流變學第八章ppt課件-wenkub
2023-05-16 06:43:30 本頁面
【正文】 有可能回復 韌性 表示在外力作用下材料變形破壞時外力所作的功，可以用下圖曲線下的面積大小表示。對處于玻璃態(tài)的聚合物來說，鏈段是被凍結(jié)的。這種韌性斷裂稱為“非應變硬化斷裂” 在屈服后應力基本不變而應變不斷增大，在試樣的某些部位截面則突然縮小，形成一個細頸。原因可能有兩個方面 ，一方面屈服后鏈段開始運動，與線彈性變形涉及的鍵拉伸等變形相比所需應力較??；另一方面是在屈服后試樣的截面積變小，達到同一應力所需的作用力就相應較小，而應力應變曲線中的工程應力仍以原始面積計算應力。在脆性斷裂時則為阻止破裂的最大應力。在斷裂面的光滑區(qū)有肋狀條紋和雙曲線形狀的次級斷裂線；在粗糙區(qū)是快速斷裂形成的山脊狀特征。這部分變形也稱為普彈變形 斷裂機理： 脆性斷裂過程有兩個階段，首先由一最危險處形成裂紋源并緩慢發(fā)展而形成鏡面區(qū)，這是第一階段。 8. 2 聚合物的斷裂過程和斷裂強度 線型的無定型聚合物的斷裂過程 (TTg) 非晶態(tài)高聚物的應力－應變曲線 (1) 脆性斷裂 (2) 韌性斷裂 (1) 脆性斷裂 定義： 如果斷裂發(fā)生在 a點以下，材料不發(fā)生屈服，這種斷裂稱為脆性斷裂。表征材料抗環(huán)境應力開裂的指標是該材料的標準條狀試樣在單軸拉伸和接觸某種介質(zhì)的條件下直至斷裂所需的時間 (3) 蠕變斷裂 —— 材料在一個低于其斷裂強度的恒定應力的長期作用下發(fā)生斷裂，也叫做靜態(tài)疲勞。材料斷裂時的應力叫做 斷裂強度 。使材料發(fā)生疲勞斷裂所需經(jīng)受的應力循環(huán)次數(shù)稱為材料的疲勞壽命， — 般用 Nf表示。變形的情況也十分復雜。第八章 聚合物的斷裂和強度 前面各章討論了聚合物在不同分子結(jié)構(gòu)和不同環(huán)境條件下變形和流動的規(guī)律，并引入了表征其流變行為的數(shù)學模式，流變學的常數(shù)和函數(shù)。在設計一種聚合物材料時、了解其斷裂和破壞行為，即其斷裂強度、延伸、屈服等是十分重要的 8. 1 聚合物的斷裂模式 聚合物的斷裂現(xiàn)象十分復雜，聚合物材料的斷裂模式是多種多樣的。材料所受的應力水平越低，疲勞壽命越長。材料在沖擊載荷作用下的斷裂也屬于這 — 類，其特殊性僅在于加載速率非常之高 (4) 環(huán)境應力開裂 —— 材料在腐蝕件環(huán)境 (包括溶劑 )和應力的共同作用下發(fā)生開裂。聚合物從蠕變開始 (即從受到恒定應力作用的時刻起 )直至斷裂所需的時間 t與所受應力 ?的關系一般符合下式所示的規(guī)律 t＝ AeB?，式中， A和 B在一定的應力范圍內(nèi)是常數(shù) (5) 磨損磨耗 —— 一種材料在與另一種材料的摩擦過程中，其表面材料以小顆粒形式斷裂下來。斷裂的前只發(fā)生很小的變形，斷裂后變形消失 特征： 應變較小，低于彈性極限 a點，應力應變有線性關系，在該范圍材料變形是線性彈性，符合虎克定律 ?＝ E?。當裂紋擴展到一定長度 (臨界值 )時，斷裂立即發(fā)生，這是第二階段，即快速發(fā)展階段。雙曲線形狀的次級斷裂的尖端指向裂紋源。脆性斷裂強度用 ?B表示 (2) 韌性斷裂 如果應力在達到彈性極限時并不斷裂面是繼續(xù)上升，到達某個應力 ?y時，應力開始下降，我們說材料發(fā)生了屈服。這種應力下降的現(xiàn)象稱為應力軟化，是材料屈服的特征 超過屈服后發(fā)生斷裂的現(xiàn)象一般稱為韌性斷裂。形成細頸后繼續(xù)拉伸時，或者是細頸部分不斷地變得更細，或者是細頸直徑不變，出現(xiàn)細頸的肩部被拉伸成細頸部，但細頸越來越長，這時應力近似恒定。由于受外力的作用鏈段被迫運動產(chǎn)生較大的變形，因此這種性質(zhì)被稱為強迫高彈性。面積大的為韌性大的材料，反之為韌性小的材料。同時其屈服應力較高，彈性模量較高。軟聚氯乙烯、低密度聚乙烯的斷裂屬于這種類型 5) 軟而弱的材料 ，它的模量低，但有 — 定延伸，斷裂強度低。如果這時聚合物重新結(jié)晶的速度足夠大，那么分子鏈會沿外力方向更新排列成結(jié)晶，成為取向態(tài)的聚合物結(jié)晶，如果結(jié)晶速率太低，就成為取向的無定形聚合物。因此在結(jié)晶聚合切斷裂過程中有相變發(fā)生，即首先結(jié)晶破壞，然后在取向過程重新形成結(jié)晶或形成取向的無定形聚合物。要得到兩個方向均勻的強度，可以進行雙向拉伸，例如雙向拉伸的聚丙烯薄膜 單向拉伸的結(jié)晶聚合物的斷裂行為與拉伸的方向有關。圖中 OA、 OB、 OC等為在不同應變速率下測得的應力應變曲線，應變速率按圖中箭頭方向增大。例如在某溫度 G時，如保持 ?G不變，提高溫度，這時應力發(fā)生松弛降低到 G?時與包絡線相交，試樣斷裂。溫度的改變可使其斷裂從脆性斷裂變?yōu)轫g性斷裂。 ?B隨溫度下降的變化率較 ?y隨溫度的變化率小，因而兩條曲線之間會在某個溫度相交，該溫度就是脆性韌性斷裂轉(zhuǎn)變溫度。施加流體靜壓力，可以使脆性固體表現(xiàn)在延性。通常稱為剪切屈服。聚合物的屈服有下列特點： (1) 聚合物如發(fā)生屈服，屈服后一般發(fā)生應變軟化，屈服應力時的應變較小 (2) 屈服應力對溫度和應變速率較敏感，它隨溫度升高較快下降 (3) 當溫度高于玻璃化溫度時，屈服應力很快趨于 0 (4) 結(jié)晶聚合物屈服后，可以形成細頸．并發(fā)生相變化，原有的結(jié)晶破壞，重新形成新的結(jié)晶 屈服和冷拉伸條件的判定 ?在線性彈性中，作用力 f與試樣的原始截面積 A0之比表示應力，稱為工程應力，因為在線性彈性變形中截面積變化很小 ?在討論聚合物的屈服行為時，由于應變較大，試樣的截面積在應變過程中變化較大，其實際面積 Af比原始面積小許多，因此真實應力 ?f比工程應力大 ?f＝ f/Af f/A0=? 假定材料不可壓縮 (?＝ )，變形中體積保持不變 l?? A0= lf?? Af l和 lf為試樣原始長度和實際長度 (81) Af /A0＝ l?/ lf=?1 ?為拉伸比 Af =?1A0 ?f= f/Af= f/?1A0＝ ?? ?f＝ f/Af f/A0=? 若以 ?f與應變作圖所得曲線稱為真應力應變曲線。通過拉伸比和應力為零的一點作真應力應變曲線的切線，則相切點 A的真應力符合式 83的條件，該點時的真實應力為屈服真應力 Considere作圖法 Considere作圖法可用來判斷一種聚合物是否屈服和冷拉伸。說明在該點的真應力材料發(fā)生屈服，形成細頸 ? 第三種情況 (圖 c)：在曲線有兩點可通過 ?f＝ 0， ?＝ 0點作切線，表示在第一個真應力處發(fā)生屈服，并發(fā)生冷拉伸，然后在第二個真應力處發(fā)生應變硬化 固體聚合物的強度 材料的強度表征材料抵抗斷裂的能力。因此聚合物的強度就與單位面積上的鍵的數(shù)目及健的強度有關。下面我們從理論上來探討一個聚乙烯分子鏈需多大的力才能被拉斷
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