32页高分子物理_聚合物的应力应变行为PPT文档

环境压力研究发现，对许多非晶聚合物，如等，其脆韧转变行为还与环境压力有关。

右图可见，在低环境压力常压下呈脆性断裂特点，强度与断裂伸长率都很低。

随着环境压力升高，材料强度增高，伸长率变大，出现典型屈服现象，材料发生脆韧转变。

聚苯乙烯应力应变曲线随环境压力变化屈服应力受流体静压第三组制作聚合物的力学性能是其受力后的响应，如形变大小形变的可逆性及抗破损性能等在不同条件下聚合物表现出的力学行为强度材料所能承受的最大载荷，表征了材料的受力极限，在实际应用中具有重要的意义。

包括抗张强度冲击强度弯曲强度压缩强度硬度。

小外力作用下聚合物表现为高弹性粘弹性和流动性很大外力作用下表现为极限力学行为屈服断裂厚度宽度图加热到附近温度时，形变可以缓慢恢复。

应变硬化区，在应力持续作用下，大量链段开始运动，并沿外力方向取向，使材料产生大变形，链段运动和取向最后导致了分子链取向排列，使强度提高。

因此只有进步增大应力才使应变进步发展，所以应力又次上升“应变硬化”。

断裂试样均匀形变，最后应力超过了材料断裂强度，试样发生断裂。

典型非结晶聚合物拉伸时形变经历普弹形变应变软化屈服塑性形变强迫高弹形变应变硬化四个阶段。

应力应变曲线描述了材料在大外力作用下形变规律。

聚合物屈服强度点强度聚合物屈服伸长率点伸长率聚合物杨氏模量段斜率聚合物断裂强度点强度聚合物断裂伸长率点伸长率聚合物断裂韧性曲线下面积从曲线上可得评价聚合物力学性能参数不同外界条件下应力应变曲线不同温度几十度接近脆性断裂韧性断裂无屈服屈服后断裂不同拉伸速率拉伸速率拉伸速率时温等效原理拉伸速度快时间短温度低脆性材料韧性材料橡胶半脆性材料酚醛或环氧树脂不同化学结构温度脆断屈服后断几十度韧断以上无屈服二影响聚合物拉伸行为因素总之，温度升高，材料逐步变软变韧，断裂强度下降，断裂伸长率增加温度下降，材料逐步变硬变脆，断裂强度增加，断裂伸长率减小应变速率速度速度即增加应变速率与降低温度效应是等效。

环境压力研究发现，对许多非晶聚合物，如等，其脆韧转变行为还与环境压力有关。

右图可见，在低环境压力常压下呈脆性断裂特点，强度与断裂伸长率都很低。

随着环境压力升高，材料强度增高，伸长率变大，出现典型屈服现象，材料发生脆韧转变。

聚苯乙烯应力应变曲线随环境压力变化屈服应力受流体静压脆性断裂韧性断裂无屈服屈服后断裂不同拉伸速率拉伸速率拉伸速率时温等效原理拉伸速度快时间短温度低脆性材料韧性材料橡胶半脆性材料酚醛或环氧树脂不同化学结构温度脆断屈服后断几十度韧断以上无屈服二影响聚合物拉伸行为因素总之，温度升高，材料逐步变软变韧，断裂强度下降，断裂伸长率增加温度下降，材料逐步变硬变脆，断裂强度增加，断裂伸长率减小应变速率速度速度即增加应变速率与降低温度效应是等效。

环境压力研究发现，对许多非晶聚合物，如等，其脆韧转变行为还与环境压力有关。

右图可见，在低环境压力常压下呈脆性断裂特点，强度与断裂伸长率都很低。

随着环境压力升高，材料强度增高，伸长率变大，出现典型屈服现象，材料发生脆韧转变。

聚苯乙烯应力应变曲线随环境压力变化屈服应力受流体静压力影响压力增大，屈服应力增大。

研究发现，对许多非晶聚合物，如等，其脆韧转变行为与环境压力有关。

千千千切应力切应变普弹形变屈服，缩颈应变变大，应力下降强迫高弹形变细颈化试样重新被均匀拉伸，应变随应力增加应变硬化晶态聚合物在单向拉伸时典型应力应变曲线结晶聚合物应力应变曲线应力应变晶态聚合物应力应变曲线整个曲线可分为三个阶段到点后，试样截面开始变得不均匀，出现“细颈”晶态聚合物“冷拉”原因以下，冷拉拉伸成颈球晶中片晶变形非晶态以下冷拉，只发生分子链取向晶态以下，发生结晶破坏，取向，再结晶过程，与温度应变速率结晶度结晶形态有关结晶聚合物应力应变曲线应力应变晶态聚合物“冷拉伸”图结晶聚合物在不同温度下应力应变曲线结晶聚合物也能产生强迫高弹变形，这种形变称“冷拉伸”。

结晶聚合物具有与非晶聚合物相似拉伸应力应变曲线，如下图。

图中当环境温度低于熔点时，虽然晶区尚未熔融，材料也发生了很大拉伸变形。

见图中曲线。

这种现象称“冷拉伸”。

发生冷拉之前，材料有明显屈服现象，表现为试样测试区内出现处或几处“颈缩”。

随着冷拉进行，细颈部分不断发展，形变量不断增大，而应力几乎保持不变，直到整个试样测试区全部变细。

再继续拉伸，应力将上升应变硬化，直至断裂。

讨论虽然冷拉伸也属于强迫高弹形变，但两者微观机理不尽相同。

结晶聚合物从远低于玻璃化温度直到熔点附近个很大温区内都能发生冷拉伸。

在微观上，冷拉伸是应力作用使原有结晶结构破坏，球晶片晶被拉开分裂成更小结晶单元，分子链从晶体中被拉出伸直，沿着拉伸方向排列形成。

图球晶拉伸形变时内部晶片变化示意图图片晶受拉伸形变时内部晶片发生位错转向定向排列拉伸示意图玻璃态聚合物与结晶聚合物拉伸比较相似之处两种拉伸过程均经历弹性变形屈服发展大形变以及应变硬化等阶段，其中大形变在室温时都不能自发回复，而加热后则产生回复，故本质上两种拉伸过程造成大形变都是高弹形变。

该现象通常称为“冷拉”。

区别产生冷拉温度范围不同，玻璃态聚合物冷拉温度区间是到，而结晶聚合物则为至玻璃态聚合物在冷拉过程中聚集态结构变化比晶态聚合物简单得多，它只发生分子链取向，并不发生相变，而后者尚包含有结晶破坏，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，主要是晶粒变形。

这与两种拉伸过程造成大形变都是链段运动所导致高弹形变并不矛盾。

应力应变曲线类型“软”和“硬”用于区分模量低或高，“弱”和“强”是指强度大小，“脆”是指无屈服现象而且断裂伸长很小，“韧”是指其断裂伸长和断裂应力都较高情况，有时可将断裂功作为“韧性”标志。

硬而韧型此类材料弹性模量屈服应力及断裂强度都很高，断裂伸长率也很大，应力应变曲线下面积很大，说明材料韧性好，是优良工程材料。

硬而脆型此类材料弹性模量高段斜率大而断裂伸长率很小。

在很小应变下，材料尚未出现屈服已经断裂，断裂强度较高。

在室温或室温之下，聚苯乙烯聚甲基丙烯酸甲酯酚醛树脂等表现出硬而脆拉伸行为。

硬而强型此类材料弹性模量高，裂强度高，断裂伸长率小。

通常材料拉伸到屈服点附近就发生破坏大约为。

硬质聚氯乙烯制品属于这种类型。

说明软而弱型此类材料弹性模量低，断裂强度低，断裂伸长率也不大。

些聚合物软凝胶和干酪状材料具有这种特性。

软而韧型此类材料弹性模量和屈服应力较低，断裂伸长率大，断裂强度可能较高，应力应变曲线下面积大。

各种橡胶制品和增塑聚氯乙烯具有这种应力应变特征。

硬而韧材料，在拉伸过程中显示出明显屈服冷拉或细颈现象，细颈部分可产生非常大形变。

随着形变增大，细颈部分向试样两端扩展，直至全部试样测试区都变成细颈。

很多工程塑料如聚酰胺聚碳酸酯及醋酸纤维素硝酸纤维素等属于这种材料。

聚合物力学类型软而弱软而韧硬而脆硬而强硬而韧聚合物应力应变曲线应力应变曲线特点模量刚性低低高高高屈服应力强度低低高高高极限强度强度低中中高高断裂伸长延性中等按屈服应力低中高应力应变曲线下面积韧小中小中大实例聚合物凝胶橡胶增塑固化酚醛树脂断裂前无塑性形变断裂前有银纹硬有明显屈服和塑性形变韧性好!加热到附近温度时，形变可以缓慢恢复。

应变硬化区，在应力持续作用下，大量链段开始运动，并沿外力方向取向，使材料产生大变形，链段运动和取向最后导致了分子链取向排列，使强度提高。

因此只有进步增大应力才使应变进步发展，所以应力又次上升“应变硬化”。

断裂试样均匀形变，最后应力超过了材料断裂强度，试样发生断裂。

典型非结晶聚合物拉伸时形变经历普弹形变应变软化屈服塑性形变强迫高弹形变应变硬化四个阶段。

应力应变曲线描述了材料在大外力作用下形变规律。

聚合物屈服强度点强度聚合物屈服伸长率点伸长率聚合物杨氏模量段斜率聚合物断裂强度点强度聚合物断裂伸长率点伸长率聚合物断裂韧性曲线下面积从曲线上可得评价聚合物力学性能参数不同外界条件下应力第三组制作聚合物力学性能是其受力后响应，如形变大小形变可逆性及抗破损性能等在不同条件下聚合物表现出力学行为强度材料所能承受最大载荷，表征了材料受力极限，在实际应用中具有重要意义。

包括抗张强度冲击强度弯曲强度压缩强度硬度。

小外力作用下聚合物表现为高弹性粘弹性和流动性很大外力作用下表现为极限力学行为屈服断裂厚度宽度图电子万能材料试验机实验条件定温度下试样在大外力作用下以定拉伸速率拉伸。

温度非晶态聚合物晶态聚合物。

聚合物应力应变行为应变当材料受到外力作用，几何形状和尺寸发生变化，这种变化叫应变。

应力材料单位面积上附加内力叫应力。

表征材料力学性能基本物理量硬度是衡量材料表面承受外界压力能力种指标。

硬度大小与材料拉伸强度和弹性模量有关。

强度是衡量材料抵抗外力破坏能力，是指在定条件下材料所能承受最大应力。

非晶态高聚物应力应变曲线我们先对这条曲线定义几个术语点称为“弹性极限点”，弹性极限应变，弹性极限应力点称为“屈服点”，“屈服应力”和“屈服伸长ε”点称为“断裂点“，“断裂强度”和“断裂伸长率”。

整个应力应变曲线下面积就是试样断裂能。

从应力应变曲线可以看出以定速率单轴拉伸非晶态聚合物，其典型曲线可分成五个阶段弹性形变区，从直线斜率可以求出杨氏模量，从分子机理来看，这阶段普弹性是由于高分子键长键角和小运动单元变化引起，移去外力后这部分形变会立即完全恢复。

屈服，又称应变软化点点，超过了此点，冻结链段开始运动。

材料发生屈服，试样截面出现“细颈”。

此后随应变增大，应力不再增加反而有所下降应变软化。

细颈屈服时，试样出现局部变细现象。

强迫高弹形变区冷拉阶段，随拉伸不断进行，细颈沿试样不断扩展直到整个试样都变成细颈，材料出现较大变形。

强迫高弹形变本质上与高弹形变样，是链段运动，但它是在外力作用下发生。

此时停止拉伸，去除外力形变不能恢复，但试样加热到附近温度时，形变可以缓慢恢复。

应变硬化区，在应力持续作用下，大量链段开始运动，并沿外力方向取向，使材料产生大变形，链段运动和取向最后导致了分子链取向排列，使强度提高。

因此只有进步增大应力才使应变进步发展，所以应力又次上升“应变硬化”。

断裂试样均匀形变，最后应力超过了材料断裂强度，试样发生断裂。

典型非结晶聚合物拉伸时形变经历普弹形变应变软化屈服塑性形变强迫高弹形变应变硬化四个阶段。

应力应变曲线描述了材料在大外力作用下形变规律。

聚合物屈服强度点强度聚合物屈服伸长率点伸长率聚合物杨氏模量段斜率聚合物断裂强度点强度聚合物断裂伸长率点伸长率聚合物断裂韧性曲线下面积从曲线上可得评价聚合物力学性能参数不同外界条件下应力应变曲线不同温度几十度接近脆性断裂韧性断裂无屈服屈服后断裂不同拉伸速率拉伸速率拉伸速率时温等效原理拉伸速度快时间短温度低脆性材料韧性材料橡胶半脆性材料酚醛或环氧树脂不同化学结构温度脆断屈服后断几十度韧断以上无屈服