第八章聚合物的屈服与断裂要点.ppt

从分子运动机理解释形变过程 二、影响聚合物应力-应变曲线的因素 (2) 应变速率 玻璃态聚合物的拉伸与结晶聚合物的拉伸相似之处： 即两种拉伸过程均经历弹性变形、屈服、强迫高弹形变以及应变硬化、断裂阶段，其中强迫高弹形变在室温时都不能自发回复，而加热后则产生回复，本质上两种拉伸过程造成的大形变都是链段运动所导致高弹形变。该现象通常称为“冷拉”。 两种拉伸过程又有区别： 即产生冷拉的温度范围不同，玻璃态聚合物的冷拉温度区间是Tb到Tg，而结晶聚合物则为Tg至Tm；另一差别在于玻璃态聚合物在冷拉过程中聚集态结构的变化比晶态聚合物简单得多，它只发生分子链的取向，并不发生相变，而后者尚包含有结晶的破坏，取向和再结晶等过程。 注意：（冷拉）强迫高弹形变，对于非晶聚合物，主要是链段取向；对于结晶聚合物，主要是晶粒的变形。 这与两种拉伸过程造成的大形变都是链段运动所导致高弹形变并不矛盾。 (1) 球晶大小 (2) 结晶度 以B点为界分为二部分： B点以前（弹性区域）：除去应力，材料能恢复原样，不留任何永久变形。斜率即为杨氏模量。 B点以后（塑性区域）：除去外力后，材料不再恢复原样，而留有永久变形，我们称材料“屈服”了，B点以后总的趋势是载荷几乎不增加但形变却增加很多 Shear band剪切带 (2) Crazing 银纹 1. 剪切屈服现象及产生原因 斜截面A? 2.银纹屈服现象 银纹和剪切带均为分子链取向，吸收能量，呈现屈服现象 材料脆韧转变与温度关系 断裂应力和屈服应力谁对应变速率更敏感？ A、考虑分子结构因素 B、考虑外界因素 Discussion 外界因素 作业：1、2、3、7 8-7.下列几种高聚物的冲击性能如何？如何解释？（T Tg）（1）聚苯乙烯；（2）聚苯醚；（3）聚碳酸酯；（4）ABS； （5）聚乙烯。解:（1）聚苯乙烯：因主链挂上体积庞大的侧基苯环，使之成为难以改变构象的刚性链，使得冲击性能不好，为典型的脆性聚合物。（2）聚苯醚：链节为 ， 因主链含有刚性的苯环，故为难以改变构象的刚性链，冲击性能不好。（3）聚碳酸酯：链节为 ， 由于主链中 在-120℃可产生局部模式运动，称之为 β转变。在 T Tg时，由于外力作用， β转变吸收冲击能，使聚合物上的能量得以分散，因此冲击能好，在常温下可进行冷片冲压成型，即常温塑性加工。 （4）ABS：聚苯乙烯很脆，引进A（丙烯腈单体）后使其抗张强度和冲击强度得到提高，再引进B（丁二烯单体），进行接枝共聚，使其冲击强度大幅度提高。因ABS具有多相结构，枝化的聚丁二烯相当于橡胶微粒分散在连续的塑料相中，当材料受到冲击时，橡胶相除了本身的形变外，还相当于大量的应力集中物，，它们可以引发大量的银纹，从而能吸收大量的冲击能，所以冲击性能好。（5）聚乙烯：由于聚乙烯链节结构极为规整和对称，体积又小，所以聚乙烯非常容易结晶，而且结晶度比较高。由于结晶限制了链段的运动，使之柔性不能表现出来，所以冲击性能不好。高压聚乙烯由于支化多，破坏了链的规整性，结晶度低些，冲击性能稍好些。 纤维增强的机理 纤维增强塑料的机理是依靠两者复合作用。纤维具有高强度可以承受高应力，树脂基体容易发生粘弹变形和塑性流动，它们与纤维粘结在一起可以传递应力。图7-24给出这种复合作用示意图。 图7-24 纤维增强塑料的复合作用示意图 材料受力时，首先由纤维承受应力，个别纤维即使发生断裂，由于树脂的粘结作用和塑性流动，断纤维被拉开的趋势得到抑制，断纤维仍能承受应力。树脂与纤维的粘结还具有抑制裂纹传播的效用。材料受力引发裂纹时，软基体依靠切变作用能使裂纹不沿垂直应力的方向发展，而发生偏斜，使断裂功有很大一部分消耗于反抗基体对纤维的粘着力，阻止裂纹传播。 由此可见，纤维增强塑料时，纤维与树脂基体界面粘合性的好坏是复合的关键。对于与树脂亲合性较差的纤维，如玻璃纤维，使用前应采用化学或物理方法对表面改性，提高其与基体的粘合力。 复合作用原理 图7-25 玻璃纤维增强PP树脂，纤维表面未经处理 纤维含量：30%（w） 图7-26 玻璃纤维增强PP树脂，纤维表面经偶联处理 纤维含量：30%（w） 拉伸强度由上图的40MPa增 至87MPa 冲击强度由上图的16kJ.m-2 增至34 kJ.m-2 基于上述机理也可得知，在基体中，即使纤维都已断裂，或者直接在基体中加入经过表面处理的短纤维，只要纤维具有一定的长径比，使复合作用有效，仍可以达到增强效果。实际上短纤维增强塑料、橡胶的技术都有很好的发展，