高分子物理课件第七章 聚合物的屈服和断裂
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The developmentof materials overtime. Thematerials of pre-history, on theleft, all occurnaturally; thechallenge for theengineers of thatera was one ofshaping them.The developmentofthermochemistryand (later) ofpolymerchemistryenabled man-made materials,shown in thecolored zones. 11121314 1516 17在小伸长时,拉伸应变通常以单位长度的伸长来定义。
应变:应力:。
:为材料的起始截面积。
当材料发生较大形变时,上式计算的应力与材料的真实应力会发生较大的偏差,这时正确计算应力应该以真实截面积真应力:相应地可提出真应变的定义,如果材料在某一时刻长度从,则真应变为:真应变:对于理想的弹性团体,应力与应变关系服从虎克定25简单拉伸时的杨氏模量:在简单剪切的情况下,材料受到的力F 是与截面相平行的大小相等、方向相反的两个力。
在这剪切力作用下,材料将发生偏斜,偏斜角的正切定义为切应变。
当切应变足够小时,。
相应地,材料的剪切应力为:剪切模量:θγ≈剪切位移S ,剪切角θ,剪切面间距d体积模量:必须注意的是,试样宽度和厚度在拉伸过程中是随试样的伸长屈服强度断裂强度Polymers with different properties增强机理:活性粒子吸附大分子,形成链间物理交联,活性粒子起物理交联点的作用。
glassy fiber+polyester增强机理:纤维作为骨架帮助基体承担载荷。
Racing bicycleCarbon fiber补充材料:弯曲模量:增强机理:热致液晶中的液晶棒状分子在共混物中形成微纤结构而到增强作用。
由于微纤结构是加工过程中由液晶棒状分子在共混无物基体中就地形成的,故称做Charpy试验IZOD试验40补充材料:聚合物的韧性与增韧冲击强度Impact strength就是高速拉伸试验测量材料冲击强度的依据。
第7章聚合物的屈服和断裂1.试比较非晶态聚合物的强迫高弹性、结晶聚合物的冷拉、硬弹性聚合物的拉伸行为和嵌段共聚物的应变诱发塑料一橡胶转变,从结构观点加以分析,并指出其异同点。
答:(1)玻璃态聚合物在大外力的作用下发生的大形变其本质与橡胶的高弹形变一样,但表现形式却有差别,此称为非晶体态聚合物的强迫高弹性。
强迫高弹性主要是由聚合物的结构决定的。
强迫高弹性的必要条件是聚合物要具有可运动的链段,通过链段的运动使链的构象改变。
所以分子链不能太柔软,否则在玻璃态是由于分子堆砌的很紧密而很难运动;同时分子链的刚性也不能太大,刚性太大分子链不能运动。
(2)结晶聚合物的冷拉:第一阶段,应力随应变线性的增加试样被均匀的拉长,到达一点后,截面突然变得不均匀,出现细颈。
第二阶段,细颈与非细颈部分的截面积分别维持不变,而细颈部分不断扩展,非细颈部分逐渐缩短,直至整个试样完全变细为止。
第三阶段,成颈后的试样重新被均匀的拉伸,应力又随应变的增加而增加直到断裂点。
在外力的作用下,分子在拉伸方向上开始取向,结晶聚合为中的微晶也进行重排,甚至在某些晶体可能破裂成较小的单位,然后再去向的情况下再结晶。
(3)硬弹性聚合物的拉伸行为:易结晶的聚合物熔体,在较高的拉伸应力场中结晶时,可以得到具有很高弹性的纤维或薄膜材料,而其弹性模量比一般橡胶却要高的多。
E.S.Clark提出一种片晶的弹性弯曲机理。
由于在片晶之间存在由系带分子构成的连接点,是使硬弹材料在收到张力时,内部晶片将发生弯曲和剪切弹性变形,晶片间被拉开,形成网格状的结构,因而可以发生较大的形变,而且变形越大,应力越高,外力消失后,靠晶片的弹性回复,网格重新闭合,形变可大部分回复。
(5)嵌段共聚物的应变诱发塑料—橡胶转变:材料在室温下像塑料,在外力的作用下,能够发生很大的形变,移去外力后也能很快的回复。
如果接着进行第二次拉伸,则会像橡胶的拉伸过程材料呈现高弹性。
经拉伸变为橡胶的试样,在室温下放置较长的时间又能回复拉拉伸前的塑料性质。