第五章聚合物共混体系的力学性能
1 第五章 聚合物共混体系的力学性能
5.1聚合物共混物的力学强度 聚合物共混物是一种多相结构的材料，各相之 间相互影响，有明显的协同效应。其力学强度 与形态结构密切相关，并不等于各组分力学强 度的简单平均值
2 ❖ 聚合物共混物是一种多相结构的材料，各相之 间相互影响，有明显的协同效应。其力学强度 与形态结构密切相关，并不等于各组分力学强 度的简单平均值。 5.1 聚合物共混物的力学强度
12000 8000 4 3 4000 2050 16 20 10ay0 50/50 0/100 应变() 聚烯烃丁基橡胶共混物的拉 不同橡胶含量的PS/橡胶共混 伸模量随组成的变化 物的应力一应变曲线图中数值 1-PP;2-HDPE;3-LDPE 代表共混物中橡胶的百分含量
3 聚烯烃/丁基橡胶共混物的拉 伸模量随组成的变化 1－PP; 2－HDPE; 3－LDPE 不同橡胶含量的PS/橡胶共混 物的应力－应变曲线 图中数值 代表共混物中橡胶的百分含量
■前面我们讨论了聚合物共混物的弹性模量和力学松 弛，所涉及的范围是形变值不大、形变和应力之间存 在近似的线性关系。当形变值较大时，这种线性关系 不复存在，形变与应力之间的关系十分复杂。 ■关于材料的屈服和断裂，还是集中在大形变的性质 上。 ■为了较系统地了解聚合物共混物的力学强度问题， 就需要对其大形变时的力学特性有所了解
4 ◼ 前面我们讨论了聚合物共混物的弹性模量和力学松 弛，所涉及的范围是形变值不大、形变和应力之间存 在近似的线性关系。当形变值较大时，这种线性关系 不复存在，形变与应力之间的关系十分复杂。 ◼ 关于材料的屈服和断裂，还是集中在大形变的性质 上。 ◼ 为了较系统地了解聚合物共混物的力学强度问题， 就需要对其大形变时的力学特性有所了解
5.2聚合物的形变 聚合物的力学行为是 温度和应变塑料的函数。 此外，形变较大或外力 较大时，聚合物的力学行 为还是形变值或外力大小 的函数。 聚合物应力一应变曲线类型 a硬而脆；b硬而韧；c硬而强； d软而韧；e软而弱
5 5.2 聚合物的形变 聚合物的力学行为是 温度和应变塑料的函数。 聚合物应力－应变曲线类型 a 硬而脆；b 硬而韧；c 硬而强； d 软而韧；e 软而弱 此外，形变较大或外力 较大时，聚合物的力学行 为还是形变值或外力大小 的函数。 σ ε a b c d e
5.2.1非晶态聚合物的应力-应变曲线 玻璃态聚合物被拉伸时， 典型的应力-应变曲线如右图： 应0 力 在曲线上有一个应力出现极大 值的转折点B,叫屈服点，对 应的应力称屈服应力（σ、）； 应变 Eb 玻璃态聚合物的应力-应变曲线 在屈服点之前，应力与应变基本成正比（虎克弹性），经 过屈服点后，即使应力不再增大，但应变仍保持一定的伸长； 当材料继续被拉伸时，将发生断裂，材料发生断裂时的应力称 断裂应力（σb),相应的应变称为断裂伸长率（8b)
6 玻璃态聚合物被拉伸时， 典型的应力-应变曲线如右图： 在曲线上有一个应力出现极大 值的转折点B，叫屈服点，对 应的应力称屈服应力(y )； B Y 应变 应 力 eb b y 玻璃态聚合物的应力-应变曲线 在屈服点之前，应力与应变基本成正比（虎克弹性），经 过屈服点后，即使应力不再增大，但应变仍保持一定的伸长； 当材料继续被拉伸时，将发生断裂，材料发生断裂时的应力称 断裂应力（ b ），相应的应变称为断裂伸长率（eb）。 5.2.1 非晶态聚合物的应力-应变曲线
屈服：当应力超过比例极限后，应力、应变之间 不再保持线性关系。张应力达到某一最大值时 曲线开始出现应变增加而应力不变或先降低后不 变的现象，称为材料的屈服。 ÷屈服点yield point(又称应变软化点)：经过此点 应力不再增加，材料仍能继续发生一定的伸长。 屈服点前：虎克弹性形变，试样均匀拉伸 屈服点后：塑性形变。冻结的链段开始运动。试 样截面变得不均匀，出现细颈
7 ❖ 屈服：当应力超过比例极限后，应力、应变之间 不再保持线性关系。张应力达到某一最大值时， 曲线开始出现应变增加而应力不变或先降低后不 变的现象，称为材料的屈服。 ❖ 屈服点 yield point (又称应变软化点)：经过此点 应力不再增加，材料仍能继续发生一定的伸长。 屈服点前：虎克弹性形变，试样均匀拉伸 屈服点后：塑性形变。冻结的链段开始运动。试 样截面变得不均匀，出现细颈
strain softening应变软化 cold drawing冷拉 b(断裂) 材料在屈服点之间 屈服) 发生的断裂称为脆 大形变 应变硬化 性断裂；在屈服点 弹性变 △σ 后发生的断裂称为 △E 韧性断裂。 玻璃态聚合物的应力-应变曲线 在屈服点后出现的较大应变在移去外力后是不能复原的。 但是如果将试样温度升到其T附近，该形变则可完全复原 因此它在本质上仍属高弹形变，并非粘流形变，是由高分 子的链段运动所引起的。·- 强迫高弹形变
8 在屈服点后出现的较大应变在移去外力后是不能复原的。 但是如果将试样温度升到其Tg附近，该形变则可完全复原， 因此它在本质上仍属高弹形变，并非粘流形变，是由高分 子的链段运动所引起的。－－强迫高弹形变 strain softening 应变软化 cold drawing 冷拉 材料在屈服点之间 发生的断裂称为脆 性断裂；在屈服点 后发生的断裂称为 韧性断裂。 玻璃态聚合物的应力-应变曲线
韧性断裂：tough fracture/ductile fracture 材料在屈服以后的断裂，试样断面常常显示有外延 的形变。通常有比脆性断裂大得多的形变，消耗的 断裂能大。 脆性断裂：brittle fracture 材料在未屈服就发生断裂，断裂面表面光滑平整 应变值低于5%，且所需的能量不大。 ■在许多特征中，断裂能和断裂面形状是区别脆性 断裂和韧性断裂最主要的指标
9 ❖ 韧性断裂： tough fracture/ductile fracture 材料在屈服以后的断裂，试样断面常常显示有外延 的形变。通常有比脆性断裂大得多的形变，消耗的 断裂能大。 ❖ 脆性断裂：brittle fracture 材料在未屈服就发生断裂，断裂面表面光滑平整， 应变值低于5％，且所需的能量不大。 ◼ 在许多特征中，断裂能和断裂面形状是区别脆性 断裂和韧性断裂最主要的指标
单轴拉伸非晶态聚合物五个阶段 ①弹性形变区，从直线的斜率可以求出杨氏模量， 从分子机理来看，这一阶段的普弹性是由于高分子 的键长、键角和小的运动单元的变化引起的。 ②屈服(yield,又称应变软化)点，超过了此点， 冻结的链段开始运动
10 单轴拉伸非晶态聚合物五个阶段 ①弹性形变区，从直线的斜率可以求出杨氏模量， 从分子机理来看，这一阶段的普弹性是由于高分子 的键长、键角和小的运动单元的变化引起的。 ②屈服（yield，又称应变软化）点，超过了此点， 冻结的链段开始运动