
第5卷第4期 材料科学进展 Vol.5,No.4 1991年8月 MATERIALS SCIENCE PROGRESS August 1991 高分子材料的极限断裂强度和破坏性能的研究 V等速拉伸下屈服强度动力学模型理论 宋名实姜述春吴立新,朱清仁 (化京化工学院) (中國科技大学) 摘要.本文从高聚物结构多重性和形空不均一性出发,结合应力集中区的形变具有受迫高弹性和 高弹性的动力学本质及分子运动松弛特征。将等速拉体下的应力-应变关系式与应力集中链及断链 动力学方程联系起来,箍导出等速拉伸届服状态方盘。并讨论了屈服破杯机理。 1引言 分子理论:2) Eyring活化速度理论)。后者称外加应力引起内粘度下降到某一临界点所需的应力为屈 服应力,并认为此时分子流动的静速率正好等同于Eyig方程中塑性形变速率(,从而 得到 () 为了深人探讨屈服的本质、探讨屈服杜能同高聚物的起始结构、整样的应力-应变状 态和屈服区内三种分子链所承粗的应力分配情况的相关性,本文试图从高分子材料极限断 裂性能的角度来探讨高分子屈服过程 。基于Takayangi的聚集态模型D,结合不 同相态结构具有不同形变特征,当把半品态与玻璃态高聚物分别看成晶态和非定形态与玻 璃态和粘弹态并联结合而成,屈服点后若晶态和玻璃态形变很小,符合Hk定律,而 非品态和玻璃态中Tie链组网和银纹E (或屈服区)缠结网的形变均呈现为受迫高弹性并 具有缠结网大形变的应力一应变形式?,则牛晶态和豉璃态高聚物的总应力一应变关系 式可按并联原则相加,当把它们同链的应力集中情况和应力集中链的断链动力学结合起来 一个统一体来研究等速拉伸屈服时,就得到了等速拉伸下受迫高弹高聚物的屈服状态 方程 国家自然科号 项目 9587008-03:1990年6月12日收到初 (C)1994-2020 China Academie Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved.http /www.cnki.net
第 5 卷 1 9 9 1 第 4 期 年 8 月 材 料 科 学 进 展 M A T ER IA L S S C IE N C E PR O G R E S S V O I . 5 . N O . A 让四 s t 19 9 1 高分子材料的极限断裂强度和破坏性能的研究 IV . 等速拉伸下屈服强度动力学模型理论 ` 宋名 实 姜述春 吴 立新 未清仁 (北京化工学院 ) (中国科技大学 ) 摘 要 本文从高聚物结构 多重性和形变不均一性出发 , 结合应力集 中区的形变具有受迫 高弹性和 高弹性 的动力学本质及分子 运动松 弛特征 , 将等速拉 伸下的应力一应变关系式 与应 力集 中链及断链 动力学方程联系起来 , 推导出等速拉 伸屈 服状态方程 , 并讨论了屈 服破坏机理 。 关键词 屈 服 , 屈 服强度 , 应力集中链的分子流动 1 引 言 高分子 材料屈服强度同形变速率 、 温度和链结构间的相关性是高分子材料极限力学性 能研究 的重 要课题 。 现存有两种屈服理论: 打 R o ber ts on 山 和 A r g on (2) 分子理论 ; 2 ) E vir gn 活化速度理论 (3) 。 后者称外加应力引起内粘度下降到某一临界点所需的应力为屈 服应力 , 并认为此时分子流动的静速率正好等同于 E y r l n名方程中塑性形变速率i() , 从而 得到 : R 乙H . , 泛咨 、 1 宁 一 万 ` t下了 十 垃可 ” ( 1) 为 了深人探讨屈服的本质 、 探讨屈服性能同 高聚物的起始结构 、 整样的应力一应变状 态和屈服区 内三种分子链所承担的应力分配情况的相关性 , 、 本文试图从高分子材料极限断 裂性能的角度来探讨高分子屈 服过程 r 〔卜 6〕 。 基于 T 吐a , )幼 g 吸协聚集态模型 巾 , 结合不 同相态结构具有不同形变特征 , 当把半晶态与玻璃态高聚物分别看成晶态和非定形态与玻 璃态和粘弹态并联结合而成 , 屈服 点后若 晶态和玻璃态形变很小 。 符合 H o o k e 定律 , 而 非晶态和玻 璃态中 iT e 链组网和银纹 区 (或屈 服区 ) 缠结网的形变均呈 现为受迫高弹性并 具有缠结网大形变的应力一应变形式 〔8一 9 , , 则半晶态和玻 璃态高聚物的总应力一应变关系 式可按并联原则相加 , 当把它们同链的应力集 中情况和应力集 中链的断链动力学结合起来 作为一个统一体来研究等速拉伸屈服时 , 就得到了等速拉伸下受迫高弹高聚物的屈 服状态 方程 。 * 国家 自然科学基金 资助项 目 , 9 5 8 7 0 0 8 { 3 ; 19 9 0年 6月 12 日收到初稿 。 本文联系人 : 宋 名实 , 教授 ,北京市 10 02 9, 北京 化工学院高分子材料研究所 3 52 ·

第5卷第4期高分子材料的极限断裂强度和破坏性能的研究 ,353· 2理论分析 2.1等速拉伸下受迫高弹高聚物的屈服特征 211等速拉伸下应力-应变关系式:对半晶态和玻璃态高聚物,应力σ可根据 Takayangi的聚集态模型按并联原则相加得到: )对半品态高聚物(屈服点后) 0cI-010 E.(a.-10地.+21-Φ,-T2C.+C(a2+2/1) +2C.(a+2/iT川 (2a )对玻璃态高聚物(屈服点后) 0r=0g+0, E,.-10地+21-Φ,.-Ce+C2+2/)+2C (0+2/2.引 (2b) 其中。 。和T分别为晶区、无定形屈服区、玻璃区和银纹区所承受的应力: 中。和中,分别为晶区和玻璃区所占的重量百分数:和入2分别为晶区和玻璃区的相对伸 长比;T和1分别为Ti链组网区和银纹区的相对伸长比;E。和E,分别为晶态和玻璃 态高聚物的杨氏模量;Cm、Ca、C,分别为同Tie链组网中的三种链结构有关的参数, C1c,C2a和Ce分别为同银纹区中缠结网的三种链结构有关的参数.对银纹和Tie链组 网,它们的和有以下关系: 2=又。/12和=n/o,元n和,分别为缩结链和Tc 链处于给定形变下的平均末端距;和分别为缠结链和Ti链处于非形变 状态的均方末端距。 2.1.2应力在聚合物网中几种链上的分配:(2a),(2b)可改写为: 1E.0a+。e,-4c.+c,+21, +2C.,+2/2, 3a) I=E,a。-10师,/o +21-o2a.-acn+c代+2/。) +2C(2+2/元.〗 (3b) (3a)和(3b)中第一项分别代表晶态和玻璃态部分所承担的应力分数;第二项分别代表Tie 链组网和银纹区缠结网中长链所承担的应力分数,第三项分别代表T©链组网和银纹区缠 结网中丁ie链和缠结链所承担的应力分数,第四项分别代表Ti链组网和银纹区缠结网中 短硅所承相的应力分数。 2.13等速拉伸下链的平均应力集中系数:等速拉伸时,外力和形变量均不断增 加,导致长短链数不断改变,故采用长短链上的平均应力集中系数(y)来表征: (C)1994-2020 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
第 卷 5第 期 高分子材料的极限断4 裂强度和破 坏性 能的研究 2 理 论分析 2 等. 速拉伸下受迫高弹高聚物的屈服特征 1 2 . 1 . 等速 拉 伸下 应 力一应变 关系 式 1 : 对 半 晶 态 和玻 璃 态 高 聚物 , 应 力 。 可 根据 T a k ay a n ig 的聚集态模型按并联原则 相加得到 : i) 对半 晶态高聚物 (屈 服点后) 叮 c T = 叮 。 + a 。 = 二 。 ( 、 。 一 1) 。 。 + 2 (卜 。 。 )( * T 一 *于 ’ )【e l 。 + e Z a ( ; 导 + 2 / “ T ) 一 ’ + Ze 3a ( 、享 + 2 / 、 T )] ( Z a ) i) 对玻 璃态高聚物(屈 服点后 ) 叮 : : = J 。 + 口 : = E : (` g 一 `) , : + 2 (` 一 , g )( “ c r 一 “于 ’ ) [C ,。 r + C 、 r (` : 「 + 2 / ` 。 r ) 一 ’ + ZC 3a r ( *乙 + 2 / 、 。 r )] ( Zb ) 其 中 ac 、 几 、 。 g 和 6 T 分别为晶 区 、 无 定形屈服 区 、 玻 璃 区和银纹区所承受的应 力 ; 必 。 和 必: 分别为晶区 和玻璃区 所占的重量 百分数; 又 。 和 又g 分别为晶区 和玻璃区 的 相对伸 长比 ; 又T 和 人 r 分别 为 iT ” 链组网 区和银纹区的相对伸长 比 ; cE 和 乓 分别为晶态和玻 璃 态高聚物的杨 氏模量 ; lC a 、 q a 、 几 。 分别为同 iT e 链组网 中的三种链结构 有关的参数 ; lC cr 、 q c r 和 C c3 r 分别为同银纹区 中缠结网的 三种链结构有 关 的参数 。 对银纹和 iT e 链组 网 , 它们的 人 r 和 又T 有以下关 系: crA 一 又 。 , / ’ / ’ 和 行 一 几 i / ’ / ’ 〔 `们 , 又 c 「 和又 T 分 别为 缠结链 和 ieT 链处 于给定形变下 的平均末端距; 和 分别为缠结链和 iT e 链处于 非形变 状态的均 方末端距 。 2 . 1 . 2 应力在聚合物网 中几 种链上的 分配 : (Z a) , (Zb) 可改写 为 : 睿 I 二 E 。 (又 。 一 l) 中 。 / “ cT + + Zc 3 a ( *享 + 2 / ` : )】 2 ( l 一 中 。 ) 口 c T ( * : 一 ; 乒 ’ ) [ e , a + c 12 ( ; 享 + 2 / * : ) 一 ’ ( 3 a ) 2( l 一 中 ) _ , , _ 1 I = E 以 一 1)中 / 叮 _ + — - 卫组 以 一 又 ` )[ C , + C , (兄 ` + 2 / 又 _ ) g 一 9 9 9 1 叮 _ g l + Zc 3 c r ( 、乙 + 2 / “ 。 r )] ( 3 b ) (3 a) 和(3 b) 中第一项分别代表晶 态和玻璃态部分所承担的应 力分数; 第二项分别 代表 iT e 链组网和银纹区缠结网 中长链所承担的应 力分数 , 第三项分别代表 iT e 链组网和银纹区缠 结网 中 iT e 链和缠结链所承担的应力分数 , 第四项分别代表 iT e 链组网和银纹区缠结网 中 短链 所承担的应力分数 。 2 . 1 . 3 等 速拉伸下 链 的 平均 应 力 集 中系 数 : 等 速拉伸时 , 外 力 和形 变量 均不 断 增 加 , 导致长短链 数不 断改 变 , 故采用 长短链上 的平 均应力集 中系数 (力 来表征:

·354 材料科学进展 1991年 ,-2-12c,+2C,公2+2/切 (4) 式中σ代表总应力,入代表Ti链网和银纹区的分子链相对伸长比 21.4链结构上的应力分配对屈服后破坏机理的依赖性:等速拉伸下半晶态和非晶 态高聚物在屈服点前整体近似呈现为均一形变,而屈服点后其屈服区的入很大,它的应力 应变关系式(2)可近似简写为: =c,+a,-22C1-2C,2+2/2,月=c4+ab,+b,) (5) 0,=2kTy(么,-)以+2/入,)它代表屈服内伸直链所承担的正应力分量,是使分子 链产生拉伸流动呈现银纹破坏机理的依据;G,=RTy。(亿,一2,),它代表屈服区内无规 线团链所承担的剪切应力分量,是呈现切带滑移破坏机理的驱动力。 屈服区的断裂机理主要取决于σ。和σ,的相对值,当,>G,时,则以主价健断裂的银 纹破坏机理为主,故试样不易成颈:反之,当。,>,时,则以次价键断裂的切带脱滑机 理为主,故试样易成颈;若两者相近,则两种机理并存。但其。和σ,自身值大小又取决 于屈服区内伸直链和无规线团链的链数和链的平均形变程度,入,=, ,代 表自由状态下链的均方未端距,代表屈服形变状态下链的均方末端距,故常以改变 屈服区链的结构或调节区内应力分配来达到控制上述两种破坏机理的目的。增韧聚合物就 是利用多重银纹化和多重切带化相互作用来达到增韧目的。 22等速拉伸下屈服区分子链滑脱和断裂动力学方程 应力集中链在不同应力水平作用下,可产生次、主价键破坏,两者并存且相互竞争 于是应力集中链的破环动力学方程可以改写为以下应力集中链的的应力集中系数动力学方 2.2.1 等速形变下链的应力集中系数增加速率方程 -T1+名ea-kac-n (6) 式中△E为链的热裂解活化能,△E为链间滑脱活化能;B为活化体积;kK和K”分别为两 个速率常数。 22.2等速形变下平均应力集中链的滑脱和断裂动力学方程: 将(6)式引人新变量y=?/k1和a=%后,被积函数展开为级数进行逐项积分,再简 化整理即得: (-1)*上“ "m-)=K,1 ⊙ 式中K,=k71+名ea6-a7k77 2.2.3等速形变屈服状态方程:屈服时有 y,=22,-1,2C,+2C,(3+22〗/kTG, (8) (C)1994-2020 China Academic Joural Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
材 料 科 学 进 展 年 1 1 9 9 2 ( 、 一 ; 一 ’ ) [ c , + 2 c 3 ( * ’ + 2 / 、 )] 下= 一 一一下 百 式 中 6 代 表总应力 , 兄代表 iT e 链网和银纹区的分子链相—对伸长比 。 (4 ) 2 . 1 . 4 链结构上的应力分配对屈 服后破坏机理 的依赖性 : 等速拉伸下半 晶态和非 晶 态高聚物在屈服点前整体近似呈现为均一形变 , 而屈 服点后其屈 服区的 又很大 , 它的应力 一应变关系式 ( 2) 可近似简写为: 叮 二 气 + 吓 = a + a (又 一 几一 2 ) fc 一 Z c . (又2 + 2 / 又 ) I = 。 + a b( + 石 ) (5 ) 一 A 一 、 一 y 一 ’ y 产 “ 一 1 一 一 3 、 一 ’ y ’ 一 ’ 一 ’ y 产 J 一 月 ’ 一 、 一 n ’ 一 s 产 、 ~ , 口 。 一 2“ vT ; 。 ( “ , 一 “ : )( “ : + 2 / “ , ) , 它代 表屈 月及内伸直 链所承担的正应力分量 , 是使分子 链产生拉伸流动呈 现银纹破坏机理的依据; 。 £ 一 R T , ; 。 ( , 2 一 *少 ’ ) , 它 代表 屈服区内无规 线 团链所承担的剪切应力分量 , 是呈 现切 带滑移破坏机理的驱动 力 。 屈服区的断裂机理主要取决于 。 。 和 。 , 的相对值 , 当 。 。 > a s 时 , 则以主价键断裂的银 纹破坏机理为主 , 故试样不易成颈 ; 反之 , 当 氏 > , 。 时 , 则以 次 价键断裂的 切带脱滑机 理为主 , 故试样易成颈 ; 若两者相近 , 则两 种机理并存 。 但其 。 。 和 a s 自身值大小又 取决 2 于“ 服 区 内伸直链 和无规线 团链的链数和链的平“ 形“ 程度 , 叮考声 , 代 表 自由状态下链的均方末端距 , 代表屈服形变状态下链的均方末端距 , 故常以改变 屈 服区链的结构或调 节区 内应力分配 来达到控制 上述两种破坏机理的 目的 。 增韧聚合 物就 是利用 多重银纹化和 多重 切带化相互作用来达到 增韧 目的 。 .2 2 等速拉伸下屈 服区分子链滑脱和断裂动力学方程 应力集 中链在不 同应力水平作 用下 , 可产生次 、 主价键破坏 , 两 者并存且相互竞争 , 于是应力集 中链的破坏动 力学 方程可以改写为 以 下应力集中链的 的应力集 中系数动力学方 程: 2 . 2 . 1 等速形变下链的应力集 中系数增加速率方程 : dr _ _ _ -, 「, . k’ 伍 ’E 一 △)E / kT , 一 (研 一 r)P / kT 丽 一 7代 ` , , 乏 e , e 式 中 △E 为链的热裂解活化能 , △’E 为链 间滑脱活化能; 吞为活化体积 ; 个速率常数 。 (6) ’k 和 ’k ,分别为两 .2 .2 2 等速形变下平均应力集 中链的滑脱和断裂动 力学方程 : 将(6 )式 引人新变量 y = 脚 / kt 和 a = y 。 后 , 被积函数展开为级数进行逐项积分 , 再简 化整理即 得: ( 一) “ 十 I 」匕一 ( l 一 卫卜 形 r ” · ” , 、 、 , 产 0 - , . , ` . 了 (7) 式 中 : K 。 一 k , 〔` + 各 · `△’E 一 ` ” / “ · le 一 ` /无· 2 . 2 . 3 等速形变屈 服状态方程 : 屈 服时有 , , 一 2刀( “ , 一 `少 ’ )[C , + 2 C 3 (` : + 2 “ , ) ] / k T a , ( 8 )

第5卷第4期 高分子材料的极限断裂强度和破坏性能的研究 ·355· 将(8)代入(7)后,再对(7)式两边取对数,其中1-一)项按级数展开取前两项,整理 可得 与,=1,9pxAE'-a) kT 9) 式中: nkt =0,-c,+2c+2/】 1.Ac+cC+22 (-1)·n·nl·K0 对等速形变有歌-i-k;和1=-k为等速形变拉伸速率常数。代人(9) k: 式得: a,Alnk;+B (10) 式中:A=22,-A2C,+2C,2+2/1,月/nkTK。 B=22.-1IC,+2C,u+2/1〗/kT n20,-c,+2c+2/]/kr (-)·nn·K。·久,-) 在屈服点处,设1,=C(常数)或,=小,将它们代入9试 毛=4e-AE4] n'kT (11) 式中:n,n为常数 AE=(-)1·nK。·22。-,C,+C,以+2/,月/kT9 此式虽有同表征高分子材料屈服行为的粘弹性方程相似的形式),但其物理意义完全不 同,而(11)是主次价健断裂并存机理。当只有次价键断裂时,则AE系数 。=k”4”,(I1)试就同表征高分子材料屈服行为的粘弹性方程式(1)完全一致。 3理论与实验的对比 3.1实验及结果 本实验采用北京助剂二厂生产的J-1型高密度聚乙烯、熔融指数为0.33,重均、数 均分子量分别为.1.674×10和4.64×10,按GB1040-79型标准制成哑铃形试样,注射 时控制熔体温度为210℃,注射压力9.8MPa(100kg/cm).拉伸实验在Instron-1185机 上进行,采用光学延伸计测量应变值,十字头运动速度按二、五制递增从0.1一 500mm/min,各种速率下的应力-应变关系图见图l. (C)1994-2020 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
第 5 卷 第 4 期 高分子材料的极限断裂强度和破坏性能的研究 将 (8 )代入 (7 )后 , 再对 (7 ) 式两边取对数 , 其 中 l 。 (l 一 竺 )项按级数展开取前两项 , 整理 y 可得 : _ 声’E 一 丫“ , 。 e P , x 气一一不凡 不1 二一一 ( 9 ) 式中 : r ` 一 命 n k t (兄y 一 “少 ’ [C , + ZC ; ( “ : + 2 / 又 ) y ( 一 1) ” + ’ · n · n ! · K 。 ~ : ~ 、小 , , 一 一 以 万 , , _ 河寺迅邓 哭 月 戈下 = 人 = K ; 和 t 口 t 几 只一 1 凭 兄一 l 气 (k 泛为 等速形变拉 伸速率常数 ) , 代 人 ( 9) 式得: 叮 , = A I n k 泛+ B ( 10 ) 式 中=A = 2爪又, 一 又 B 一 2口( “ , 一 “少 ’ , )! C , + 2 C 3 ( “ : + 2 / “ , )] / n k KT 。 ) [C l + 2 C 3 ( “ : + 2 / “ , )] / k T ( 一 l ) ” + ’ · n · n ! · K 。 · (兄, 一 l ) 在屈 月及点 处 , 设` , 。 : ` 一 C (常数 , 或 t , 一 : n ` , 将它 “ 1代 人 ( 9 )式: A : · e x p [ 一 △’E 一 介 y n / k T ( 1 1) 式 中 : n , n’ 为常数 , , : 一 ( 一 1) ” ` ’ · n · n ! · 、 。 · { 2刀( 、 , 一 、厂 2 )r c , + c 3 ( 、 : + 2 / 、 , )] / 、 T } 一 吩, 此式虽有同表征高分子材料屈服行为的粘弹性方程相似的形式 〔` ’ 〕 , 但其物理意义 完全不 同 , 而 ( 1 1) 是 主 次 价 键 断 裂 并 存 机 理 。 当 只 有 次 价 键 断 裂 时 , 则 A 。 系 数 K 。 一 ’k 。 八厂 / 尤了 , l( )式就 同表征高分子材料屈服行为的粘弹性方程式 l( ) 完全一 致 。 3 理论 与实验 的对 比 1 1 实验及结果 本实验采用 北京助剂二 厂生产 的 J一 1 型高密度聚乙烯 、 熔融指数为 0 . 3 , 重 均 、 数 均分子量分别为 . 1 . 6 74 x l护 和 东64 x 10 4 , 按 G 1B 0 40 一 7 91 1 型标谁 制成哑铃形试样 , 注射 时控制熔体温度为 2 20℃ , 注射压力 9 . s M P a ( l o o k g / 。 m , ) 。 拉伸实验在 I n s t r o n 一 1 1 8 5 机 上进 行 , 采 用 光 学 延 伸计 测 量 应 变值 , 十字 头 运 动 速 度 按二 、 五 制 递 增 从 0 . 1一 5 0 0m m / m in , 各种速率下的应力一应变关系图见图 1

·356 材料科学进展 1991年 (202510156 10 20 30 图】各种速率下的应力-应变曲线 Fig.I Stress-strain curves of HDPE at various drawing rates%min) 3.2数据处理· 我们分别按(9)式和(1O)试处理了图1中HDPE(不同形变速率下)和Bauwents Crowet12”的聚碳酸酯(不同温度下)等拉伸屈服的实验数据,当以nL,对a,作图时,均 得到了理论预期直线,证实理论同实验能较好符合。 4结论 ·基于Takayangi的聚集态模型,结合应力集中区的形变具有受迫高弹和高弹性的动 力学本质及分子运动松驰特征,提出了等速拉伸下屈服强度动力学模型理论,将等速拉伸 下的应力一应变关系式与应力集中链及断链动力学方程联系起来,推导出等速拉伸下屈服 状态方程(9).(10)、(11),上述方程与实验结果符合良好. 参考文献 1 Robertson R E.J Chem Phys,1966:44:3950 2 Argon AS.Phil Mag.197328:839 3 Halsey G.White HJ.Eyring H.Text Res J,1945:15:295 4宋名实张芝.化工学报,1990,41:227 5宋名实,材料科学进展199049 (C)1994-2020 China Academic Joural Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
材 料 科 学 进 展 199 1 年 乏do ` b 图 1 各种速率下的应力一应变曲线 F ig . l S t r e s s 一s t r a i n e u rv e s o f H D P E a t v a r i o u s d r a w i n g r a te s 老(% / m i n ) 1 2 数据处理 · 我 们 分 别按 ( 9 )式 和 ( 10 )式 处 理 了 图 l 中 H D P E (不 同 形 变 速率 下 )和 B a u w e n t s一 Cr o w et 〔” 〕 的聚碳酸醋(不同温度下)等拉伸屈服的 实验数据 , 当以 ih t , 对 a , 作图时 , 均 得到了理论预期直线 , 证实理论 同实验能较好符合 。 4 结 论 基于 T a k a y a n ig 的 聚集态模型 , 结合 应力集 中区 的形变具有受迫高弹和高弹性的动 力学本质及分子运动松弛特征 , 提出 了等速拉伸下 屈服强度动 力学模型理 论 , 将等速拉伸 下的应力一应变关系式与应力集 中链及断链动 力学方程联系起来 , 推导出等速拉伸下屈 服 状态方程(9 ) 、 ( 10) 、 ( 1 1) , 上述方程与实验结果符合 良好 。 参 考 文 献 R o b e r t s o n R E . J C h e m P h y s , 19 6 6 ; 4 4 : 3 9 5 0 A r g o n A 5 . P h i l M a g , 19 7 3 ; 2 8 : 8 39 H a l s e y G . W h i t e H J , E y r i n g H . T e x t R e s J , 19 4 5 ; 1 5 : 2 9 5 宋 名实 , 张焕 芝 . 化工学报 , 19 90 ; 41 : 2 27 宋名实 ,材料科学进展 , 19 9 0 ; 4 : 91

第5卷第4期高分子材料的极限断裂强度和破坏性能的研究 ·357· 6宋名实蒸述春宋立新北京化工学院学,199017,25 7 Takayangi M,Imada K.Kajiama TJ Polymer Sci,1966:15:263 8 Song MS.Polymer Bulletin,1987:17.50 9宋名实,化学物理学报,1988:1:126 10 KinlochAJ,Young RJ.Fracture Behavior of Polymers,ApplSci.Publ.London 1983:135,175 11 Kinloch A J,Young R J.Fracture Behavior of Polymers,Appl.Sci.Publ.London 1983:235,250 12 BauwensJC.Bauwens-Crowet C.Homes G.JPolymer Sci,199 A2(7):1745 STUDY ON THE ULTIMATE FRACTURE STRENGTH AND FRACTURE BEHAVIOR OF POLYMERIC MATERIALS IV.A Kinetic Model Theory of Yielding Under Constant Rate Extension SONG Mingshi JIANG Shuchun WU Lixin (Beijing Institute of Chemical Technology) ZHU Qingren (Chinese University of Science and Technolog) ABSTRACT The yielding phenomena of viscoelastic materials consist of three factors:1) the time dependence of the bulk stress-strain relation;2)the time dependence of the yield- ing initation mechanism:and 3)the kinetics of the molecular flow and bond rupture of the overstressed polymer chains.Actually all three factors are frequently of simultaneous occurence and it is difficult to separate them.Based on the ideas of yielding phenomena,the theory of Eyring reaction rate and the theory of rubber elasticity at large deformation,a new kinetic model theory of yielding for polymeric materials was proposed.A kinetic equa tion for bond repture and molecular flow of overstressed polymer chains is established by using the coefficient of overstressed polymer chains as a varible.After integraion and sim plification a general state equation for yielding under constant rate extension was derived from the theory KEY WORDS yielding,yielding strength,molecular flow of oversturssed polymer chain Correspondent SONG Mingshi,Professor,Research Institute of Polymetric Materials,Beijing Institute of Chemical Technology,Beijing 100029 (C)1994-2020 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
第 5 卷 第 4 期 高分子材料的极限断裂强度和破坏性能的研究 · 3 57 宋名实 ,姜述春 ,宋 立新 . 北京化工学院学报 , 19 90 ; 1 7 : 25 T a k a y a n g i M , Im a d a K , K aj i a m a T · J P o ly m e r S e i , 1 9 6 6 ; 15 : 2 6 3 S o n g M 5 . P o ly me r B u le t i n , 19 8 7 ; 17 : 50 宋 名实 , 化 学物理学报 , 19 8 ; 1 : 126 K i n 盖o e h A J , Y o u n g R J . F r a c t u re B e h a v i o r o f P o l y m e r s , A P P I · S e i卫 u b l . L o n d o n 19 8 3 : 1 3 5 , 1 7 5 K i n l o c h A J , Y o u n g R J . F r a c t u re B e h a v i o r o f P o l y m e r s , A P P I 一 S e i . P u b l工 o n d o n 19 8 3 : 2 3 5 , 2 5 0 B a u w e n s J C , B a u w e n s一 C r o w e t C , H o m e s G . J P o l v m e r S c i , 19 6 9 ; A Z ( 7 ) : 17 4 5 `’U7 口 R ùQ ù 01 `, 直, ` .1 .1 S T t JD Y O N T H E U L T IM A T E F R A C T U R E S T R E N G T H A N D F R A C T U R E B E H A V I O R O F P O L Y M E R I C M A T E R I A L S I V . A K i n e it e M o d e l T h e o r y o f Y i e l d i n g U n d e r C o n s t a n t R a t e E x t e n s i o n SO N G M i n g s h i J I A N G S h u hc u n W U L i x i n (eB ij ’lng nI s ri r u t e of hC e m ic a l eT c h n o l o舒) Z H U Qi n g r e n (hC in es e nU i v e sr i yt of s c ie n c e a n d eT c h n o log ) A B S T R A C T T h e y i e ld i n g P h e n o m e n a o f v i s c o e l a s t i e m a t e r i a l s e o n s i s t o f t h r e e fa e t o r s : 1) ht e t im e d e P e n d e n e o f t h e bu lk s t r e s -s s t r ia n r e l a t i o n ; 2 ) ht e t im e d e P e n d e n e o f t h e y i e ld - i x l g i n it a t i o n m e c h a n i s m ; a n d 3 ) t h e k i n e t i c s o f t h e m o l e e u l a r fl o w a n d b o n d r u P ut r e o f t h e o v e r s t r e s s e d P o l y m e r e h a i n s . A e t u a lly a ll t h r e e fa e t o r s a r e fr e q u e n t ly o f s im u l t a n e o u s o c u r e n e a n d it 1 5 d i if cu lt t o s e P a r a t e t h e m . B a s e d o n t h e id e a s o f y i e ld i n g Ph e n o m e n a , t h e t h e o yr o f E y ir n g r e a c t i o n r a et a n d t h e t h e o r y o f r u b b e r e l a s t i e it y a t l a r g e d e fo mr a t i o n , a n e w k i n e t i e m o d e l t h e o yr o f y i e ld i n g fo r P o ly m e r i c m a t e ir a l s w a s P r o P o s e d . A k i n e t i e e q u a - it o n fo r b o n d er P t u er a n d m o l e e u l a r fl o w o f o v e r s t r e s s e d Po ly m e r e h a i n s 1 5 e s t a b li sh e d b y u s i n g t h e e o e if c i e n t o f o v e r s t r e s s e d P o ly m e r e h a i n s a s a v a r ib l e . A ft e r i n t e g r a i o n a n d s im · Pil if c a t i o n a g e n e r a l s t a t e e q u a t i o n fo r iy e ld i n g u n d e r e o n s t a n t r a t e e x t e n s i o n w a s d e ir v e d fr o m t h e t h e o yr . K E Y W O R D S y i e ld i n g , y i e ld i n g s t r e n g t h , m o l e e u l a r fl o w o f o v e r s t u r s s e d P o l y m e r e h a i n C o r r e s P o n d e n t : S O N G M i n g s h i , P r o fe s s o r , R e s e a cr h I n s t i t u t e o f P o ly m e t r i e M a t e r i a l s , B e ij i n g I n s t i t u et o f C h e m i e a l T e c h n o l o g y , B e ij i n g 10 0 0 2 9