第8章聚合物的屈服和断裂
本章一方面介绍描述高分子材料宏观力学强度的物理量和演化规律；另一方面从分子结构特点探讨影响高分子材料力学强度的因素，为研制设计性能更佳的材料提供理论指导。为了评价高分子材料使用价值，扬长避短地利用、控制其强度和破坏规律，进而有目的地改善、提高材料性能，需要掌握高分子材料力学强度变化的宏观规律和微观机理。
鉴于高分子材料力学状态的复杂
性，以及力学状态与外部环境条
件密切相关，高分子材料的力学
强度和破坏形式也必然与材料的
使用环境和使用条件有关
。
：拉伸初始阶段的应力与应变比例
表征材料韧性，表示抵抗冲击载荷破坏的能力。
图8-1 哑铃型标准试样
注意此处定义的应力σ等于拉力除以试样原始截面积，这种应力称工程应力或公称应力，并不等于材料所受
图8-2 典型的拉伸应力-应变曲线OA Y 点YCDB 除，留下永久变形；但温度高
于YC CD 大而应变增加，链段运动带来的大变形DB 发生取向硬化
C D εb
（2）越过A 点，应力－应变曲线偏离直线，说明材料开始发生塑性形变，极大值Y 点称材料的屈服点，其对应的应力、应变分别称屈服应力(或屈服强度)σy 和屈服应变εy 。发生屈服时，试样上某一局部会出现“细颈”现象，材料应力略有下降，发生“屈服软化”。
（3）随着应变增加，在很长一个范围内曲线基本平坦，“细颈”区越来越大。直到拉伸应变很大时，材料应力又略有上升（成颈硬化），到达B 点发生断裂。与B 点对应的应力、应变分别称材料的拉伸强度(或断裂强度)σy 和断裂伸长率εB ，它们是材料发生破坏的极限强度和极限伸长率。
∫=B d W εεσ0（4）曲线下的面积等于
（8-3）
相当于拉伸试样直至断裂所消耗的能量，单位为J ?m -3，称断裂能或断裂功。它是表征材料韧性的一个物理量。
具有多种形状。归纳起来，可分为五类。
酯、酚醛树脂等表现出硬而脆的拉伸行为。
）硬而强型此类材料弹性模量高，断裂强度高，断裂伸长
（5）软而弱型此类材料弹性模量低，断裂强度低，断裂伸长率也不大。一些聚合物软凝胶和干酪状材料具有这种特性。
（4）软而韧型此类材料弹性模量和屈服应力较低，断裂伸长率大（20%～1000%），断裂强度可能较高，应力－应变曲线下的面积大。各种橡胶制品和增塑聚氯乙烯具有这种应
力－应变特征。硬而韧的材料，在拉伸过程中显示出明显的屈服、冷拉或细颈现象，细颈部分可产生非常大的形变。随着形变的增大，细颈部分向试样两端扩展，直至全部试样测试区都变成细颈。很多工程塑料如聚酰胺、聚碳酸酯及醋酸纤维素、硝酸纤维素等属于这种材料。
拉伸行为的影响十分显著。动加剧，松弛过程加快，表现出材料模量和强度下降，伸长率变大，应力－应变曲线形状
图8-5 断裂强度和屈服强度随温度的变化趋势
虚线——高拉伸速率实线——低拉伸速率
材料的拉伸断裂强度σb 和屈服强度σy 随环境温度而发生变化，屈服强度受温度变化的影响更大些。
在温度升高过程中，材料发生脆-韧转变。两曲线交点对应的温度称脆-韧转变温度T t 。
当环境温度 σb <σy ，受外力作用时，材 料未屈服前先已断裂，呈脆性 断裂特征。 环境温度>T t 时, σb >σy ， 受外力作用时，材料先屈服，出 现细颈和很大变形后才断裂，呈 韧性断裂特征。 可以发现， 升高温度使材料变韧，但其拉伸强度明显下降。 升高环境压力则在使材料变韧的同时，强度也得到提高，
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