流變學第八章ppt課件(完整版)

　　

【正文】 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。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。對處于玻璃態的聚合物來說，鏈段是被凍結的。原因可能有兩個方面 ，一方面屈服后鏈段開始運動，與線彈性變形涉及的鍵拉伸等變形相比所需應力較??；另一方面是在屈服后試樣的截面積變小，達到同一應力所需的作用力就相應較小，而應力應變曲線中的工程應力仍以原始面積計算應力。在斷裂面的光滑區有肋狀條紋和雙曲線形狀的次級斷裂線；在粗糙區是快速斷裂形成的山脊狀特征。 8. 2 聚合物的斷裂過程和斷裂強度 線型的無定型聚合物的斷裂過程 (TTg) 非晶態高聚物的應力－應變曲線 (1) 脆性斷裂 (2) 韌性斷裂 (1) 脆性斷裂 定義： 如果斷裂發生在 a點以下，材料不發生屈服，這種斷裂稱為脆性斷裂。材料斷裂時的應力叫做 斷裂強度 。變形的情況也十分復雜。在設計一種聚合物材料時、了解其斷裂和破壞行為，即其斷裂強度、延伸、屈服等是十分重要的 8. 1 聚合物的斷裂模式 聚合物的斷裂現象十分復雜，聚合物材料的斷裂模式是多種多樣的。材料在沖擊載荷作用下的斷裂也屬于這 — 類，其特殊性僅在于加載速率非常之高 (4) 環境應力開裂 —— 材料在腐蝕件環境 (包括溶劑 )和應力的共同作用下發生開裂。斷裂的前只發生很小的變形，斷裂后變形消失 特征： 應變較小，低于彈性極限 a點，應力應變有線性關系，在該范圍材料變形是線性彈性，符合虎克定律 ?＝ E?。雙曲線形狀的次級斷裂的尖端指向裂紋源。這種應力下降的現象稱為應力軟化，是材料屈服的特征 超過屈服后發生斷裂的現象一般稱為韌性斷裂。由于受外力的作用鏈段被迫運動產生較大的變形，因此這種性質被稱為強迫高彈性。同時其屈服應力較高，彈性模量較高。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。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。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。 ?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。通常稱為剪切屈服。通過拉伸比和應力為零的一點作真應力應變曲線的切線，則相切點 A的真應力符合式 83的條件，該點時的真實應力為屈服真應力 Considere作圖法 Considere作圖法可用來判斷一種聚合物是否屈服和冷拉伸。因此聚合物的強度就與單位面積上的鍵的數目及健的強度有關。＝ 1010m)，因此 1cm2面積內完全平行排列的分子級數目 N為 5 1014個，所以 N個鍵同時斷裂的最大理論強度 (?T)應為： ?T＝每個鍵的強度 (?max) 單位面積上的鍵數目 (N) ＝ ( 109) 5 1014/ 1 cm2 ＝ 強度和模量的關系 強度和模量是兩個不同的概念，強度為抵抗斷裂的能力，而模量則是抵抗變形的能力，表示材料的剛性，但它們之間基本上成平行關系?；谶@ — 情況，斷裂的裂縫理論認為，這些裂縫和缺陷會使應力局部集中于其尖端，大大超過試樣受到的平均應力，當它達到和超過某一臨界條件時，裂縫失去穩定性而發生擴展，最終在低的名義應力下引起材料的斷裂 聚合物斷裂的裂縫理論 有裂縫的材料極易裂開，并且裂縫端部的銳度對裂縫的擴展影響很大。在垂直于長抽方向上施以均勻張應力 ?0，經計算指出，橢圓邊上某點的抗張應力在該點的法向與外加應力垂直時 (即在長軸的二端點 )為最大，以 ?t表示，它等于： ?????? ?? bat 210?? （ 8－ 10） 此式說明，橢圓長短軸之比 a/b越大，應力越集中，下圖示意了圓孔和橢圓孔在垂直于外加張力的截面上的應力分布情況 與外力垂直方向上的應力分布 當 ab，它的外形就像一道狹窄的裂縫。能否以應力水平作為判據 ?還是另有別的更恰當的依據？ Griffith從能量平衡的觀點研究了斷裂過程，認為： ① 斷裂要產生新的表面，需要一定的表面能，斷裂產生新表面所需要的表面能是由材料內部彈性儲能的減少來補償的； ②彈性儲能在材料中的分布是不均勻的，在材料的裂縫附近集中了大量彈性儲能，這就是說．有裂縫的地方要比其他地方有更多的彈性儲能來供給產生新表面所需的表面能，致使材料在裂縫處先行斷裂。在此臨界應力以上裂縫擴展，材料勢必斷裂 （ 8－ 18） （ 8－ 17） 實驗發現，兒乎在所有的情況下，實測表面能遠高于它的理淪值?s (根據分子結構模型計算出來的理論表面能多半在 1J/m2)。斷裂的分子理論認為，材料的斷裂也是一個松弛過程，宏觀斷裂是微觀化學鍵斷裂的熱活化過程，即當原子熱運動的無規熱漲落能量超過束縛原子間的勢壘時，會使化學鍵離解，從而發生斷裂 若以狀態 A和狀態 B分別表示未斷鍵和已斷鍵，如下圖 (a)所示。溫度的作用反映于 kT項，該項為體系的熱能，比值 (U0－ ??) /kT的大小表示熱漲落引起鍵離解的難易程度 ?????? ??? kTUNNf ????? 00* e x p（ 8－ 22） ?????? ???kTUCf??? 0ln此式表明，材料的承載壽命 ln?f與應力和溫度倒數 1/T呈現線性關系。因此，固體的強度是受外力影響時所表現出來的穩定性的量度，它不僅取決于原子間約束紹力，還取決于熱運動的強度 隨著近代物理與物理化學方面測試技術的進步，現已能直接觀察共價鍵斷裂這樣的微觀過程。但是，在應力狀態下，即試樣受到外力作用時， A狀態的勢能將提高，并大于 B狀態，如圖 (b)，使 A?B的勢壘 (活化能 )降低。玻璃也不例外，在其尖端處仍存在一極薄的塑性形變層。該值與應力的類型及大 小、裂縫尺寸、試樣的幾何形狀等有關 ?—— 產生每單位面積裂縫的表面功，反映材料抵抗裂縫擴展的一種性質。該式說明應力集中隨平均應力的增大和裂縫尖端處半徑的減小而增大。如若在裂口根部剪成一圓孔，它就較難擴展。圖 8. 14表示了 — 些高聚物的 ?B ?y關系 〔 ?B在 1800C下測定， ?y在 200C(?)和 200C (O)下測定