應變不斷增大，在試樣的某些部位截面則突然縮小，形成一個細頸。但是，當外力除去后，因為處于玻璃態，這種彈性變形被“凍結”起來，只有加熱至 Tg以上時才有可能回復 韌性 表示在外力作用下材料變形破壞時外力所作的功，可以用下圖曲線下的面積大小表示。這種材料也稱為柔性材料，其柔性好。最后當外力高于分子間力和鍵力時發生斷裂。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。下圖為不同溫度時聚甲基丙烯酸甲酯的應力應變曲線。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。如果溫度較高，則屈服后的變形可能大部分由分子鏈相互滑移造成，是不可回復的形變，這種變形可稱為塑性變形。橡膠在溫度高于 Tg時，如氯丁膠屬于這種情況 ? 第二種情況 (圖 b)：在曲線有一點可畫出通過 ?f＝ 0， ?＝ 0點的切線。分子間范德華力、氫鍵和共價鍵三種力的能量的數量級分別為 l～5kcal/mol， 2～ 10kcal/mol、 70～ 100kcal/mol(1kcal＝ 103J) 實驗已經證明，斷裂時化學鍵有可能被拉斷，這也是分子斷裂理論的基礎。一般來說，分子量越大，強度也越高， 在一定范圍內，可用下式表示 nB MBA ??? （ 8－ 8） 分子量對屈服強度的直接影響不明顯，但影響脆性強度及斷裂行為。這表明，尖銳裂縫尖端處的實際應力相當大。這樣，當應力集中到一定程度時就會達到和超過分子、原子的最大內聚力而使材料破壞 . 。它不同于沖擊強度，也不同于應力一應變曲線覆蓋面積所表征的“韌性”概念 （ 8－ 12） A????Griffith最初針對無機玻璃、陶瓷等脆性材料確定裂縫擴展力為： EadAd 2???? ??（ 8－ 13） a—— 無限大薄板上裂縫長度之半； ?—— 張應力； E—— 材料的彈性模量 將式 (8－ 13)代人式 (8－ 12)，則得到引起裂縫擴展的臨界應力 ?c，如下式所示： 21?????? ??aEc ??（ 8－ 14） et JtJ ???? )(limGriffith又假定，脆性玻璃無塑性流動，裂縫增長所需的表面功僅與表面能 ?s（表面張力）有關，因此 s?2??（ 8－ 15） 212???????aE sc ??? （ 8－ 16） 21?????? ??aEc ?? 脆性固體斷裂的 Griffith能量判據方程 式中，并未出現尖端半徑，即它適用于尖端無曲率半徑的 “ 線裂縫” 的情況。因此，裂縫擴展所需要的能量還應包括這一區域的塑性功 ?p，即 ?＝ ?s＋ ?p。于是， A?B的幾率顯著增加， B?A的幾率則顯著減少，過程由 A?B，即發個鍵的斷裂。從獲得的資料，不僅進 — 步證實了上述固體強度的分子動力學性質．而且還了解到斷裂的詳細微觀歷程，它大致可分為 三個階段 第一階段： 由于結構的不均一性，使負載分布不均勻，結果在一些鍵上應力集中形成局部斷裂微點。從 (U0－ ??)項看出，應力的作用在于減低了鍵的離解能，促進了熱漲落的離解效應。下述分子動力學理論，則從微觀上闡明了斷裂的本質 Griffith理論本質上是一個熱力學理論，它只考慮了為斷裂形成新表面所需要的能量之間的關系，沒有考慮聚合物材料斷裂的時間因素，這也是該理論的不足之處。后來進一步證明，應力處于臨界狀態 ?c時，裂縫尖端處的應力集中達到了分子結合的程度。一個具有尖銳裂縫的材料，有沒有有限的強度？為了得到一個滿意的答案，必須進一步弄清楚發生斷裂的必要條件和充分條件。圓孔使應力集中了三倍 假如在薄板上刻一橢圓孔 (長軸直徑為 2a，短軸直徑為 2b)，該板為無限大的虎克行為體。如果我們使們不同結構參數的纖維，并用其強度對相應的結晶度作圖，將會發現實驗點十分散亂，這充分說明結晶度不是決定強度的主要因素 聚丙烯球晶尺寸與力學性質的關系 實踐證明，現今的工藝水平尚不能保證在材料的表面和結構中不存亂缺陷 (如表面劃痕、內部夾雜、微孔、銀紋、裂縫、晶界、相界面等 )。)2 (1 197。如果高分子鏈的排列方向是垂直于受力方向的，則斷列時可能是范德華力或氫鍵的破壞 聚合物微觀斷裂過程的三種模型示意圖 聚合物的斷裂涉及到化學鍵 (在碳鏈聚合物中為 C— C鏈 )的斷裂。屈服應力符合如下條件： (82) 工程應力應變曲線與真應力應變曲線 010?? ??? ddFAdd ?f＝ ??， ?＝ ?f /? 01 2 ??????? ??ffdddd ???????0??????? ?ffdd ???????? ffdd ?或 ?＝ 1＋ ?， d?＝ d? ?????? fffdddd ??式 83為在真應力應變曲線上屈服時的真實應力應符合的條件 (83) 用作圖法求出屈服時的真應力，該方法稱為 Considere作圖法，如下圖所示。一般應力性質變化時其斷裂行為變化趨勢如下 壓縮 簡單剪切 拉伸 沖擊 延性減小 脆性增大 動態負荷下，聚合物在 106— 107周期后破裂，同時應力水平比靜態負荷下的屈服應力或極限應力低得多 在長時間應力作用下，由于聚合物的蠕變，聚合物的斷裂強度降低 固體聚合物的屈服行為 在拉伸試驗中固體聚合物發生屈服時，發生剪切變形。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。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。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。 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，