第 7 章 聚合物的断裂和强度

第7章聚合物的断裂和强度1.

聚合物的断裂模式1.1

根据断裂前吸收能量的大小脆性和韧性断裂。1.2

根据受载条件○直接加载下的断裂；○疲劳断裂——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

作用断裂；○蠕变断裂——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

静态疲劳。○

环境应力开裂——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。○磨损磨耗——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。2.

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（T<Tg）脆性断裂——刚性、弹性模量、强度；韧性断裂——应变软化、冷拉伸、细颈、韧性；应力(σ)应变屈服点应变软化应变硬化×冷拉伸2.3橡胶的断裂

在高于Tg时，其应力－应变曲线中没有屈服点。2.2

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○

温度的影响○

应变速率的影响○

应力性质的影响应力(σ)0应变(ε)ABCDEFGG’G’’应变速度增加，温度降低T(℃)TBσBσy3.固体聚合物的屈服行为3.1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，屈服应力时的应变较小○对温度敏感○当温度高于玻璃化温度时，屈服应力很快降为0○结晶聚合物屈服后，可以形成细颈，并发生相变化3.2屈服和冷拉条件工程应力：真实应力：则：假定材料不可压缩，则：λ称为拉伸比。因此屈服应力符合如下条件：因为：所以：因为λ＝1+ε，dλ=dε,所以：Considere作图法εσ’σ应力λ－1012012301234σ不发生屈服发生屈服形成细颈发生屈服发生冷拉伸应变硬化4.

固体聚合物的屈服行为聚合物的微观断裂机理化学键断裂范德华力或氢键破坏分子间滑落4.1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键的强度有关。此外与氢键和分子间范德华力有关。

理论上计算一个聚乙烯分子链断裂所需的力(3~4)×10－9N/键。4.2强度和模量的关系4.3聚合物材料实际断裂行为与结构的关系(1)化学本性①②③(2)分子量(3)结晶和取向5.聚合物断裂的裂缝理论2a圆孔椭圆孔5.1

裂缝的应力集中对圆孔形，应力：对椭圆孔，应力：当a≥b时，5.2

Griffith断裂理论4.用粘度法测定某一PS试样的相对分子质量,实验是在苯溶液中30℃进行的，步骤是先称取0.1375g试样，配制成25mL的PS－苯溶液，用移液管移取10mL此溶液注入黏度计中，测量出流出时间t1＝241.6s，然后依次加入苯5mL、5mL、10mL、10mL稀释，分别测得流出时间t2=189.7s，t3=166.0s，t4=144.4s，t5=134.2s。最后测得纯苯的流出时间t0=106.8s。从书中查得PS－苯体系在30℃时的K＝0.99×10-2，a=0.74。试计算试样的黏均分子质量。c’12/31/21/31/4t241.6189.7166144.4134.2ηr=t/t02.2621.7761.5541.3521.257ηSP

=ηr-11.2620.7760.5540.3520.257lnηr/c0.8160.8620.8820.9050.915ηsp/c1.2631.1641.1081.0561