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四川大学硕士学位论文 共聚聚丙烯及其改性材料的断裂行为研究 材料加工工程专业 研究生：李庆国指导教师：谢邦互教授 摘要 本文运用基本断裂功( e 、) 方法研究了热处理、化学和共混改性对共聚 聚丙烯( p p ) 在低拉伸速率下断裂破坏行为的影响，并对材料的形态结构与断 裂行为参数的关系进行了比较和分析。 研究表明退火不仅对p p 的结晶形态和性能有显著的影响，而且在不同的退 火处理条件下其断裂性能也显示出明显的差异。随着退火温度的升高，双边缺 口拉伸( d e n t ) 试样的断裂位移逐渐减小，比基本断裂功( w 。) 和临界裂纹张 开位移( e o ) 逐渐增大，而比非基本断裂功项( 卢坳) 或比塑性功( ) 均有着 相反的变化趋势。在较低退火温度( 8 0 ) 下，退火时间的增加与退火温度升 高对材料断裂性能的影响较为相近。 在评价支化和交联结构对p p 的断裂破坏行为影响的研究中，采用了常用的 过氧化二异丙苯( d c p ) 和二乙烯基苯( d v b ) 对共聚聚丙烯进行反应挤出化学改 性。结果表明：p p 在引发剂d c p ，交联剂d v b 以及抗氧剂1 0 1 0 的共同作用下， 通过单螺杆挤出形成了支化和交联结构。随着d v b 用量的增加，改性p p 的熔 体流动速率逐渐减小，凝胶含量和维卡软化点温度逐渐增加；w e 值先减小后增 加，而肌值先增加后减小。改性p p 的结晶温度均高于纯p p ，并随着d v b 用 量的增加向高温方向移动，p p 的结晶形态也有较大变化，球晶有一定细化。 对于聚丙烯和三元乙丙橡胶( p p e p d m ) 简单共混体系而言，随e p d m 用 量的增加，p p e p d m 共混物的拉伸强度逐渐下降，冲击强度均较纯p p 有一定 程度的提高，当e p d m 用量较高时，试样在摆锤冲击下仅出现少量开裂的现象。 佻值随e p d m 用量的增加里先增后减的趋势，即适量e p d m 有利于提高p p 抵 抗裂纹扩展的能力。p p e p d m 简单共混物的断裂韧性和塑性变形能都主要取决 于材料屈服后的断裂功参数。过氧化物d c p 的加入，使p p e p d m 共混物的熔 共聚聚丙烯及其改性材料的断裂行为研究 体流动速率较p p e p d m 简单共混物显著提高，且随着d c p 含量的增加，共混 物的熔体流动速率逐渐增加，但其用量的增加对共混物试样的冲击强度和屈服 强度影响不明显。不同韧带长度的d e n t 试样的载荷位移曲线具有很好的自相 似性。比断裂功与韧带长度曲线具有较好的线性关系，拟合直线的线性回归系 数( r 2 ) 均在0 9 以上。随着d c p 含量的增加，材料的佻即断裂韧性逐渐增加， p w p 则逐渐降低。和卢协随d c p 的变化也主要体现在屈服后比断裂功的变化 匕。 关键词：聚丙烯，化学改性，退火，共混，基本断裂功，断裂韧性，断裂行为， 裂纹扩展 i i 四川大学硕士学位论文 t h ef r a c t u r eb e h a v i o ri n v e s t i g a t i o no f c o - p o l y p r o p y l e n e w i t ha n n e a l i n ga n dm o d i f i c a t i o n m a j o r ：m a t e r i a l sp r o c e s s i n ge n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t e ：l iq i n g g u ns u p e r v i s o r ：p r o x i eb a n g i m a b s t r a c t ： 1 1 嵋i n f l u e n c eo fa n n e a l i n gc o n d i t i o n s ，b l e n d i n ga n dc h e m i c a lm o d i f i c a t i o no n t h ef r a c t u r eb e h a v i o r so ft h ec o - p o l y p r o p y l e n e ( p p ) s h e e t sa tl o wc r o s s - h e a ds p e e d w a s i n v e s t i g a t e db ym e a n so f t h ee s s e n t i a lw o r ko f f r a c t u r e ( e w f ) m e t h o d i tw a ss h o w nt h a ta n n e a l i n gh a sg r e a te f f e c t so nt h ec r y s t a ls t r u c t u r e sa n d p r o p e r t i e so fp p , m o r e o v e r , r e m a r k a b l ev a r i a t i o n so ff r a c t u r ep r o p e r t i e sc a nb e o b s e r v e df o rp pt r e a t e du n d e rd i f f e r e n ta n n e a l i n gc o n d i t i o n s w i t ht h ei n c r e a s eo f a n n e 蛐t e m p e r a t u r e ，t h ed i s p l a c e m e n tt of a i l u r eo fd o u b l ee d g e - n o t c h e dt e n s i o n ( d e n t ) s p e c i m e n sd e c r e a s e dg r a d 吣i tw a sa l s of o u n dt h a tw i t hi n c r e a s i n g a n n e a l i n gt e m p e r a t u r e ，t h es p e c i f i ce s s e n t i a lw o r ko ff r a c t u r e ( i n c r e a s e d , w h i l e t h es p e c i f i cp l a s t i cw o r ki t e m0 9 w p ) d e c r e a s e dg r a d u a l l y f o ra l ls p e c i m e n sb e f o r e a n da f t e ra n n e a l i n g ，t h ev a r i a t i o no f 唧w a sa l m o s ts i m i l a rt ot h a to f p w v a tl o w e r a n n e a l i n gt e m p e r a t u r e ，t h e e f f e c to fp r o l o n g e da n n e a l i n gt i m eo rt h ef r a c t u r e p a r a m e t e r sw a s s i m i l a rt ot h a to f i n c r e a s i n ga n n e a l i n gt e m p e r a t u r e t os t u d yt h ei n f l u e n c eo fc h e m i c a lm o d i f i c a t i o no nt h ef r a c t u r eb e h a v i o r s ，p p w a sr e a c t e dw i t hd i v i n y l b e n z e n e ( d v b ) ，i nt h ep r e s e n c eo f d i c u m y lp e r o x i d e ( d c p ) a n da n t i o x i d a n t ( 1 0 1 0 ) b yar e a c t i v ee x t r u s i o np r o c e s s i tw a sf o u n dt h a tw i t h i n c r e a s i n gd v bc o n t e n t , t h em e l tf l o wr a t e 珂r ) o fp pd e c r e a s e d , w h i l et h e a m o u n to fm a e r o g e li nt h es a m p l e sa n dv i c a rs o f t e n i n gp o i n to ft h es a m p l e s i n c r e a s e d i na d d i t i o n , t h ec r y s t a l l i z a t i o nt e m p e r a t u r eo f m o d i f i e dp pw a sh i g h e rt h a n t h a to f p u r ep p , w h i c hm o v e dt oh i g ht e m p e r a t u r ew i t ht h ei n c r e a s eo f d v bc o n t e n t t h ec r y s t a l l i z a t i o nm o r p h o l o g yc h a n g e dal o ta n dt h es i z eo fs p h e r o e r y s t a lr e f m e d 共聚聚丙烯及其改性材料的断裂行为研究 t h ew ev a l u eo f e h e m i c a lm o d i f i e dp pw e r el o w e rt h a nt h a to f p u r ep p 1 h cw ev a l u e s d e c r e a s e da tl o w e rd v bc o n t e n ta n dt h e ni n c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gd v bc o n t e n t , w h i l ef l w pv a l u e sh a dac o m p l e t e l yc o n t r a r yt r e n d 仇a n d 声w pw e r ed e p e n d e n to nt h e e w f p a r a m e t e r sf o rn e c k i n ga n dt e a r i n g f o rp p e p d mb l e n d ，t h et e n s i l es t r e n g t hd e c r e a s e da n dt h ei m p a c ts t r e n g t h i n c r e a s e dc o m p a r e dt op u r ep p t h e 仇v a l u e so fp p e p d mw e r eh i g h e rt h a nt h a to f p u r ep p w ei n c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n ge p d m c o n t e n t , r e a c h e dap e a kv a l u ea n dt h e n d e c r e a s e d t h ee v o l u t i o no f w , a n d # w pw a sm a i n l ya c h i e v e dt h r o u g ht h ev a r i a t i o no f 耽，”a n d 届脚mr e s p e c t i v e l y 1 h cm f ro f p p e p d mb l e n dc a l lb ei m p r o v e db o t h w i t hi n c o r p o r a t i o no fd c pa n dt h ei n c r e a s eo fe p d mc o n t e n t t h ei n c r e a s eo fd c p c o n t e n th a sl i t t l ee f f e c to nt h et e n s i l es t r e n g t ha n dt h ei m p a c ts t r e n g t ho ft h eb l e n d s t h el o a d - d i s p l a c e m e n tc u r v e so fd e n ts p e c i m e n sw i t hd i f f e r e n tl i g a m e n tl e n g t h t o o k0 ng o o ds e l f - s i m i l a r i t ya n dt h ew r ld i a g r a m sh a dg o o dl i n e a r i t yf o ra l lt h e s p e c i m e n s ( c o r r e l a t e dc o e f f i c i e n t , r 气o fs p e c i m e n sw e f eh i g h e rt h a n0 9 ) w i t h i n c r e a s i n gd c pc o n t e n t , w ei n c r e a s e da n d 脚pd e c r e a s e dg r a d u a l l y w e ，ya n d9 一 h a v el i t t l ec h a n g ea n dw e r el o w e rt h a ne w fp a r a m e t e r sf o rn e c k i n ga n dt e a r i n g w e a n d p w p w e r e m a i n l ys u b j e c t e d t o t h ec h a n g e o f w , ，n a n d p 卧 k e y w o r d s ：p o l y p r o p y l e n e , c h e m i c a lm o d i f i c a t i o n , a n n e a l i n g , b l e n d i n g , f r a c t u r e b c h a v i o u r , f r a c t u r et o u g h n e s s ，e s s e n t i a lw o r ko f f r a c t u r e i v 四川大学硕士学位论文 l 前言 1 1 聚丙烯改- 陛技术的研究现状 聚丙烯( p p ) 是一种通用的热塑性塑料，具有良好的综合性能，且易加工 成型，主要采用注射成型制备建筑、机械部件、电工零件等；也可采用挤出、 吹塑工艺方法制造薄膜材料、板材、管材和纤维等。p p 的缺点是具有较大的成 型收缩率、低温易脆裂、熔体强度低、热变形温度不高等。p p 改性是塑料加工 行业活跃的领域之一。p p 改性可分为化学和物理改性两种方法。化学改性主要 有共聚、接枝、交联等，通过改变p p 的分子结构以达到改性的目的。物理改性 主要通过填充、增强、共混等方法，赋予p p 新的性能。 在p p 主链上引入长支链或在分子链之间形成一定的交联结构有利于克服 p p 熔体强度低的缺点。p p 的交联方法分为化学交联和辐射交联，但p p 在辐射 交联的同时降解十分严重，故一般采用化学交联的方法。交联后的聚丙烯在结 构上与热塑性、热固性树脂及硫化橡胶都不同，它有体型结构却不完全交联， 交联区域小，不像硫化橡胶那样有很大的交联网，因此在性能上兼有三者特点， 即同时具有热可塑性、硬度高、良好的耐溶剂性、高弹性和优良的耐低温性能【i 】。 共混改性是利用溶度参数相近和反应共混的原理在反应器或螺杆挤出机中 将两种或两种以上的聚合物材料及其助剂通过掺混而最终形成一种宏观上均 相、微观上分相的新材料。共混物的性能主要取决于共混组分的相容性及其相 对含量，分散相的尺寸及其尺寸分布以及两相界面的相互作用【2 】。针对提高聚 丙烯的缺口冲击强度和低温韧性，通常采用低模量的橡胶如e p r ( 乙丙橡胶) 、 e p d m ( = 元乙丙橡胶) 、s b s ( 苯乙烯丁二烯苯乙烯共聚物) 等进行共混。e p d m 与聚丙烯结构相似，相容性较好，共混形成的热塑性弹性体的冲击强度可比p p 提高7 倍，且具有优良的耐热、耐低温及耐老化性能。此外，由于e p d m 具有反 应活性较高的二烯双键，采用动态硫化技术得到的p p e p d m 共混物较简单共混 物有强化增韧和消缠降粘两大特点【3 l ，同时反应还具有诸如引发、交联、降解 和终止等多重性附l 。中国科学院长春应用化学研究所以聚丙烯和e p d m ( - - 井 公司e p t - 4 0 4 5 和意大利m o n t e 2 d i s o n 公司) 为原料，采用过氧化物在橡胶相进行 部分交联和在橡、塑两相间进行轻度共交联的方法大幅度提高材料的拉伸强度 共聚聚丙烯及其改性材料的断裂行为研究 和断裂伸长率。但利用橡胶类聚合物进行聚丙烯改性，在韧性提高的同时也使 刚性降低、脆性增大，通过在材料中填充无机填料如滑石粉、碳酸钙等，使材 料的弯曲强度、热变形温度和硬度降低少，达到同时增强、增韧的目的。 1 2 高分子材料的断裂韧性及常用研究方法 高分子材料在应力作用下的损伤、失效和破坏行为是与材料服役能力密切 相关的重要问题。高分子材料常作为结构材料和工程材料使用，研究其断裂破 坏特性和抗破坏性能是合理利用高分子材料的需要【6 7 j 。材料破坏行为的差异可 反映在变形的不同阶段。断裂是材料形变的极限行为和破坏的主要形式。当材 料内部的裂纹扩展达到某临界尺寸而失稳扩展时，材料对外力的应变能力完全 丧失，随即发生断裂破坏。除对材料强度的大小应予以关注外，对材料的变形 尤其是塑性变形行为还应给予充分的重视。为深入讨论聚合物材料的结构与断 裂性能的关系，并扩展p p 等聚烯烃改性材料进一步的研究和应用，对其变形行 为和断裂性能进行有效的评价和表征具有显著的实用价值。 高分子材料和制品中常存在的一些应力集中源，如气泡、杂质，机械加工 的缺口、锐角、表面划伤等，容易在材料内部诱发萌生裂纹；材料中产生的银 纹也容易在应力的作用下发生破坏而转变成裂纹 6 1 。对于不同的材料及不同的 使用条件，裂纹的产生、扩展直至断裂的过程对材料的损伤和破坏行为的影响 有很大的差异，这与材料的银纹化、发生塑性变形的方式和能力等诸多因素有 关f s 4 0 】。高分子材料如塑料管材在内压或外力的作用下，形成单位面积的开裂表 面所需消耗的能量即裂纹增长的阻力大于驱动力时，裂纹有自行止裂的能力。 一旦裂纹失稳，即当驱动力大于增长阻力时，裂纹将以极快的速度扩展，部分 或全部地贯穿结构从而使结构破坏，造成管道失效，可能带来灾难性的事故 u 1 ，2 1 。研究各类应力状态下高分子材料受裂纹影响的断裂破坏行为，进而对高 分子材料的服役能力进行评价和预测具有重要的理论价值和现实意义。除应力、 应变状态和使用环境，高分子材料的结构等影响裂纹引发和扩展的主要因素外， 成型和加工工艺也会对高分子材料抗破裂性能产生重要影响【6 】。目前高分子材 料特别是存在裂纹时材料的形变、断裂方式及规律尚不清楚，限制了高分子材 料在工程上的进一步应用，同时也为有效评价材料的抗断裂破坏性能带来了较 四川大学硕士学位论文 大的困难。所以仍需深入认识高分子材料在裂纹存在情况下的形变、损伤和断 裂行为，为扩大应用和进行材料改性研制提供必要的参考依据。 断裂韧性是材料抵抗断裂破坏的能力，也即抵抗裂纹扩展能力的重要指标。 目前大多依据冲击强度的高低来判断塑料等高分子材料的韧性大小。但冲击强 度值对评价材料在较低应力作用和较低作用速率下的破坏行为缺乏参考价值， 同时难以反映材料抵抗其内部裂纹扩展的能力。在测定韧性较高的高分子材料 时，冲击过程还常常出现试样未完全断裂的情况，使材料表观韧性的可靠性和 对材料抵抗裂纹破坏能力的评价意义大大降低。其它常规实验方法如撕裂强度 测试等评价高分子材料的断裂性能时，大多仍显片面、粗略和缺乏有效性，主 要原因是这些方法得到的实验结果严重受到测试样品的形状和测试条件等的影 响，难以准确反映高分子材料破坏时，微裂纹的扩展过程、新增裂纹表面所需 能量、塑性变形及所耗能量等与破坏机理相关的信息【1 3 1 4 1 。 断裂力学以裂纹体为研究对象，主要研究制件内的裂纹在何种条件下，以 何种方式扩展导致材料失效1 1 卯，其在金属材料断裂性能的研究中已得到广泛应 用，并取得了相当满意的效果。由于高分予材料的断裂行为在很大程度上决定 于裂纹萌生抗力和扩展力，因此，人们开始从断裂力学的观点出发来分析高分 子材料的强度和破坏问题，采用断裂韧性等断裂力学参量评价高分子材料的韧 性及研究材料在抵抗裂纹扩展的过程中所表现的变形行为。 1 2 1 线弹性断裂理论 g r i f f i t h 最早对线弹性断裂理论( l e f m ) 进行了叙述，为断裂力学的发展 奠定了基础。他认为裂纹的存在是材料极易被破坏的原因，在裂纹扩展前，外 力所做的功以弹性能的形式储存在材料内，已有裂纹的扩展或新裂纹的形成所 产生的新的断裂表面所需要增加的表面能，由材料内部弹性储能的减少来平衡； 其次，这些弹性储能并不是均匀地分布于材料中，而是更多地集中分布于微裂 纹的附近，当使裂纹扩展引起的弹性储能的减少量大于或等于生成的断裂表面 能时，材料就发生断裂，这也解释了材料实测强度与理论强度间的较大差异问。 假设裂纹扩展面积为5 a ，在此过程中，外载荷所作的功为6 w p ，弹性应交 共聚聚丙烯及其改性材料的断裂行为研究 能的变化为6 u ，形成新裂纹所消耗的表面能为研，则裂纹扩展单位面积时系统 所释放的能量称为能量释放速率g ，可表示为： g = 杀一罢 似， 当裂纹扩展单位面积系统所释放的能量大于或等于单位面积产生新裂纹表面的 能量时，裂纹开始失稳扩展，即： 盟一塑塑(1-2)aaa ao a g ，= l ( 1 - 3 ) o a g c 即为裂纹扩展时能量释放率的临界值。当g _ g c 时，裂纹开始失稳扩展， 材料将发生断裂破坏。 临界应力强度因子也可根据线弹性断裂理论得到，在平面应力状态，k i 与 g i 可以通过下式相互转换： g ，= k ；e ( 1 - 4 ) 其中e 为材料的杨氏模量。 根据a s t m 标准，k x c 测试采用三点弯曲试样或紧凑拉伸试样进行断裂实 验。试样尺寸要求为； w 2 2 b ，0 4 5 - 2 5 ( 五) ( 1 9 ) 巳 就一般韧性材料：j c 1 2 k j i m 2 ，o y - 5 0 m p a ，即t - - 6 m m ，试样制备较易。但对 韧性很大的高分子材料，特别是对断裂韧性与屈服强度的比值很大( 例如聚丙 烯或聚乙烯等屈服应力较低) 的高分子材料及其共混物来说，则所需试样尺寸 如厚度等可能过大，难于制备【勰1 。此外j 积分法还存在裂纹长度变化值a 测定 困难，难以保证精度等不足，有些材料无法得到钝化线；薄膜材料因不符合尺 寸要求而无法测试；对某些韧性聚合物无法得到唯一的j r 曲线等缺陷。因此，j 积分方法至今未能在聚合物材料断裂性能评价的实际过程中得到普遍的推广 阴3 1 。 近年发展较快的基本断裂功方法已在国外受到广泛关注，可用于研究韧性 聚合物的断裂行为，具有不少独特的优点，是本文研究所采用的主要方法，下 面将较为详细地阐述其相关内容。 1 2 3 基本断裂功( e w v ) 方法 b r o b e r g p 4 】在7 0 年代提出了基本断裂功( e s s e n t i a lw o r ko f f r a c t u r e 。e w f ) 概念，用于评价金属材料延性破坏的断裂韧性，后经c o t t c r e l 3 5 - 3 7 1 ，r e d d e l 3 7 1 ， k a r g e r - k o e s i s p s 4 1 1 和m a i ( 4 纠5 1 等发展并研究了在高分子材料中的适用性。 e w f 方法将带有预制裂纹的高分子材料缺口试样进行拉伸，断裂过程中消 耗的总功聊被分为两部分： 哆= 呒+ ( 1 - 1 0 ) 图l - 2 为常采用的双边缺i = 1 拉伸( d o u b l ee d g e n o t c h e dt e n s i o n ，d e n t ) 试 样及其能量消耗区示意图。基本断裂功消耗于内部断裂进程区( i f p z ) ，是 6 四川大学硕士学位论文 材料破坏时产生裂纹新表面需要的能量，对厚度( t ) 一定的试样，它与预制裂 纹处试样的剩余宽度即韧带长度( z ) 成正比；非基本断裂功消耗于外部塑 性区，反映材料在断裂过程中发生塑性变形所消耗的能量，是与产成正比的体 积能。即式可表示为： w = w 。f ，+ w ，小f 2( 1 1 1 ) 试样韧带单位面积上的比总断裂功为： w ，= 鲁= 叱抄叫 w e 和分别为材料的比基本断裂功和比非 基本断裂功，口是塑性变形区的形状因子， 其值与试样和预制裂纹的形状有关。若由一 组韧带长度不同的试样可以得到聊与z 的数 据点成直线关系，则从拟合直线的截距和斜 率即可方便地求得该材料的和声。可见 通过e w f 方法的实验过程不仅可能获得高 分子材料( 特别是韧性高分子材料) 的反映 抵抗裂纹扩展能力的断裂韧性，还可凭借比 非基本断裂功了解材料塑性变形的行为特 征。后者涉及断裂过程中材料的剪切屈服和 银纹化、空化等现象【1 7 1 ，可以为认识材料的 破坏机理提供依据和参考。近期的研究还发 ( i - 1 2 ) 图i 2 双边缺口拉伸( d e n t ) 试样 现，通过必要的实验手段和适当的结果处理方式，还可能得到高分子材料在断 裂过程中的不同阶段( 屈服前、后) 的比基本断裂功和比非基本断裂功，以及 临界裂纹张开位移等断裂行为信息。 已经证明，由e w f 方法得到的比基本断裂功坼可完全取代用j 积分表征 的高分子材料的断裂韧性口5 1 。因： 心= d f 蔬+ 似赳) d ， ( 1 1 3 ) ( 1 - 1 3 ) 式中的第一项给出了成颈的塑性功，等价于( i - 6 ) 式的第一项；( 1 1 3 ) 7 共聚聚丙烯及其改性材料的断裂行为研究 式的第二项涉及成颈的断裂功，与( 1 - 6 ) 式的第二项也是等价的。令人满意的 是，对高分子材料( 包括韧性高分子材料、增强或增韧聚合物) 两言，的测 定实验一般要求试样厚度等尺寸满足： 3 t ，s w l 3 ( 1 - 1 4 ) 远不及j 积分要求苛刻。近年来，基本断裂功方法因其适合的材料范围广，实 验过程简便，试样剑备容易且特别适于薄壁制品的研究，结果比较准确可靠等 优点受到国外研究者的重视，得到了较快的发展1 9 ，4 2 ，4 “8 1 。 根据e w f 理论，载荷 位移曲线下的面积积分， 即为断裂过程消耗的总断 裂功，由此可以得到比断 裂总功，将比断裂总功对 韧带长度作图，由图中拟 合直线的截距和斜率，分 别得到比基本断裂功和比 非基本断裂功项此外， j k a r g e r - k o e s i s 等人基于 d e n t 试样拉伸过程中， 其载荷位移曲线出现的极 图1 - 3d e n t 试样的典型载荷一位移曲线 大值点作垂线可以将载荷位移曲线进行分割，如图1 - 3 所示，试样的总断裂功 分为消耗于屈服过程的功和屈服后消耗于撕裂过程的功吸，即： 巧= 巧+ 巩 ( 1 - 1 5 ) 则有： 又因为： 经处理后得到： 哆。哆+ w ，= w 。+ 肌，f ( i - 1 6 ) ( 1 - 1 7 ) b2 也，+ 岛一7 ( 1 1 8 ) w n = w e + 芦一p 。l j 四川大学硕士学位论文 其中心，、心，分别为材料屈服前后的比基本断裂功；岛h ，、孱，分别为其 相应的比非基本断裂功。 1 3 本论文的研究目的和意义 目前运用e w f 方法研究高分子材料的断裂破坏行为在国外已弓l 起较为广 泛的兴趣，这方面的研究工作正逐步推广和深入，不少研究者针对部分高分子 材料及其填充、共混体系进行了e w f 方法的适用效果验证，包括以弹性体为基 体的复合材料的研究，同时实验方法也正逐步改进和完善。从目前众多研究者 ( 或同一课题组) 的研究结果来看，还存在：试样的成型方法和其形状、厚度， 预制缺口的方法及裂纹形状，澳5 试过程的条件和控制等变化较多，难以对相关 结果进行比较对比和系统分析，且不同研究手段和实验过程对测试结果的影响 和相互间的关系仍很不清楚；对高分子材料的不同结构特征与其表现出的不同 断裂行为之间的关系和规律等的研究较为少见；还未将同类型材料放在同一平 台上进行研究、对比，相应断裂模型和机理不够清晰。 国内运用e w f 方法对聚合物材料断裂性能开展的研究较少，本课题组近年 来对一些高分子材料在低应力作用下的断裂行为进行了一定的研究，取得了一 些有价值的初步结果：对裂纹预制的方法，装置，操作技术等及其对材料断裂 行为的影响已开展了必要的研究和改进；对不同成型加工方法( 注射一压制成 型和注射成型) 、成型温度和试样厚度对聚烯烃材料断裂行为的影响进行了研 究，初步确定了能减小结果分散性的成型方法；对几种共聚聚丙烯管材用材料 的断裂性能与材料的结晶行为和常规力学性能进行了关联分析；研究了弹性体 p o e 对聚烯烃材料断裂行为的影响以及碳酸钙( c a c 0 3 ) 粒子和煤矸石粉填充 的聚丙烯复合材料及其改性体系在平面应力状态下的断裂破坏行为。 本文在已开展工作的基础上，以基本断裂功方法为主，对经过退火处理的 聚丙烯，化学改性的聚丙烯及其共混材料在有裂纹存在的情况下的变形行为和 断裂破坏性能进行了深入研究，并分析了断裂过程中的不同阶段的变形情况和 断裂性能指标。 参考文献 1 沈静妹，刘松林蒙丙烯的交联高分子通报，1 9 9 2 ( 9 ) ：1 7 0 1 7 6 ， 2 李蕴能，孟丽萍等，工程塑料应用，1 9 9 6 ，2 4 ( 3 ) ：5 l 3 牛继舜，马振文等化工新型材科，1 9 9 6 , 2 4 ( 9 ) ：1 5 4 邹盛欧现代塑料加工应用，1 9 9 8 ，1 0 ( 4 ) ：4 8 5 张学东，刘浙辉等现代塑辩加工应用，1 9 9 5 ，7 ( 6 】6 6 吕锡慈高分子材料的强度与破坏四川教育出版社。1 9 9 0 7 旖良和。胡汉杰高分子科学的今天与明天化学工业出版杜，1 9 9 4 ，1 4 6 - 1 5 2 8 颜志军，罗文波，张平高分子材料科学与工程，2 0 0 2 ，1 8 ( 4 3 ，4 1 - 4 4 9 朱锡雄+ 朱国瑞高分子材料强度学，浙江大学出版社，1 9 9 2 ，2 2 7 - 2 6 6 1 0 t h o m a se l 主编，施良和，沈静妹等译，聚合物的结构与性能，科学出版社。1 9 9 9 ， 6 1 8 - 6 7 7 1 1 齐芳娟，霍立兴。张玉凤等，中国塑料2 0 0 1 ，1 5 ( 6 ) ，1 0 1 3 ， t 2 。刘厚俊，张玉风。霍立兴中国塑 荨2 0 0 3 ，1 7 ( 4 ) ，8 2 8 5 1 3 e m m a c y c h i n g , r o b e r tk y l i , p o l y m e n g s c i ，2 0 0 3 ，4 3 ，5 5 8 1 4 ，3 ，1 c a s e l l a s , p m ，f r o n t i n i ，3 。a p p l 。f o l y m 。s c i ，1 9 9 9 , 7 4 ：7 8 1 - 7 9 6 1 5 徐振兴，断裂力学，湖南大学出版社，1 9 8 7 l6 a a r k h i r 8 y e v a , s ，h a s h e m i ，m ，o b r i e n , j m a z e r s c i 。1 9 9 9f 3 4 ) 5 9 6 1 - 5 9 7 4 1 7 a a r k h i r e y e v a , s h a s h e m i , p o l y m e r , 2 0 0 2 ( 4 3 ) ，2 8 9 3 0 0 1 & j i n g s h e nw u , y i u - w m gm a i ，p o l y m e n g s c i 。1 9 9 6 ( 3 6 ) , 2 2 7 5 - 2 2 8 8 1 9 yb o k o i ，c i s h i y a m aa n d m s h i m o j o ，j m a t e r s c i ，2 0 0 0 ( 3 5 ) 5 0 0 1 - 5 0 1 1 2 0 尹双增，断裂、损伤理论及应用。清华大学出版社。1 9 9 2 , 1 6 2 - 1 8 5 2 1 李东明，漆宗能高分子材料科学与工程，1 9 9 1 ( 2 ) ，1 8 - 2 5 2 2 h a s h e m i ，s a n dw i l l i a m s , j g ，p a l y m ，e n g s c i ，1 9 8 6 。2 6 , 7 6 0 7 6 7 2 3 n a r i s a w a , i ，p o l y m e n g s c i 。1 9 8 7 ，2 7 ，4 1 - 4 5 2 4 ，李晶。杨卫合成树脂及塑料, 1 9 7 7 ，1 4 ( 3 ) ，2 8 - 3 1 2 5 l umkc h a n gfc f r a c t u r et o u g h n e s so fp c p b tb l e n db a s e d o nji i l t e g 同m e t h o d s j 伽f a io f a p p l i e dp o l y m e rs c i e n c e , 1 9 9 5 。5 6 ( 9 ) ，1 0 6 5 1 0 7 5 2 6 n a k a j i m an ，l ujl f r a c t u r et o u g h n e s so fp v c a b sb l e n d se v a l u a t e db yt h ej i n t e 删 墙 巴型查兰堡圭堂垡堡奎 r u b b e rc h e m i s t r ya n dt e c h n o l o g y ，1 9 9 3 ，6 6 ( 4 ) ，6 3 4 - 6 4 5 2 7 l uml ，c h i o uk c ，c h a n gfc ，p o l y m e n g s e i ，1 9 9 6 ，3 6 ( 1 8 ) ，2 2 8 9 - 2 2 9 5 2 8 s c t j o n g , s a x u k y l lj a p p l p o l y m s c i ，2 0 0 0 ( 7 7 ) ，2 0 7 4 - 2 0 8 1 2 9 e m m ac y c h i n g , w e n d yk y p o o n , r o b e r tk y u ，a n dy w m a i , p o l y m e n g s c i ，2 0 0 0 ，1 2 , 2 5 5 8 - 2 5 6 8 3 0 s h a s h e m ia n dj g w i l l i a m s ，p o l y m e r , 1 9 8 6 ，2 7 ，3 8 4 - 3 9 2 3 1 d d h u a n ga n dj g w i l l i a m s ，j m a t e r s c i ，1 9 8 7 , 2 2 ，2 5 0 3 - 2 5 0 8 3 2 1 n a r i s a w aa n dm t t a k e m o r i , p o l y m e n g s c i ，1 9 9 0 , 3 0 ，1 3 4 5 - 1 3 5 2 3 3 h s w e i ，b c r i a , a n ds h c a n , p o l y m e r , 1 9 9 1 ，3 2 ，1 4 4 0 1 4 4 6 3 4 b r o b e r g k b i n t j f r a c t 1 9 6 8 4 1 1 3 5 y - m m a i , b c o t t e r e l l ，r h o r l y e k , g v i g n a , p o l y m e n g s c i ，1 9 8 7 ，2 7 ( 1 1 ) ，8 0 4 8 0 9 3 6 y - wm a ia n dbc o t t e r e l l ，i n t j f r a c t u r e ，1 9 8 6 ，3 2 ，1 0 5 - 1 2 5 3 7 c o t t e r e l lb ，r e d d e ly k i n tj 嗽1 9 7 7 ，1 3 ，2 6 7 - 2 7 7 3 8 j k a r g e r - k o e s i s ，t b a r a n ya n de j m o s k a l a , p o l y m e r , 2 0 0 3 ，4 4 ，5 6 9 1 - 5 6 9 9 3 9 j k a r g e r - k o c s i sa n dt b a r a n y , p o l y m e n g s c i ，2 0 0 2 ，4 2 ，1 4 1 0 1 4 1 9 4 0 j k a r g e r - k o c s i s ，e j m o s k a l a , p o l y m e r ,