文档介绍：三、几类高聚物的拉伸行为(一)玻璃态高聚物图 7-5 玻璃态高聚物在不同温度下的应力-应变曲线① T<< Tg 时,应变不到 10% 断裂, 如曲线 a 所示② T稍高但仍在 Tg 以下,出现屈服点,应力在屈服点达到最大值,称为屈服应力。断裂时应变不超过 20% ,如曲线 b 所示③ Tg 以下几十度,在外力增加很小的情况下,应变很大,约几百%;之后曲线又上升,直到断裂,断裂点 C 的应力称为断裂应力,对应的应变称为断裂伸长率④T> Tg 试样进入高弹态,在不大的应力下,便可以发生高弹形变;无屈服,呈现较长平台(不明显增加应力时,应变很大) ,直到断裂前,曲线才急剧上升,如曲线 d 所示图 7-6 典型的拉伸应力-应变曲线曲线特征: (1) OA 段,为符合虎克定律的弹性形变区,高模量,小形变, 主要是键长、键角的变化,可完全恢复。应力-应变呈直线关系变化,直线斜率相当于材料弹性模量。曲线无屈服,所以为脆性断裂。如曲线 a 。 Ed d???(2)越过 A点,应力-应变曲线偏离直线,说明材料开始发生塑性形变,极大值 Y点称材料的屈服点,其对应的应力、应变分别称屈服应力(或屈服强度) 和屈服应变。在材料屈服之后的断裂,为韧性断裂,如曲线 b、 c 。材料在屈服后出现了较大的应变,如断裂前停止拉伸, 大形变已无法完全恢复,升温到 Tg 附近,形变又可恢复了。本质是一种高弹形变,而不是粘性流动。大形变的分子机理主要是分子链段运动。 y? y?(3)如果分子链伸展后继续拉伸,由于分子链取向排列, 使材料强度进一步提高,因而需要更大的力,所以应力又逐渐的上升,到达 B点发生断裂。与B点对应的应力、应变分别称材料的拉伸强度(或断裂强度) 和断裂伸长率,它们是材料发生破坏的极限强度和极限伸长率。 B? B?由于高分子材料种类繁多,实际得到的材料应力-应变曲线具有多种形状。归纳起来,可分为五类。高分子材料应力-应变曲线的类型(a)硬而脆型(b)硬而强型(c)硬而韧型(d)软而韧型(e)软而弱型曲线的类型(3) 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-应变曲线下的面积很大,说明材料韧性好,是优良的工程材料。(1)硬而脆型此类材料弹性模量高( OA 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(PS) 、聚***丙烯酸甲酯(PMMA) 、酚醛树脂(PF) 等表现出硬而脆的拉伸行为。(2)硬而强型此类材料弹性模量高,断裂强度高,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 5% )。硬质聚***乙烯(PVC) 制品属于这种类型。说明(5)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。一些聚合物软凝胶和干酪状材料具有这种特性。(4)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( 20% ~1000% ),断裂强度可能较高,应力-应变曲线下的面积大。各种橡胶制品和增塑聚***乙烯具有这种应力-应变特征。硬而韧的材料,在拉伸过程中显示出明显的屈服、冷拉或细颈现象,细颈部分可产生非常大的形变。随着形变的增大,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***(PI) 、聚碳酸酯(PC) 及醋酸纤维素、***纤维素等属于这种材料。玻璃态高聚物在大外力的作用下发生的大形变,其本质与橡胶的高弹形变一样,但表现的形式却有差别,为了与普通高弹形变区别开来,通常称其为强迫高弹形变。图 7-7 聚***丙烯酸甲酯( PMMA )的应力-应变曲线随环境温度的变化(常压下) 玻璃态高聚物的强迫高弹形变原因:外力作用下,位能曲线发生倾斜,使链段运动的位垒相对降低,从而缩短了链短沿外力方向运动的时间,使得在玻璃态被冻结的链短运动。(1)外力的影响由上式可见, 越大, 越小, ,链段运动的松弛时间减小至与拉伸速度相适应的数值,高聚物就发生大形变。所以加大外力对松弛过程的影响与升高温度相似。式中: 是链段运动活化能, 是材料常数, 是未加应力时链段运动松弛时间, a 是与材料有关的常数研究表明,链段松弛时间与外应力之间有如下关系: ??????????? RT E ???? exp 0E?? 0???? 7-3 y?