屈服断裂和强度资料课件

*,*,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,高分子材料加工基础,第六节 高聚物的屈服、断裂和强度,11/5/2024,1,研究内容,研究对象,聚合物的极限性质，即,在较大外力的持续作用,或,强大外力的短时作用,后，聚合物发生,大,形变直至,宏观破坏,或,断裂,。,主要内容,一、高分子材料的拉伸应力,-,应变特性,二、高聚物的屈服,三、高分子材料的断裂和强度,11/5/2024,2,一、高聚物的拉伸特性,拉伸特性的研究方法,研究材料强度和破坏的重要实验手段是测量材料的,拉伸应力-应变特性,。,将材料制成标准试样，如图6-1所示，以,规定的速度,均匀拉伸，测量试样上的应力、应变的变化，直到试样破坏。,图6-1 哑铃型标准试样,11/5/2024,3,1.1,典型高聚物的拉伸特性,玻璃态,高聚物的应力-应变曲线,结晶态,高弹态,11/5/2024,4,曲线特性分析,（信息？）,图6-2 玻璃态或结晶态高聚物的应力-应变曲线,Y:屈服点,B:断裂点,A:弹性极限点,应变软化,应变硬化,冷拉,11/5/2024,5,形变过程,弹性形变,-,屈服,-,应变软化,-,冷拉,-,应变硬化,-,断裂,从分子运动机理解释上述过程,11/5/2024,6,1.1.1,应变软化,应变软化：,当应力超过屈服应力,A,后，应力与应变不再保持线性关系，到达Y点，应力达到最大值，此时非晶态高聚物的,链段开始运动,，卷曲的分子链沿拉伸方向伸展，结晶态高聚物的,微晶,也,进行重排,，甚至某些晶体可能破裂，发生取向，出现较大应变，而应力几乎不变或先降低后不变。,11/5/2024,7,1.1.2 冷拉伸,冷拉伸,高聚物材料在低温下（非晶高聚物低于Tg，结晶高聚物低于Tm），受外力作用而产生大形变的现象。,这种大形变在外力撤消后不回复，通过适当升温（TTg或T,m,）仍可恢复或部分恢复，属于强迫高弹形变。,冷拉伸时试样的变化,11/5/2024,8,冷拉伸的微观机理,非晶态聚合物,当温度处于T,b,TTg时，被冻结的,链段,在外力作用下强迫运动，产生大变形。,结晶聚合物,在温度处于T,b,TTm区间,发生冷拉伸时,，除了非晶态的,链段,发生强迫高弹形变，还包括晶区的,微晶,在,应力作用下使原有的结晶结构破坏，球晶、片晶被拉开分裂成更小的结晶单元，分子链从晶体中被拉出、伸直，沿着拉伸方向排列形成的大形变的过程。,11/5/2024,9,冷拉伸微观机理分析图,球晶内部晶片拉伸变化示意图,11/5/2024,10,1.1.3 应变硬化,应变硬化：,在应力的继续作用下，从大量的分子链段取向运动发展到整条分子链取向排列，取向后分子链排列紧密规整，被破坏的微晶取向从而形成新的结晶，使材料的强度进一步提高。此时应变变化不大，而应力又急剧增加，直至断裂。,11/5/2024,11,1.2 影响高聚物拉伸特性的因素,(a)温度的影响,a:TT,b,0C,脆断-硬而脆,c:TTg,5070C,韧断-硬而韧,d:T,Tg,70C,无屈服-软而韧,b:T,b,T,Tg,050C,屈服后断-硬而强,PVC试样,温度范围,拉伸特性,T,温度升高，材料模量和强度下降，伸长率变大。,11/5/2024,12,(b)拉伸速率的影响,速度,提高拉伸速率，材料模量、屈服应力和拉伸强度增加，断裂伸长率降低,，与降低温度对材料拉伸行为有相似的影响，这是,时-温等效原理,在高分子力学行为中的体现。,11/5/2024,13,a:硬而脆性材料,PS、PMMA、酚醛树脂,c:硬而韧性材料,尼龙、聚甲醛、聚碳酸酯、聚酰亚胺,b:硬而强性材料,硬质PVC、芳香尼龙、高分子量PS,d:软而韧材料,硫化橡胶、软质PVC,(c)物质结构组成,11/5/2024,14,二、高分子材料的屈服,屈服的形式,银纹屈服,剪切屈服,屈服点,11/5/2024,15,2.1 银纹屈服,银纹化现象,许多聚合物，尤其是玻璃态透明聚合物如,PS、PMMA、PC,等，在存储及使用过程中，由于应力和环境因素的影响，表面往往会出现一些微裂纹。有这些裂纹的平面能强烈反射可见光，形成银色的闪光，故称为,银纹,，相应的开裂现象称为,银纹化现象,。,PS,PMMA,11/5/2024,16,产生银纹的原因,力学因素（拉应力、弯应力）,环境因素（与某些化学物质相接触）,银纹和裂缝的区别,裂缝是宏观开裂，内部质量为零；而,银纹内部有物质填充着，质量不等于零,，该物质称银纹质，是由高度取向的聚合物纤维束构成。,银纹具有可逆性,，在压应力下或在Tg以上温度退火处理，银纹会回缩或消失，材料重新回复光学均一状态。,11/5/2024,17,银纹的微观结构,F,银纹质（微纤）,平行于,外力,方向，,银纹长度方向,与,外力,垂直。,11/5/2024,18,2.2 剪切屈服,剪切屈服,拉伸时在细颈出现之前，试样上出现与拉伸方向成,45,的剪切滑移变形带，从而使形变增大的现象。,剪切屈服带的形成,在最大剪应力平面上由于应变软化引起分子链滑动形成剪切应变的薄层。,F,PC,11/5/2024,19,银纹与剪切屈服的区别,项目,剪切屈服,银纹屈服,方向,与作用力成45角,垂直于作用力,形变,大，几十几百%,小 473,均含玻璃纤维20-40%,Carbon fiber,11/5/2024,33,