流變學第八章ppt課件(專業版)

　　

【正文】 可近似 ?????? ?? kTU ABe x p0* ?? （ 8－ 20） ???? 0UU ABUAB為應變下 A?B的勢壘 （ 8－ 21） ?????? ??? kTU ???? 00* e x p（ 8－ 22） U0為未應變時 UAB的值， ?為常數，稱為活化體積，它與聚合物的分子結構和分子間力有關，其值大致與原子鍵離解的活化體積相當 為了衡量材料的強度，規定必須有一定數目的鍵破裂，以致剩余的完整鍵失去承載的能力。它指出，對于長度為 2a的某裂縫，只要外應力 ??c，裂縫能穩定，材料有安全的保證 212???????aE sc ???Ea sc ??? 2)( 21 ?應力強度因子KI 21)( aK c ????KI的定義告訴我們，材料的斷裂與外應力和銀紋長度的乘積有關。在一薄板上刻出一園孔，施以平均張應力 ?0，在孔邊上與 ?0方向成 ?角的切向應力分量 ?t可表示為： ???? 2c o s2 00 ??t （ 8－ 9） 此式指出，在通過圓心并和應力平行的方向上 (?＝ 0)，孔邊切向應力等于 ?0。為： drdU??由圖中曲線 b，顯然 r r0時， ?0，此時為引力； r r0時， ?0，此時為斥力；在 r＝ r0時，引力和斥力相等， ?=0 (84) 如果使鍵破壞則需作功，此功實際上就是鍵能： ??? 00 r drU ? (85) 若 r0為原點，原子間距拉長的形變 x為橫坐標，力 ?為縱坐標，可作出下圖所示的曲線 成鍵原子間作用力隨原子間距的變化 顯然，此曲線的極大值 ?max即是單個鍵的強度。下圖畫出了工程應力應變曲線和真應力應變曲線。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。 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。延伸率 (斷裂時的應變 )越大，斷裂能愈高 如果線性聚合物的溫度高于 Tg，它又處于高彈態，因此這時應力應變曲線中沒有屈服點．或者說它的 ?y＝ 0。發生屈服時的應力稱為屈服應力，用 ?y表示。很難說磨損磨耗的機理純粹是材料的斷裂過程，因為制件在摩擦中產生的熱量能使材料升溫，溫度過高時，會引起材料的局部熔化、降解和氧化反應等。聚合物作為 — 種材料，用途廣泛，對性質的要求是多種多樣的，其中力學性質尤為重要。應力雖然是必要的因素，但居于第二位。強度表示固體材料對其本身破壞的阻力，也即阻止它的斷裂或者阻止它的不可逆形變時的最大應力。其中有部分變形可能涉及分子的滑移即流動。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。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。如溫度較低，屈服后發生強迫高彈性，形變大，而且大部分變形是彈性的，但被凍結，升高溫度可以回復。此外氫鍵和分子間范德華力也是決定材料強度的因素。如若在裂口根部剪成一圓孔，它就較難擴展。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。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。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。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)。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。＝ 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。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。 ?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。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。同時其屈服應力較高，彈性模量較高。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。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?。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。材料斷裂時的應力叫做 斷裂強度 。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。對處于玻璃態的聚合物來說，鏈段是被凍結的。 解釋： 當應力達到屈服應力時．外力已足夠克服晶格能，