第 7 章聚合物的断裂和强度

1、第第7章章 聚合物的断裂和强度聚合物的断裂和强度1. 聚合物的断裂模式聚合物的断裂模式1.1 根据断裂前吸收能量的大小根据断裂前吸收能量的大小 脆性和韧性断裂。脆性和韧性断裂。1.2 根据受载条件根据受载条件 直接加载下的断裂；直接加载下的断裂； 疲劳断裂疲劳断裂材料在一个应力水平低于其材料在一个应力水平低于其 断裂强度的交变应力作用下，经多次循环断裂强度的交变应力作用下，经多次循环 作用断裂；作用断裂； 蠕变断裂蠕变断裂材料在一个低于其断裂强度材料在一个低于其断裂强度 的恒定应力的长期作用下发生断裂，也称的恒定应力的长期作用下发生断裂，也称 静态疲劳。静态疲劳。 环境应力开裂环境应力开裂材料

2、在腐蚀性环境（包括溶材料在腐蚀性环境（包括溶 剂）和应力的共同作用下发生开裂。剂）和应力的共同作用下发生开裂。 磨损磨耗磨损磨耗 一种材料在与另一种材料的摩一种材料在与另一种材料的摩 擦过程中，其表面材料以小颗粒形式断裂下来。擦过程中，其表面材料以小颗粒形式断裂下来。2. 聚合物的断裂过程和断裂强度聚合物的断裂过程和断裂强度 2.1 线型无定型聚合物的断裂过程（线型无定型聚合物的断裂过程（TTg） 脆性断裂脆性断裂刚性、弹性模量、强度；刚性、弹性模量、强度； 韧性断裂韧性断裂应变软化、冷拉伸、细颈、韧性；应变软化、冷拉伸、细颈、韧性；应力应力()应变应变屈服点屈服点应变软化应变软化应变硬化应变

3、硬化冷拉伸冷拉伸2.3 橡胶的断裂橡胶的断裂 在高于在高于Tg时，其应力应变曲线中没时，其应力应变曲线中没有屈服点。有屈服点。2.2 晶态聚合物的断裂行为晶态聚合物的断裂行为2.4 温度和应变速率对断裂行为的影响温度和应变速率对断裂行为的影响 温度的影响温度的影响 应变速率的影响应变速率的影响 应力性质的影响应力性质的影响应力应力()0应变应变()ABCDEFGGG应变速度增加，应变速度增加，温度降低温度降低T()TBBy3. 固体聚合物的屈服行为固体聚合物的屈服行为3.1 固体聚合物屈服行为的特点固体聚合物屈服行为的特点屈服后聚合物一般发生应变软化，屈服后聚合物一般发生应变软化， 屈服应力时

4、的应变较小屈服应力时的应变较小对温度敏感对温度敏感当温度高于玻璃化温度时，屈服应当温度高于玻璃化温度时，屈服应 力很快降为力很快降为0 0结晶聚合物屈服后，可以形成细颈，结晶聚合物屈服后，可以形成细颈， 并发生相变化并发生相变化3.2 屈服和冷拉条件屈服和冷拉条件工程应力：工程应力：0fA真实应力：真实应力：fA则：则：假定材料不可压缩，则：假定材料不可压缩，则：0 A lA l 0AlAl称为拉伸比。因此称为拉伸比。因此屈服应力符合如下条件：屈服应力符合如下条件：010ddfdAd因为：因为：所以：所以：210dddddd因为因为1+，d=d, ,所以：所以：Considere作图法作图法应

5、力应力1 0 1 2 0 1 2 3dddd 0 1 2 3 4不发生屈服不发生屈服发生屈服发生屈服形成细颈形成细颈发生屈服发生屈服发生冷拉伸发生冷拉伸应变硬化应变硬化4. 固体聚合物的屈服行为固体聚合物的屈服行为聚合物的微观断裂机理聚合物的微观断裂机理化学键断裂化学键断裂范德华力或范德华力或氢键破坏氢键破坏分子间滑落分子间滑落4.1 固体聚合物的理论强度固体聚合物的理论强度 聚合物的强度与单位面积上键的数目及聚合物的强度与单位面积上键的数目及键的强度有关。此外与氢键和分子间范德华键的强度有关。此外与氢键和分子间范德华力有关。力有关。 理论上计算一个聚乙烯分子链断裂所理论上计算一个聚乙烯分子链

6、断裂所需的力需的力(34)109 N/键。键。4.2 强度和模量的关系强度和模量的关系02TEr4.3 聚合物材料实际断裂行为与结构的关系聚合物材料实际断裂行为与结构的关系BnBAM, By脆脆性性材材料料3, yBy部部分分延延性性材材料料(1)(1)化学本性化学本性3, By完完全全延延性性材材料料(2)(2)分子量分子量(3)(3)结晶和取向结晶和取向5. 聚合物断裂的裂缝理论聚合物断裂的裂缝理论032a02(1)ab圆孔圆孔椭圆孔椭圆孔5.1 裂缝的应力集中裂缝的应力集中002cos2t对圆孔形，应力：对圆孔形，应力：对椭圆孔，应力：对椭圆孔，应力：02(1)tab当当ab时，时，00

7、(12)2maa5.2 Griffith断裂理论断裂理论2scEa4. 用粘度法测定某一用粘度法测定某一PS试样的相对分子质量试样的相对分子质量, ,实验是在苯溶液中实验是在苯溶液中30进行的，步骤是先称进行的，步骤是先称取取0.1375g试样，配制成试样，配制成25mL的的PS苯溶液，苯溶液，用移液管移取用移液管移取10mL10mL此溶液注入黏度计中，测此溶液注入黏度计中，测量出流出时间量出流出时间t1241.6s，然后依次加入苯，然后依次加入苯5mL、5mL、10mL、10mL稀释，分别测得稀释，分别测得流出时间流出时间t2=189.7s，t3=166.0s，t4=144.4s，t5=134.2s。最后测得纯苯的流出时间最后测得纯苯的流出时间t0=106.8s 。从书中查得。从书中查得PS苯体系在苯体系在30时时的的K0.9910-2，a=0.74。试计算试样的黏。试计算试样的黏均分子质量。均分子质量。00.0055 /,106.8g mL ts00.1375解：c =，列表如下：25c12/31/21/31/4t241.6189.7166144.4134.2r=t/t02.2621.7761.5541.3521.257SP =r-11.2620.7760.5540.3520.257lnr/c0.8160.8620.8820.9050.915sp/c1.2631.1