高分子物理8聚合物的屈服和断裂课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高分子物理,第八章 高聚物的屈服和断裂,高分子物理第八章 高聚物的屈服和断裂,基本要求,掌握杨氏模量、屈服强度、屈服伸长、断裂强度（拉伸强度）、断裂伸长、断裂能、应变硬化、应变软化、弯曲强度、冲击强度的概念。掌握强迫高弹形变、非晶和结晶高聚物的应力,-,应变曲线、银纹屈服和剪切屈服机理。了解脆性断裂、韧性断裂以及断裂面的形态、断裂机理。掌握影响聚合物拉伸强度和冲击强度的因素。,基本要求,8.1,高聚物的塑性和屈服,强度,：,在较大外力持续作用或强大外力的短期作用下，材料将发生大形变直至宏观破坏或断裂，对这种破坏或断裂的抵抗能力称为强度。,材料破坏方式的不同，强度又可分为拉伸强度、冲击强度和弯曲强度等。,8.1 高聚物的塑性和屈服强度：在较大外力持续作用或强大外力,应力,-,应变实验,聚合物材料的破坏过程中，常伴有不可逆形变（即流动），因而不能用反映小形变特性的模量表示，通常是以应力,-,应变曲线来反映这一过程。,应力-应变实验,应力,-,应变实验,应力-应变实验,1,）应力,-,应变曲线特征及分析,典型的玻璃态高聚物应力,-,应变曲线如下（,T=T,g,几十度，拉伸速率一定）,8.1.1,非晶态高聚物的应力,-,应变曲线,1）应力-应变曲线特征及分析8.1.1 非晶态高聚物的应力-,高分子物理8聚合物的屈服和断裂课件,断裂能：应力,-,应变曲线以下面积,断裂能：应力-应变曲线以下面积,(1),弹性形变,OA,段，,A,点亦称为比例极限，应力,-,应变关系符合虎克定律,斜率,E,为弹性模量，且这种高模量，小形变的弹性行为是由高分子的键长、键角变化所引起的。,(1) 弹性形变,(2),强迫高弹形变,当应力后，应力,-,应变曲线不再保持线性关系。,屈服现象,：,张应力达到某一最大值（,Y,点）后，曲线开始出现应变增加而应力不变或是先下降后不变的现象。,(2) 强迫高弹形变,玻璃态高聚物在大应力作用下发生的大形变（形变量高达,300,1000,），其本质与橡胶的高弹形变一样，表现形式有差别，,常称为,强迫高弹形变,。,玻璃态高聚物在大应力作用下发生的大形变（形变,材料在屈服后出现了较大的应变，如果在试样断裂前停止拉伸，除去外力试样的大形变已无法完全回复，但是如果试样的温度升到,T,g,附近，则可发现，形变又回复了。显然，这在本质上是高弹形变，而不是粘流形变。因此，屈服点以后材料的大形变分子运动机理主要是高分子的链段运动，即在大外力的帮助下，玻璃态高聚物本来被冻结的链段开始运动，高分子链的伸展提供了材料的大形变。,实验证明，链段运动的松弛时间与应力之间有如下关系,材料在屈服后出现了较大的应变，如果在试样断裂前停止拉,：活化能,：与材料相关的常数,由上式可知，随应力增加，链段运动的松弛时间将缩短。当应力增大到屈服应力时，链段运动的松弛时间减小至与拉伸速度相适应的数值，高聚物可产生大形变。所以加大外力对松弛过程的影响与升高温度相似。,应变软化,：,高聚物在过了屈服点以后，应变增加，应力反而下降的现象。,：活化能,（,3,）,粘流,在应力的持续作用下，此时随应变增加，应力急剧进一步增加的现象,称为,应变硬化,。这阶段的形变是不可逆的，产生永久变形。此时粘流的机理是在强力作用下及室温下发生的分子链转移，也称为冷流。,应力增加机理：,由大量链段取向过渡到分子链取向，并且链间重新形成更多的物理,（3） 粘流,2,）影响因素,（,1,）,外因,a,温度,TT,g, 10%,TT,g, T,g,时，链段可运动，,温度上升（,T,），材料变揉而韧，断裂强度下降（,B,）,通过上面分析可知,2）影响因素,B,T,曲线与,y,T,曲线交点温度称为脆性温度,T,b,，,T,b,把高聚物的玻璃态分为强迫高弹态和脆性玻璃态两部分。非晶态高聚物只有在,T,b,T,g,之间，才能在外力作用下，产生强迫高弹型变。,而强迫高弹形变是塑料具有韧性的原因，因此,T,b,是塑料使用的下限温度。,而,y,B,与温度的关系见左图,BT曲线与yT曲线交点温度称为脆性温度Tb，Tb把高,b,速率（拉伸速率）,v, ,y,B,均，且增加速率相当于降低温度。,b速率（拉伸速率）,（,2,）,内因,a,链柔性,实际高弹形变：链柔性要好,强迫高弹形变：链不能太柔顺，也不宜刚性太大,例如,，链柔性太好，冷却成玻璃态时分子链之间堆砌得很紧密。,T,b,，,T,g,靠近，,PP,T=17,;,刚性链,PS,，,T=10,。,应当有适当的刚性和柔性。如,PC,苯环和酯基，,T,b,较低，,T=249,。,（2）内因,b.,分子量,M,降低，分子堆砌紧密，,T,b,与,T,g,靠近；,M,升高，,T=T,g,T,b,升高。,b.分子量,晶态高聚物一般包括含有晶区和非晶区两部分，因此晶态高聚物的冷拉也包括晶区和非晶区部分。,典型的未取向晶态高聚物在单轴拉伸是的应力,-,应变曲线如图所示：,整个曲线可视为三条直线组成。,8.1.1.2,晶态高聚物的应力,-,应变曲线,8.1.1.2 晶态高聚物的应力-应变曲线,第一段：,拉伸初期、应力,增加,较快,，,应变,增加,较小,，,关系符合虎克定律，代表普弹形变。到达,y,点后，试样的截面积变的不均匀，出现一个或几个细颈，由此开始拉伸的第二阶段，出现细颈后，细颈部分试样的宽、厚减小，故负荷读数可能稍下降。由于细颈部分分子排列规整，可以承受更大的力，因而细颈不在变形，而是细颈两端发展，使细颈部分不断扩展，非细颈部分逐渐缩短，直至整个试样完全变为细颈为止。,第一段：拉伸初期、应力 增加较快， 应变增加较小， 关系符,第二段：曲线上表现出,应力不变,，而,应变不断增加,。但应变值与聚合物品种有关。,例如：,PE,（,LDPE,，,HDPE,）、,PET,、,尼龙,可达,500,，而,LLDPE,可高达,1000,。这种大形变，当拉力去处后，只要加热到接近熔点的温度，同样是可以部分恢复原状的。,有关结晶聚合物的拉伸成,颈问题，近来人们研究的结果主要归结于球晶中片晶变形的结果,第二段：曲线上表现出应力不变，而应变不断增加。但应变值与聚合,第三段：成颈后的试样重新被,均匀拉伸,。由于取向后分子链间排列紧密，相互作用力增强，故必须进一步增加应力，才能使微晶间或者分子间发生位移，最后导致分子链的断裂以致材料破坏。,上述拉伸时出现细颈的应力称为重（再）结晶应力。它是晶态高聚物的重要机械性能之一。在纤维或薄膜生产工艺中此应力对计算设备的马达负荷是一个重要的参考数据。,温度、拉伸速度、结晶形态等因素均影响晶态高聚物的,第三段：成颈后的试样重新被均匀拉伸。由于取向后分子链间排列紧,高分子物理8聚合物的屈服和断裂课件,高分子物理8聚合物的屈服和断裂课件,高分子物理8聚合物的屈服和断裂课件,晶态和非晶态高聚物拉伸比较：,相同之处：,两种拉伸过程都经历了弹性形变、屈服成颈、应变软化、发展大形变、应变硬化等阶段。且拉伸最后阶段，材料呈现出强烈的各项异性。断裂前的大形变在室温下不能回复，但加热后都能大部回复。,不同之处：,拉伸温度，非晶,T=T,b,-T,g,，晶态,T,g,以下,T,m,。,聚集态结构不同，非晶：链取向，晶态包含结晶破坏、取向和再结晶。或包含着球晶中片晶的变形过程。,相同之处：,8.1.1.3,应力,-,应变类型,特点：,E,高，,t,中，,t,2,曲线中面积小,如,低分子量,PS,，,PMMA,特点：,E,高，,t,高，,t,5,曲线中面积中,高分子量,PS,，,PMMA,，,RPVC,8.1.1.3 应力-应变类型 特点：E高，t 中，t,E,高，,t,高，,t,100,曲线中面积大,如,尼龙，,PC,，,POM,E,低，,t,中，,t,20,1000,曲线中面积大,如,硫化,rubber,，软,PVC,E高，t 高，t 100E低，t 中,E,低，,t,低，,t,中,曲线中面积中,如,低分子量聚合物柔软高 分子凝胶,小分子,E低，t 低，t 中 小分子,由上面分析可知：,1,）,拉伸强度区分强与弱,2,）,模量,E,高低区分硬与软,3,）,曲线中面积大小区分韧与脆,由上面分析可知：,8.1.2.1,高聚物屈服点的特征,1,）屈,服应变较大，而大多数金属材料较小。,2,）高聚物在屈服点后，存在应变软化现象。此时，应变增加，应力下降。,3,）高聚物 屈服应力与应变速率有很大的依赖性。且随应变速率增大而增大。,4,）屈服应力随,T,升高而降低，到达,T,g,时，降低为,0,（实质上不存在屈服）。,8.1.2,高聚物的屈服,8.1.2.1 高聚物屈服点的特征8.1.2 高聚物的屈服,5,）与金属材料相比，高聚物的屈服应力对流体静压力非常敏感，流体静压力升高，屈服应力升高。,6,）大多数高聚物屈服时，体积稍有缩小,7,）,压缩屈服应力大于拉伸屈服应力,5）与金属材料相比，高聚物的屈服应力对流体静压力非常敏感，流,8.1.2.2,高聚物的屈服机理,玻璃态高聚物的屈服主要有两种形式，一是银纹屈服，另一种是剪切屈服。,8.1.2.2 高聚物的屈服机理玻璃态高聚物的屈服主要有两种,8.1.3,剪切屈服,韧性高聚物在拉伸时，在试样上出现大约与拉伸方向成大约,45,度角倾斜的剪切滑移变形带（剪切带）。由于剪切带中存在较大的剪切应变。产生剪切带时，材料发生屈服。,两者区别：,剪切屈服不同于银纹屈服，前者没有明显的体积变化。剪切屈服在外加剪切力、拉伸应力、压缩应力作用下都能引起。而银纹屈服只能在拉伸应力作用下产生。,8.1.3 剪切屈服,下面进行一下高聚物单轴拉伸时应力分析,如果在试样上任取一横面积为,A,0,试样，受轴向拉力,F,作用,再取一倾斜截面，设其与横截面倾角为,下面进行一下高聚物单轴拉伸时应力分析 如果在试样上任取一横面,F,可分解为沿平面法线方向分力,F,n,和沿平面切线方向分力,F,s,相应的法应力,切应力,F可分解为沿平面法线方向分力Fn和沿平面切线方向分力Fs,可知，切应力在,45,度时达到最大值，因此可解释为什么韧性材料发生断裂时其断裂向呈,45,度角。脆性材料则不是。最大切应力达到抗剪强度以前，正应力已超过拉伸强度，最大法向应力发生横截面上，试样未屈服就断裂。,通过证明：高聚物拉伸时，两个互相垂直的斜截面上的剪应力数值相等，方向相反。它们不能单独存在，总是同时出现。称为切应力双生互等定律。,可知，切应力在45度时达到最大值，因此可解释为什么韧性材料,银纹,：,玻璃态高聚物在拉伸应力作用下，某些薄弱环节部位由于应力集中而产生的空化条纹状形变区。这些条纹状形变区的平面强烈地反射可见光，则材料表面形成一片银色的闪光。习惯上称为银纹。,相应的开裂现象称为银纹化现象。,银纹在外力作用下若得不到抑制，进一步发展会成为裂缝，导致材料的断裂。由此可知，银纹是断裂的先导。,8.1.4,银纹现象,8.1.4 银纹现象,银纹在外力作用下若得不到抑制，进一步发展会成为裂缝，导致材料的断裂。由此可知，银纹是断裂的先导。,由于银纹大量形成是吸收能量的过程。如果银纹的发展得以控制，使其不发展成为裂缝，则银纹化过程是实现材料屈服的一种形式。,银纹在外力作用下若得不到抑制，进一步发展会成为裂缝，导致材料,下面介绍一下银纹与裂缝的区别：,两者在外形上相似，本质上差别大,1,）,银纹体中高聚物的体积分数为,40-60,，而裂缝中为,0,2,）,银纹具有可逆性，在压力或,T,g,以上退火时银纹能回缩后或消失，裂缝则不能。,3,）,先由银纹,-,再过渡到裂缝。,下面介绍一下银纹与裂缝的区别：,8.2,高聚物的断裂和强度,8.2.1,脆性断裂和韧性断裂,材料的破坏主要有两种形式，即脆性断裂和韧性断裂。,两者的区别通常拉伸应力,-,应变曲线和破坏时断裂面形态来区分：,脆性断裂：,试样在出现屈服点之前发生断裂，断裂面光滑。,韧性断裂：,试样在拉伸过程中有明显的屈服点和颈缩现象及断裂面表面粗糙。,8.2 高聚物的断裂和强度 8.2.1 脆性断裂和韧性断裂,断裂面形态,脆性断裂：表面光滑。,如,PMMA,、,PS,。,韧性断裂：表面粗糙，有凹凸不平的丝状物。,如,PC,等。,断裂面形态,8.2.2,聚合物的强度,1,）,聚合物强度的概念,聚合物机械强度是指在外力作用下，其抵抗形变及破坏的能力，外力作用的形式不同，衡量强度的指标也不一样，有拉伸强度、压缩强度、弯曲强度、剪切强度、冲击强度等。这里主要介绍拉伸强度和弯曲强度。至于冲击强度在本章第三节中介绍。,8.2.2 聚合物的强度1）聚合物强度的概念,（,1,）拉伸强度,拉伸强度是在规定的实验温度、湿度和拉伸速度条件下，在标准试样上（哑铃形）施加拉伸负荷，至试样断裂时在单位面积上所承受的最大负荷,拉伸模量,E,B,采用拉伸初始阶段的应力与应变比值计算,（1）拉伸强度,（,2,）,弯曲强度,在规定试验条件下对试样施加静弯曲力矩，直至试样断裂为止。取试验过程的最大载荷,P,计算,弯曲模量,：受力处的位移扰度,（2） 弯曲强度,2,）,高聚物的理论强度与实际强度,先看一下高聚物断裂的微观过程示意图,a,首先可从键能数据出发粗略计算破坏一根化学键所需的力，在由,PE,晶胞数据推算出每平方厘米截面上高分子链数目，可算出理论强度为,14700MP,a,，实际上，即使高度取向的结晶高聚物,拉伸强度比理论值小几十倍。,2）高聚物的理论强度与实际强度 先看一下高聚物断裂的微观,b,此,种情况是分子间滑脱断裂，必须使分子间氢键或范德华力全部破坏，而经计算，分子间总摩尔内聚能分别比共价键能大几十倍以上及好几倍。所以这种情况是不可能的。,c.,断裂是部分氢键或范德华力的破坏,拉断一个氢键。,b此种情况是分子间滑脱断裂，必须使分子间氢键或范德华力全部,拉断一个氢键,H,490MPa,拉断一个范德华力,W,98 Mpa,这个数据同实测高度取向纤维在同一数量级,通过分析可得出结论,实,=0.01,0.001 ,理论,原因是实际高分子材料结构达不到理论假设那样完全规整水平，事实上高分子不能完全取向，也不可能使分子链在同一截面上同时断裂。,实与分子间键能在同一数量级。因此设想破坏的可能情况是：首先，未取向部分的氢键或范得华力破坏，然后由于应力集中，导致取向的主链中某些化学建断裂，最终引起材料破坏。,拉断一个氢键H490MPa,1.,聚合物结构,（,1,）高分子链结构,a,高分子材料强度上限取决于主链化学键力和分子链间作用力,增加极性或形成氢键可提高强度。,HDPE,t=21.638.2MPa,PVC,t= 49MPa,尼龙,610 t= 58.8MPa,值得指出的是：极性基团密度过大或取代基过大，虽然强度有所提高，但链运动受到阻碍，不能产生强迫高弹形变，呈脆性。,3,）影响高聚物拉伸强度的因素,1. 聚合物结构3）影响高聚物拉伸强度的因素,b,主链或侧基含有芳杂环时，强度和模量较高。如,PS,PE,。,c,支化度增加，分子间距离增大，作用力减少，强度下降,t,（,LDPE,）,PE。,d,交联可减少变形，提高强度。例如聚乙烯交联后，强度提高一倍。橡胶交联后，强度大幅度提高。过度交联会使材料变硬、脆，材料强度下降，限制了应用。,d交联可减少变形，提高强度。例如聚乙烯交联后，强度提高一倍,e,分子量,分子量大小： 时，,时， 不变,分子量分布：分布宽，尤其是存在低分子量部分时，此时这些低分子物相当于增塑剂，因而强度,下降。,e分子量,（,2,）,结晶和取向,微晶与物理交联相似，因而结晶度提高，拉伸强度、抗弯强度、弹性模量均提高。,取向后，可使材料的强度提高几倍甚至几十倍。取向是提高合成纤维强度的必不可少的措施，取向后，沿取向方向断裂时，破坏主价键的比例大大增加,t,主价键,=t,范德华力,（2）结晶和取向,（,3,）,应力集中物,应力集中物主要是指材料中的裂缝、空隙、缺口、银纹和杂质。受力时，这些缺陷附近范围应力急剧增加，可达平均应力值几十倍至几百倍，导致材料破坏。,产生原因：,混炼不均，塑化不足，夹气,混入杂质,冷却速度不同，产生内应力,（,4,）,增塑剂,加入增塑剂，降低分子间作用力，因而强度下降。,（3）应力集中物,2,外界条件,（,1,）,拉伸速度,拉伸强度、屈服强度随拉伸速度提高而提高。,原因是：,高聚物作为一种粘弹性材料，其破坏过程是一个松弛过程。当拉伸速度提高时，链段运动跟不上外力作用，为使材料屈服，需要更大的力。,2外界条件,（,2,）,温度,温度降低，强度增加,降低温度和 提高拉伸速度的效果是相似的。,（2）温度,8.2.3,断裂理论,1,）裂缝理论（,Griffith,）,该理论认为断裂要产生新的表面，需要一定的表面能，断裂产生新表面所需要的表面能是由材料内部弹性储能的减少来补偿的弹性储能在材料中的分布是不均匀的。在材料裂缝附近集中了大量弹性储能，即有裂缝的地方有更多的弹性储能来供给产生新表面所需的表面能。致使材料断裂缝处先行断裂。,8.2.3 断裂理论1）裂缝理论（Griffith）,2,）断裂的分子理论,材料的断裂是个松弛过程，宏观断裂是微观化学键断裂的热活化过程。亦即当原子热运动的无规热涨落能量超过束缚原子间的势垒时，会使化学键离解，从而发生断裂。,2）断裂的分子理论,1,）为什么要增强,?,单一聚合物许多性能不能满足需要。,2,）怎样增强,?,通过复合来显著提高材料的力学强度,。,3,）什么叫增强剂,?,能够提高聚合物基体力学强度的物质,8.2.4,聚合物增强,8.2.4 聚合物增强,（,1,）,粉状填料,主要有碳黑、白碳黑（,SiO,2,）、活性碳酸钙等。,粉状活性填料增强聚合物的例子是橡胶的补强：,（1）粉状填料,碳酸钙对橡胶、塑料只有填充作用，降低成本。因而一般称为填充剂。但采用某些物质偶联剂（硅烷、钛酸酯、铝酸酯）处理后可在其表面形成活性基团，增强其与高分子材料的亲和性，提高材料强度。,碳酸钙对橡胶、塑料只有填充作用，降低成本。因而一般称为填充剂,粉状填料的增强效果受如下两个因素影响,a.,粉径与分布,粒径细，分布窄，补强效果好。刚性细粒子增强的例子。,粉状填料的增强效果受如下两个因素影响,b.,活性基团,填料表面存在亲高分子的活性基团，两者界面上的亲和性越好，结合力愈大，增强作用就越明显。,粉状填料对橡胶的补强机理：,活性填料粒子的活性表面能吸附橡胶的大分子链，一个粒子表面可以有几条大分子链通过，形成物理交联点。吸附有大分子链的这种粒子能起均匀分布负荷的作用。当其中某一条大分子链受到应力时，可通过粒子将应力传递到其他分子链上，使应力分散。即使某一网链断裂，其他链仍可起作用，而不致迅速危及整体的破坏。这样就降低了断裂的可能性而起到增强作用。,b.活性基团,a.,橡胶中,长纤维填料在橡胶轮胎和橡胶制品中，主要作为骨架，以帮助承担负荷。,轮胎，运输带，三角带,短纤维活化处理后，相当于粉状填料补强橡胶。,(2),纤维增强橡胶、塑料,a.橡胶中(2) 纤维增强橡胶、塑料,b.,塑料,在热固性塑料中，玻璃布为填料，玻璃纤维层压塑料，强度可与钢铁媲美。,增强原因：,主要是依靠复合作用。利用纤维的高强度以承受应力，利用基体树脂的塑性流动及其与纤维的粘结性以传递应力。,b.塑料,第三节,高聚物的冲击强度（,impact strength,）和韧性,一、冲击强度的概念,1,定义,冲击强度,i,是衡量材料韧性的一种指标。通常定义为试样在冲击载荷,W,的作用下折断或折裂时单位截面积所吸收的能量：,式中：,W,冲断试样所消耗的功。,第三节 高聚物的冲击强度（impact strength）和,摆锤式冲击试验：,Charpy,试验、,Izod,试验,落重式冲击试验,冲击强度的测试方法,不同试验方法所得结果很不一致，并且不同的试验方法常给出不同的高聚物冲击强度顺序，此外冲击强度还与试样的几何形状和尺寸有关，薄的试样往往给出较高的冲击强度。,2, 测试方法,摆锤式冲击试验：Charpy试验、Izod试验冲击强度的测,3, 冲击强度的单位,无缺口冲击试验，冲击强度的单位为,J,m,2,。,缺口冲击试验，现采用,J,m,，指单位缺口长度吸 收的能量，缺口处剩余厚度被固定。,高速拉伸试验，冲击强度为,-,曲线下的面积。,3 冲击强度的单位,二、增韧机理,（一）,概述,高分子材料,韧性材料：具有高的断裂能,脆性材料：具有低的断裂能,分析应力,应变曲线可知，提高高分子材料断裂能的具体途径有：提高拉伸强度提高断裂形变（伸长率）。下面分别给予介绍：,二、增韧机理,1,提高拉伸强度,FRP,纤维增强塑料（,Fiber Reinforcing Plastics,）,采用玻璃纤维增强热固性树脂，目的是提高拉伸强度，降低脆性，从而提高韧性的典型例子。,1提高拉伸强度FRP纤维增强塑料（Fiber Reinf,方法：采用少量橡胶或弹性体与塑料共混或采用接枝方法改善塑料韧性。,PS,：,i,=13.421.4J/m,HIPS,：,i,=26.7427J/m,硬,PVC,：,i,=21.4160.2J/m,PVC,/,NBR,、,PVC,/,BR,/,NBR,、,PVC,/,CPE,：,i,=160.21067.6J/m,PP,/,EPDM,、,PP,/,EPR,、,PP,/,SBS,、,PP,/,BR,的冲击强度均较,PP,大幅度提高。,橡胶增韧塑料的结构应是宏观均相，微观相分离的两相结构，并且两相界面粘接性好，冲击强度高。,如,PVC,/,NBR,、,PP,/,EPDM,。,2,提高断裂形变,方法：采用少量橡胶或弹性体与塑料共混或采用接枝方法改善塑料韧,对,PVC,、,BR,两者极性相差较大，两者粘接性不好，可加入第三组分作为增容剂。,如,NBR,、,PVC-g-EVA,、,CPE,等。,需要说明的是，弹性体增韧塑料虽然可大幅度提高冲击强度，但也使塑料的一些宝贵性能下降。如强度、模量、使用温度上限、加工性能等。为了克服上述不足，出现刚性塑料填料增韧塑料的新思想。,如,PS,/,PC,、,AS,/,Nylon,等。刚性粒子填料增韧：细粒径,CaCO,3,/,PP,等。,对PVC、BR两者极性相差较大，两者粘接性不好，可加入第三组,橡胶增韧塑料时，橡胶一般以微粒状分散于连续的塑料相之中。分散相的橡胶微粒作为大量的应力集中物，材料受到冲击时，橡胶粒子引发“银纹”，并吸收大量的冲击能量，降低“银纹”端应力，阻碍“银纹”进一步发展，大大提高材料的韧性（应力发白）。,影响因素：,两相的相容性，两相的化学组成和结构，两相的分子量，橡胶相含量、粒径、交联度等。,此理论较好的解释了,HIPS,拉伸过程中的应力发白现象。,（二）增韧理论,1,多重“裂纹”化理论,橡胶增韧塑料时，橡胶一般以微粒状分散于连续的塑料相之中。分散,2,剪切屈服理论,HIPS,拉伸时应力发白，可用多重裂纹化理论成功解释。,但用,CPE,等增韧,PVC,时，在拉伸屈服试验中出现明显的细颈现象，且没有应力发白现象，因而不能多重裂纹化理论解释。因而可认为橡胶的增韧作用主要是由母体的剪切屈服所引起。,2剪切屈服理论,该理论认为：,橡胶粒子在其周围的塑料相中建立了静水张应力，使塑料相的自由体积增大，从而降低了玻璃化温度，使它较易产生剪切滑移变形。,该理论认为：橡胶粒子在其周围的塑料相中建立了静水张应力，使塑,3,有剪切屈服的裂纹化,对于大多数橡胶增韧塑料来说，一般认为，这些材料在形变过程中同时发生裂纹化和剪切屈服。,综上所述，橡胶增韧塑料的机理不在于橡胶本身吸收能量，而是橡胶在塑料基体中作为应力集中体诱发基体银纹化和剪切屈服，使基体发生脆,-,韧转变，从而提高其韧性。,3有剪切屈服的裂纹化,三、影响高聚物及增韧塑料冲击强度的因素,（一）高聚物,1,高分子结构,高分子链极性,增加高分子的极性或产生氢键，虽然可提高拉伸强度，但如果极性基团过密，阻碍链段运动，以致不能实现强迫高弹性变，则冲击强度下降，材料变为脆性。,三、影响高聚物及增韧塑料冲击强度的因素,分子链支化程度提高，,t,下降，但冲击强度,i,提高。,i,（,LDPE,）,i,（,HDPE,）,。,分子链支化程度提高，t下降，但冲击强度i提高。,交联,适度交联，可提高冲击强度。,PE,交联后，,i,提高,34,倍。在,40,时，甚至提高,18,倍以上。,交联,结晶,高聚物结晶度增高，冲击强度和断裂伸长率将下降，甚至表现为脆性。,结晶,取向,聚合物经适当的双轴取向后，冲击强度提高。,取向,增塑剂,增塑剂加入高聚物后，链段运动能力增强，冲击强度提高，但材料的模量下降较大。,增塑剂,2.,温度和外力作用速度,温度,冲击试验中，温度对材料的冲击强度影响很大，随温度升高，冲击强度逐渐增加，到接近,Tg,时，冲击强度迅速增加,PS,室温下脆性大，到,Tg,附近变成一种韧性材料。但热固性聚合物的冲击强度受温度影响较小。,2.温度和外力作用速度,外力作用速度,外力作用时间长，冲击强度提高。相当于提高温度。,外力作用速度,（二）增韧塑料,1.,温度,增韧塑料的冲击强度随温度升高而增加。在很低温度时，橡胶相进入玻璃态，橡胶增韧聚合物呈现脆性。在较高温度下，某些增韧聚合物如,HIPS,，多重裂纹化机理变得活跃起来，冲击强度显著上升，另一些增韧聚合物如增韧,PVC,，则发生了剪切屈服。,2.,增韧聚合物内部两相分散情况对冲击强度的影响,（二）增韧塑料,（,1,）橡胶粒子大小和分布,这里先介绍一下临界粒子尺寸,dc,，当橡胶粒子直径小于,dc,，增韧改性效果不好。这是由于橡胶粒子尺寸较小，不能有效的引发银纹，并且对终止银纹不起作用。,（,2,）橡胶粒子的密度,一般来说，橡胶粒子密度增大，粒子间距离变短，裂纹与胶粒相遇的机会增多，裂纹容易终止。但太多则不利，因为橡胶含量太多，会降低材料的拉伸强度和模量。,（1）橡胶粒子大小和分布,（,3,）胶粒本身交联度应适度,a.,过大，胶粒不易变形，引发银纹和剪切带的效率就低，结果冲击强度和伸长率下降。,b.,过小也不利，此时胶粒形态不稳定。在应力作用下胶粒容易变形甚至破裂，使裂纹容易发展为裂缝。,3.,塑料与橡胶相的界面情况,两者界面结合力的大小，对增韧效果有很大影响。两者界面粘合力差，显然裂纹终止机理无效，冲击强度低下。,（3）胶粒本身交联度应适度,