高分子物理 第八章.pdf

1 第八章 聚合物的屈服和断裂 Yielding and Fracture of Polymer 第八章第八章 聚合物的屈服和断裂聚合物的屈服和断裂 Yielding and Fracture of PolymerYielding and Fracture of Polymer 吴江渝吴江渝 wujy wujy 2 重点要求 重点要求 会从聚合物应力会从聚合物应力 应变曲线获取信息 掌握屈服和断裂现象 及其机理 韧性和强度的影响因素及增韧 增强方法和机理 应变曲线获取信息 掌握屈服和断裂现象 及其机理 韧性和强度的影响因素及增韧 增强方法和机理 学习目的 学习目的 能从分子结构 凝聚态结构和屈服 断裂特征上对材料的韧 性和强度进行初步判断 学会聚合物的增韧 增强方法 以 满足其使用要求 能从分子结构 凝聚态结构和屈服 断裂特征上对材料的韧 性和强度进行初步判断 学会聚合物的增韧 增强方法 以 满足其使用要求 教学内容 教学内容 聚合物的应力聚合物的应力 应变曲线 聚合物的屈服 聚合物的断裂与强度 应变曲线 聚合物的屈服 聚合物的断裂与强度 3 研究聚合物的极限性质 即在研究聚合物的极限性质 即在较大外力的持续作 用或强大外力的短时作用 较大外力的持续作 用或强大外力的短时作用后 聚合物发生后 聚合物发生大形变 直至宏观破坏或断裂 大形变 直至宏观破坏或断裂 强度强度 抵抗上述破坏或断裂的能力抵抗上述破坏或断裂的能力 形变小 形变小 可用可用模量模量来表示形变特性 来表示形变特性 极限范围内的大形变 极限范围内的大形变 要用要用应力 应变曲线应力 应变曲线来反 映这一过程 来反 映这一过程 4 聚合物的应力聚合物的应力 应变曲线和屈服 第一节 应变曲线和屈服 第一节 5 8 1 1 聚合物的应力聚合物的应力 应变曲线应变曲线 应力应力 应变试验 高聚物的力学性能与温度和力的作用速率有关 因此在试 验和应用中 应变试验 高聚物的力学性能与温度和力的作用速率有关 因此在试 验和应用中注意注意 必须标明 必须标明温度温度和和应变速率应变速率 哑铃型试样均匀速率拉伸 直至断裂 屈服应变 弹性 线性 哑铃型试样均匀速率拉伸 直至断裂 屈服应变 弹性 线性 Y 屈服点 屈服点 B断裂点断裂点 塑性塑性 Typical stress strain curve for amorphous polymer at temperature below Tg 图图8 1 6 A A E Y point Yielding point 屈服点屈服点 A point 弹性极限点弹性极限点 B point Breaking point 断裂点断裂点 Y屈服应力屈服应力 Y屈服应变屈服应变 B断裂伸长率断裂伸长率 B断裂强度断裂强度 Y点以前 点以前 弹性区域弹性区域 除去应力 材料能恢复原样 不留任何永久变形 除去应力 材料能恢复原样 不留任何永久变形 Y点以后 点以后 塑性区域塑性区域 除去外力后 材料不再恢复原样 留有永久变形 称材料 除去外力后 材料不再恢复原样 留有永久变形 称材料 屈服屈服 了了 8 1 1 1 非晶态聚合物的应力非晶态聚合物的应力 应变曲线应变曲线 颈缩阶段颈缩阶段 7 形变过程形变过程 弹性形变弹性形变 屈服屈服 应变软化应变软化 冷拉冷拉 应变硬化应变硬化 断裂断裂 应变为应变为0 2 Y点以后 点以后 冻结的链段开始运动 高分子链的伸展提供了大的形变冻结的链段开始运动 高分子链的伸展提供了大的形变 细颈细颈 颈缩阶段 颈缩阶段 细颈细颈 扩张 应力变化很小 应变大幅度增加扩张 应力变化很小 应变大幅度增加 8 断裂能断裂能 Fracture energy d Stress strain曲线下面积称作曲线下面积称作断裂能断裂能 材料从开始拉伸至破坏所吸收的能量 材料从开始拉伸至破坏所吸收的能量 反映材料反映材料拉伸断裂韧性拉伸断裂韧性大小大小 9 聚合物的屈服强度 聚合物的屈服强度 Y点强度点强度 聚合物的杨氏模量 聚合物的杨氏模量 OA段斜率段斜率 聚合物的断裂强度 聚合物的断裂强度 B点强度点强度 聚合物的断裂伸长率 聚合物的断裂伸长率 B点伸长率点伸长率 聚合物的断裂韧性 聚合物的断裂韧性 曲线下面积曲线下面积 从应力从应力 应变曲线可以获得的被拉伸聚合物的信息应变曲线可以获得的被拉伸聚合物的信息 10 a Different temperature a T Tg c T Tg 几十度几十度 d T接近接近Tg b T Tg 0 50 70 70 0 50 脆断脆断 韧断韧断 无屈服无屈服 屈服后断屈服后断 T T 10 Strain rate 速速速速 度度度度 速速速速 度度度度 拉伸速率增加 聚合物的模量增加 屈服应力 断裂 强度增加 断裂伸长率减小 拉伸速率增加 聚合物的模量增加 屈服应力 断裂 强度增加 断裂伸长率减小 b Different strain rate 12 Example PMMA 13 应变软化更应变软化更明显明显 冷拉时冷拉时 包括晶区和非晶区两部分形变 包括晶区和非晶区两部分形变 8 1 1 2 晶态聚合物的应力晶态聚合物的应力 应变曲线应变曲线 晶态聚合物典型的 应力 应变曲线 晶态聚合物典型的 应力 应变曲线 14 各种情况下的应力各种情况下的应力 应变曲线应变曲线 a 温度 应变速率对应力温度 应变速率对应力 应变曲线的影响应变曲线的影响 图图8 8 图 图8 9 影响与非晶态聚合物相似影响与非晶态聚合物相似 温度升高 屈服应力下降 断裂伸长率增加 拉伸速率增加 聚合物的模量增加 屈服应力 断裂强度增加 断裂伸长率减小 温度升高 屈服应力下降 断裂伸长率增加 拉伸速率增加 聚合物的模量增加 屈服应力 断裂强度增加 断裂伸长率减小 15 b 球晶大小球晶大小 The Size of Spherulites 球晶大 一般断裂伸长率和韧性降低球晶大 一般断裂伸长率和韧性降低 16 c 结晶度结晶度The Degree of Crystallization 结晶度增加 屈服应力 强度 模量 硬度等提 高 断裂伸长率 冲击性能等下降 结晶度增加 屈服应力 强度 模量 硬度等提 高 断裂伸长率 冲击性能等下降 17 8 1 1 3 Different types of stress strain curve 18 ABS PC POM nylon 66 有明显的 屈服和塑性 形变 有明显的 屈服和塑性 形变 韧性好韧性好 硬硬PVC PS PMMA 固 化酚醛树脂 固 化酚醛树脂 断裂前无塑性 形变 断裂前无塑性 形变 橡胶橡胶 增塑增塑 PVC 聚合物凝胶聚合物凝胶 实 例 实 例 大大中中小小中中小小 应力应变曲线 下面积 韧 应力应变曲线 下面积 韧 高高中中5 低低2 中中 断裂伸长 延性 断裂伸长 延性 高高高高中中低低 断裂强度 强度 断裂强度 强度 高高高高高高低低低低 屈服应力 强度 屈服应力 强度 高高高高高高低低低低 模量 刚性 模量 刚性 应 力 应 变 曲 线 特 点 应 力 应 变 曲 线 特 点 聚合物应力聚合物应力 应变曲线应变曲线 强而韧强而韧硬而强硬而强硬而脆硬而脆软而韧软而韧软而弱软而弱聚合物力学类型聚合物力学类型 19 8 1 2 聚合物的塑性和屈服聚合物的塑性和屈服 屈服主要特征屈服主要特征 高聚物屈服点前形变是完全可以回复的 屈服点后高聚物将在 恒应力下 高聚物屈服点前形变是完全可以回复的 屈服点后高聚物将在 恒应力下 塑性流动塑性流动 即链段沿外力方向开始取向 高聚物在屈服点的应变 即链段沿外力方向开始取向 高聚物在屈服点的应变较大较大 剪切屈服应变为 剪切屈服应变为10 20 屈服点以后 大多数高聚物呈现 屈服点以后 大多数高聚物呈现应变软化应变软化 屈服应力对应变速率和温度都敏感 屈服发生时 拉伸样条表面产生 屈服应力对应变速率和温度都敏感 屈服发生时 拉伸样条表面产生 银纹银纹 或或 剪切带剪切带 继而整个样 条局部出现 继而整个样 条局部出现 细颈细颈 成颈或冷拉 是薄膜或纤维拉伸工艺的基础成颈或冷拉 是薄膜或纤维拉伸工艺的基础 20 为什么会出现细颈 为什么会出现细颈 应力最大处 应力最大处 8 1 2 1 细颈细颈 Necking 细颈细颈 屈服时 试样出现的局部变细的现象 屈服时 试样出现的局部变细的现象 样条尺寸 横截面小的地方样条尺寸 横截面小的地方 应变软化 局部软化应变软化 局部软化 使塑性 不稳定更易发展 使塑性 不稳定更易发展 出现出现 细颈细颈 的位置的位置 21 细颈稳定细颈稳定取向硬化取向硬化 Consid re作图法作图法唯象角度唯象角度 判据 成颈或冷拉 是薄膜或纤维拉伸工艺的基础 判据 成颈或冷拉 是薄膜或纤维拉伸工艺的基础 22 工程应力和真应力工程应力和真应力 Engineering stress and true stress A F true 1 000 A l lA A 0 A F Engineering stress True stress Force Initial cross section area Force Cross section area 形变时 形变时 V不变不变 1 true 23 Consid re 作图法 作图法 在真应力在真应力 应变曲线上确 定与工程应力 应变曲线上确 定与工程应力 应变屈服 点 应变屈服 点Y所对应的所对应的B点点 Y点点 truetruetrue d d 1 0 d d e 24 0 1 2 3 D E 0 1 2 30 1 2 3 由无法作 切线 不能成颈 由无法作 切线 不能成颈 0 由可作两条 切线 有两个点满 足屈服条件 由可作两条 切线 有两个点满 足屈服条件 D点 是屈服点 点 是屈服点 E点开 始冷拉 由可作一条 切线 曲线上有一 个点满足 此点为屈服点 在 此点高聚物成颈 点开 始冷拉 由可作一条 切线 曲线上有一 个点满足 此点为屈服点 在 此点高聚物成颈 0 0 d d 真 真 真应力真应力 应变曲线及屈服判据三种类型应变曲线及屈服判据三种类型 细颈变细 载荷不断 增加 材料破裂 不 能形成稳定的细颈 细颈变细 载荷不断 增加 材料破裂 不 能形成稳定的细颈 应变软化应变软化 0 25 Yield Criterion 屈服判据屈服判据 1 1 TrascaTrasca criterioncriterion Metal 剪切作用最大方向上的剪切 应力达到某一临界值 剪切作用最大方向上的剪切 应力达到某一临界值 s时 材料呈现屈服现象 时 材料呈现屈服现象 3 2 1 00 00 00 1 1 2 2 3 3 s 2 1 31 For simple elongation zzzyzx yzyyxy xzxyxx 各向同性各向同性 2 2 3 3 0 0 1 1 y y 1 21 2 1 1 1 2 1 2 y y s s 26 2 Von 2 Von MisesMises criterioncriterion 3 Coulomb MC 3 Coulomb MC criterioncriterion 当材料的剪切应变能达到某一 临界值时 就产生屈服现象 当材料的剪切应变能达到某一 临界值时 就产生屈服现象 const 2 13 2 32 2 21 在某平面出现屈服行为的临 界压力 在某平面出现屈服行为的临 界压力 s与垂直于该平面的 正压力 与垂直于该平面的 正压力 N成正比 成正比 Polymer const Ns 内摩擦系数内摩擦系数 27 8 1 2 2 剪切带剪切带 Shear band 在细颈出现之前试样上出现与拉伸方向成在细颈出现之前试样上出现与拉伸方向成在细颈出现之前试样上出现与拉伸方向成在细颈出现之前试样上出现与拉伸方向成4545 角的剪切滑移变形带角的剪切滑移变形带角的剪切滑移变形带角的剪切滑移变形带 WHY 图图8 17 28 拉伸中材料某个面受力分析拉伸中材料某个面受力分析 横截面横截面A0 受到 的应力 受到 的应力 0 F A0 29 斜截面斜截面A cos 0 A A cosFF n sinFF s 受力受力 2 0 0 cos cos cos A F n 2sin 2 1 cossin 0 0 A F s 法应力 切应力 法应力 切应力 30 Discussion 0 n 0 s 0 45 n 0 2 s 0 2 90 n 0 s 0 45 切应力最大 切应力最大 s 0 2 2 0 cos n 2sin 2 1 0 s 31 图图8 17 当当当当 90 90 时时时时 2 0 2 0 0 sincos cos cos A F n 2sin 2 1 2sin 2 1 00 s ss 0 nn 切应力双生互等定律 切应力双生互等定律 在两个相互垂直的斜面上的 剪应力的数值相等 方向相反 它们是不能单独存 在的 总是同时出现 在两个相互垂直的斜面上的 剪应力的数值相等 方向相反 它们是不能单独存 在的 总是同时出现 32 剪切带的特点剪切带的特点 剪切带倾角很少恰为剪切带倾角很少恰为45 一般大于一般大于45 剪切屈服没有明显的体积变化剪切屈服没有明显的体积变化 剪切带中的分子链高度取向剪切带中的分子链高度取向 取向方向接近于外力 和剪切力合力的方向 取向方向接近于外力 和剪切力合力的方向 33 8 1 2 3 银纹银纹 Crazing 定义 定义 聚合物在张应力作用下 于材料某些薄弱地方出现应 力集中而产生局部的塑性形变和取向 以至在材料表面或内 部垂直于应力方向上出现长度为 聚合物在张应力作用下 于材料某些薄弱地方出现应 力集中而产生局部的塑性形变和取向 以至在材料表面或内 部垂直于应力方向上出现长度为100 m 宽度为 宽度为10 m左 右 厚度约为 左 右 厚度约为1 m的微细凹槽或的微细凹槽或 裂纹裂纹 的现象的现象 银纹现象为聚合物所特有 常出现在非晶态聚合物银纹现象为聚合物所特有 常出现在非晶态聚合物PS PMMA PC PSF 在晶态聚合物 在晶态聚合物PP等也有发现等也有发现 34 Microstructure of crazing 微纤微纤 Microfibril 微纤微纤与外力方向平行 银纹 长度方向与外力垂直 与外力方向平行 银纹 长度方向与外力垂直 也称为银纹质也称为银纹质 高度取向的高分子链组成高度取向的高分子链组成 35 银纹方向和分子链方向银纹方向和分子链方向 聚合物横向收缩不足补偿塑 性伸长 致使银纹体内产生大量 空隙 银纹不是空的 银纹体的 密度为本体密度的 聚合物横向收缩不足补偿塑 性伸长 致使银纹体内产生大量 空隙 银纹不是空的 银纹体的 密度为本体密度的50 折光指 数也低于聚合物本体折光指数 因此在银纹和本体之间的界面上 将对光线产生全反射现象 呈现 银光闪闪的纹路 折光指 数也低于聚合物本体折光指数 因此在银纹和本体之间的界面上 将对光线产生全反射现象 呈现 银光闪闪的纹路 F 36 应力发白应力发白 现象 现象 橡胶改性的橡胶改性的PS HIPS或或ABS在受到破坏时 其应力面变成乳白色 这就是所谓 在受到破坏时 其应力面变成乳白色 这就是所谓应力发白应力发白现象 现象 应力发白和银纹化之间的差别应力发白和银纹化之间的差别 应力发白是由大量尺 寸非常小的银纹聚集而成 应力发白是由大量尺 寸非常小的银纹聚集而成 37 银 纹 的 扩 展 银 纹 的 扩 展 中间断裂中间断裂 扩展扩展 形成裂纹形成裂纹 38 8 1 2 4 银纹和剪切带的比较 相同点 银纹和剪切带的比较 相同点 均有分子链取向 吸收能量 呈现屈服现象均有分子链取向 吸收能量 呈现屈服现象 主要区别 形变 体积 力 结果 主要区别 形变 体积 力 结果 剪切屈服剪切屈服银纹屈服银纹屈服 形变大几十形变大几十 几百几百 形变小形变小 10 体积不变体积不变体积增加体积增加 剪切力剪切力张应力张应力 冷拉冷拉 裂缝裂缝 一般情况下 材料既有银纹屈服又有剪切屈服一般情况下 材料既有银纹屈服又有剪切屈服 39 聚 合 物 的 断 裂 和 强 度 第二节 聚 合 物 的 断 裂 和 强 度 第二节 40 双轴拉伸定向有机玻璃拉伸断口 炭黑填充天然橡胶断口 全同立构聚丁烯 双轴拉伸定向有机玻璃拉伸断口 炭黑填充天然橡胶断口 全同立构聚丁烯 1 41 如何区分断 裂形式 如何区分断 裂形式 关键看屈服关键看屈服 屈服屈服前前断断脆性脆性 断裂 屈服 断裂 屈服后后断断韧性韧性 断裂断裂 42 8 2 1 8 2 1 脆性断裂与韧性断裂脆性断裂与韧性断裂脆性断裂与韧性断裂脆性断裂与韧性断裂 脆性脆性脆性脆性 断裂断裂断裂断裂 屈服前屈服前屈服前屈服前 断裂断裂断裂断裂 无塑性无塑性无塑性无塑性 流动流动流动流动 表面表面表面表面 光滑光滑光滑光滑 张应力张应力张应力张应力 分量分量分量分量 韧性韧性韧性韧性 断裂断裂断裂断裂 屈服后屈服后屈服后屈服后 断裂断裂断裂断裂 有塑性有塑性有塑性有塑性 流动流动流动流动 表面表面表面表面 粗糙粗糙粗糙粗糙 切应力切应力切应力切应力 分量分量分量分量 T T 43 试样发生脆性或者韧性断裂与材料组成有关 除此之外 同一材料是发生脆性或韧性断 裂还与温度 试样发生脆性或者韧性断裂与材料组成有关 除此之外 同一材料是发生脆性或韧性断 裂还与温度T和拉伸速度和拉伸速度 有关有关 低温的脆性断裂在高温可以变成韧性 应变速率 低温的脆性断裂在高温可以变成韧性 应变速率 速度增加速度增加 韧性可以变成脆性断裂韧性可以变成脆性断裂 44 Comparing of brittle and ductile fractures 分析判断 分析判断 脆性断裂脆性断裂韧性断裂韧性断裂 屈服屈服 线 线 b 断裂能断裂能 断裂表面断裂表面 断裂原因断裂原因 无无有有无无有有 线性线性非线性非线性线性线性非线性非线性 小小大大 小小大大 小小大大小小大大 平滑平滑 粗糙粗糙平滑平滑 粗糙粗糙 法向应力法向应力剪切应力剪切应力 法向应力法向应力剪切应力剪切应力 45 相比于脆性断裂 韧性断裂的断裂面较为 断裂伸长率较 相比于脆性断裂 韧性断裂的断裂面较为 断裂伸长率较 光滑 大小 粗糙 例题 例题 46 脆韧转变温度脆韧转变温度Tb Tbis also called brittle temperature 脆化温度 脆化点脆化温度 脆化点 在一定速率下 不同温 度 测定的断裂应力和 屈服应力 作 在一定速率下 不同温 度 测定的断裂应力和 屈服应力 作断裂应力断裂应力 和和屈服应力屈服应力随温度的变 化曲线 随温度的变 化曲线 47 断裂应力断裂应力和和屈服应力屈服应力谁对应变速率更敏感 谁对应变速率更敏感 在一定温度下 不同速 率 测定的断裂应力和 屈服应力 作 在一定温度下 不同速 率 测定的断裂应力和 屈服应力 作断裂应力断裂应力 和和屈服应力屈服应力随应变速率 的变化曲线 随应变速率 的变化曲线 48 脆性断裂和韧性断裂判断脆性断裂和韧性断裂判断 TTb 先达到先达到 y 韧性断裂 韧性断裂 49 Application 对材料对材料一般使用温度一般使用温度为哪一段 为哪一段 T Tb Tb越低材料韧性越越低材料韧性越好好差差 50 Tb Tg Tf Td Three states Tg Tf 51 Example PC聚碳酸酯聚碳酸酯 Tg 150 C Tb 20 C 室温下易不易碎 室温下易不易碎 52 Example PMMA聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 Tg 100 C Tb 90 C 室温下脆还是韧 室温下脆还是韧 53 4 3 2 1 Strain rate 拉伸速率增加 屈服应力增加拉伸速率增加 屈服应力增加 The influence on Tb 增加应变速率增加应变速率 脆化温度如何变化 脆化温度如何变化 存在缺口存在缺口 形成应力集中 趋向于 脆性 脆化温度升高 形成应力集中 趋向于 脆性 脆化温度升高 54 聚合物材料的破坏可能是高分子主链的化学键断裂或聚合物材料的破坏可能是高分子主链的化学键断裂或聚合物材料的破坏可能是高分子主链的化学键断裂或聚合物材料的破坏可能是高分子主链的化学键断裂或 是高分子分子间滑脱或分子链间相互作用力的破坏 是高分子分子间滑脱或分子链间相互作用力的破坏 是高分子分子间滑脱或分子链间相互作用力的破坏 是高分子分子间滑脱或分子链间相互作用力的破坏 化学键拉断化学键拉断化学键拉断化学键拉断 15000MPa15000MPa 分子间滑脱分子间滑脱分子间滑脱分子间滑脱5000MPa5000MPa 分子间扯离分子间扯离分子间扯离分子间扯离 氢键氢键氢键氢键 500MPa500MPa 范德华力范德华力范德华力范德华力 100MPa100MPa 理论值理论值 8 2 2 8 2 2 材料的断裂方式分析材料的断裂方式分析 55 在断裂时三种方式兼而有之 通常聚合物理论断裂 强度在几千 在断裂时三种方式兼而有之 通常聚合物理论断裂 强度在几千MPa 而实际只有几十 而实际只有几十Mpa WHY e g PA 60 MPa PPO 70 MPa theoryeriment 1000 1 100 1 exp 理论值与实验结果相差原因理论值与实验结果相差原因理论值与实验结果相差原因理论值与实验结果相差原因 样条存在缺陷样条存在缺陷样条存在缺陷样条存在缺陷 应力集中应力集中应力集中应力集中 56 为什么材料的实际强度远 远低于理论强度 为什么材料的实际强度远 远低于理论强度 存在缺陷存在缺陷 为什么在缺陷处断裂 为什么在缺陷处断裂 缺陷处应力集中缺陷处应力集中 缺陷处应力多大 缺陷处应力多大 Griffith theory Griffith crack theory 断裂理论断裂理论 57 强度是指物质抵抗 破坏的能力 强度是指物质抵抗 破坏的能力 张应力张应力张应力张应力拉伸强度拉伸强度拉伸强度拉伸强度 弯曲力矩弯曲力矩弯曲力矩弯曲力矩抗弯强度抗弯强度抗弯强度抗弯强度 压应力压应力压应力压应力压缩强度压缩强度压缩强度压缩强度 拉伸模量拉伸模量拉伸模量拉伸模量 弯曲模量弯曲模量弯曲模量弯曲模量 压缩模量压缩模量压缩模量压缩模量 8 2 3 8 2 3 聚合物的强度聚合物的强度 58 8 2 3 1 聚合物的拉伸强度聚合物的拉伸强度 Tensile strength 屈服强度屈服强度 屈服强度屈服强度 断裂强度断裂强度 断裂强度断裂强度 bd P t b 试样厚度 试样厚度 d 试样宽度试样宽度 P 最大载荷 统一使用 最大载荷 统一使用拉伸强度拉伸强度 tN m2 59 硬度硬度 衡量材料表面抵抗机械压力的能力的一种指标 硬度的大小与材料的拉伸强度和弹性模量有关 测量和计算方法不同 衡量材料表面抵抗机械压力的能力的一种指标 硬度的大小与材料的拉伸强度和弹性模量有关 测量和计算方法不同 硬度可分为布氏 洛氏 邵氏硬度硬度可分为布氏 洛氏 邵氏硬度 60 化学键拉断化学键拉断化学键拉断化学键拉断 分子间滑脱分子间滑脱分子间滑脱分子间滑脱 分子间扯离分子间扯离分子间扯离分子间扯离 主要方式主要方式 化学键断裂 所需力最大 分子间扯离 所需力最小 通过断裂形式分析 化学键断裂 所需力最大 分子间扯离 所需力最小 通过断裂形式分析 分子之间相互作用大小对强度影响最大分子之间相互作用大小对强度影响最大 8 2 3 2 影响拉伸强度的因素影响拉伸强度的因素 61 极性基团或氢键极性基团或氢键极性基团或氢键极性基团或氢键 主链上含芳杂环结构主链上含芳杂环结构主链上含芳杂环结构主链上含芳杂环结构 适度的交联适度的交联适度的交联适度的交联 结晶度大结晶度大结晶度大结晶度大 取向取向取向取向 高高低低 拉伸强度拉伸强度 t 高高低低 加入增塑剂加入增塑剂加入增塑剂加入增塑剂 高高低低 高高低低 高高低低 高高低低 缺陷存在缺陷存在缺陷存在缺陷存在高高低低 分子结构分子结构 1 分子结构 分子结构 62 2 结晶对聚合物力学性能的影响 结晶对聚合物力学性能的影响 结晶度模量屈服强度断裂强度结晶度模量屈服强度断裂强度 1 结晶度结晶度 63 一般希望部分结晶制品内的球晶尺寸小而均匀 一般希望部分结晶制品内的球晶尺寸小而均匀 仅靠温度控制球晶尺寸时 一般大球晶制品的结晶度高于小 球晶制品的结晶度 但是 如果采用成核剂 则小球晶制品 的结晶度未必低 因此可能具有很好的力学性能 仅靠温度控制球晶尺寸时 一般大球晶制品的结晶度高于小 球晶制品的结晶度 但是 如果采用成核剂 则小球晶制品 的结晶度未必低 因此可能具有很好的力学性能 2 球晶尺寸球晶尺寸 64 温度高 应变速率大 温度高 应变速率大 高高低低 高高低 拉伸强度 低 拉伸强度 t 3 外界因素 外界因素 65 增强途径增强途径 8 2 3 2 增强增强 Reinforcement C SiO2 Polyester Glass Carbon fiber 1 活性粒子 活性粒子 Powder 2 纤维纤维 Fiber 3 液晶液晶 Liquid Crystal 粉状和纤维填料 液晶原位增强复合 聚合物基纳米复合材料 粉状和纤维填料 液晶原位增强复合 聚合物基纳米复合材料 66 1 活性粒子增强 活性粒子增强 Carbon black reinforcement 橡胶橡胶 碳黑碳黑 增强机理 增强机理 活性粒子吸附大分子 形成链间物理交联 活性粒子起物理交联点的作用 活性粒子吸附大分子 形成链间物理交联 活性粒子起物理交联点的作用 惰性填料怎么办 惰性填料怎么办 例 例 PVC CaCO3 PP 滑石粉滑石粉 67 2 纤维增强 纤维增强 Glass steel boat glassy fiber polyester 增强机理 增强机理 纤维作为骨架帮助基体承担载荷 例 尼龙 纤维作为骨架帮助基体承担载荷 例 尼龙 玻纤玻纤 碳纤维碳纤维 晶须晶须 硼纤维硼纤维 增强效果与纤维的长度 纤维与聚合物之间的界面粘接力有关增强效果与纤维的长度 纤维与聚合物之间的界面粘接力有关 68 3 液晶原位增强 液晶原位增强 增强机理 增强机理 热致液晶中的液晶棒状分子在共混 物中形成微纤结构而到增强作用 由于微纤结 构是加工过程中由液晶棒状分子在共混无物基 体中就地形成的 故称做 热致液晶中的液晶棒状分子在共混 物中形成微纤结构而到增强作用 由于微纤结 构是加工过程中由液晶棒状分子在共混无物基 体中就地形成的 故称做 原位原位 复合增强 复合增强 热致液晶热致液晶 热塑性聚合物热塑性聚合物 共聚酯 聚芳酯共聚酯 聚芳酯Xydar Vector Rodrum 69 4 聚合物基纳米复合材料聚合物基纳米复合材料 插层复合法插层复合法 intercalation compouding 聚合物聚合物 粘土 纳米复合材料 粘土 纳米复合材料 共混法共混法 聚合物聚合物 纳米粒子纳米粒子 CaCO3 SiO2etc Sol gel 法 原位聚合 法 原位聚合 in situ polymerization 70 d Stres