【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 均勻拉伸，直到斷裂點(diǎn) B。 高分子材料性能學(xué) 55 特殊的應(yīng)力－應(yīng)變曲線 圖 116 SBS的應(yīng)力 應(yīng)變曲線 圖 117 硬彈性聚丙烯的應(yīng)力 應(yīng)變曲線 高分子材料性能學(xué) 56 影響拉伸行為的外部因素 溫度的影響 ??1 2 3 4 5 6 7 8 9 ?非晶態(tài)高聚物不同溫度下的應(yīng)力 應(yīng)變曲線 1， 2溫度低于脆性溫度，材料處于硬玻璃態(tài)，無強(qiáng)迫高彈性 3， 4， 5溫度處于脆性溫度與玻璃化溫度之間，為軟玻璃態(tài) 6， 7， 8溫度處于玻璃化溫度與黏流溫度之間，為高彈態(tài) 9溫度處于黏流溫度以上，為黏流態(tài) 高分子材料性能學(xué) 57 ??1 2 3 4 5 6 7 ?晶態(tài)高聚物不同溫度下的應(yīng)力 應(yīng)變曲線 1， 2溫度低于脆性溫度，拉伸行為類似彈性固體 3， 4， 5溫度介于脆性溫度與玻璃溫度之間，為軟玻璃態(tài) 7溫度介于 Tb與 Tg之間，為軟玻璃態(tài)，行為類似強(qiáng)迫高彈性 6溫度較高，低于熔點(diǎn)，拉伸行為類似非晶態(tài)橡膠 高分子材料性能學(xué) 58 圖 119 斷裂強(qiáng)度 和屈服強(qiáng)度隨溫度的變化趨勢(shì) 虛線 —— 高拉伸速率 實(shí)線 —— 低拉伸速率 材料的拉伸斷裂強(qiáng)度 和屈服強(qiáng)度 隨環(huán)境溫度而發(fā)生變化，屈服強(qiáng)度受溫度變化的影響更大些。 b? y? 在溫度升高過程中，材料發(fā)生脆 韌轉(zhuǎn)變。兩曲線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度稱脆 韌轉(zhuǎn)變溫度 。 bTT Tb， ＜ ，受外力作用時(shí)，材料未屈服前先已斷裂，呈脆性斷裂特征。 b?y?T Tb， ＞ ，受外力作用時(shí)，材料先屈服，出現(xiàn)細(xì)頸和很大變形后才斷裂，呈韌性斷裂特征。 b? y??yTb 2 ?TTb 1?b高分子材料性能學(xué) 59 拉伸速率的影響 減慢拉伸速率與升高環(huán)境溫度對(duì)材料拉伸行為有相似的影響，這是時(shí) 溫等效原理在高分子力學(xué)行為中的體現(xiàn)。 與脆 韌轉(zhuǎn)變溫度相似，根據(jù)圖中兩曲線交點(diǎn)，可以定義脆 韌轉(zhuǎn)變（拉伸）速率 。拉伸速率高于 時(shí)，材料呈脆性斷裂特征；低于 時(shí)，呈韌性斷裂特征。 t??..?y?t 2 ???t 1?b.t??t??高分子材料性能學(xué) 60 環(huán)境壓力的影響 圖 121 聚苯乙烯的應(yīng)力 應(yīng)變曲線 隨環(huán)境壓力的變化（ T=31℃ ） 右圖可見， PS在低環(huán)境壓力 （常壓）下呈脆性斷裂特點(diǎn)， 強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率都很低。隨 著環(huán)境壓力升高，材料強(qiáng)度增 高，伸長(zhǎng)率變大，出現(xiàn)典型屈 服現(xiàn)象，材料發(fā)生脆 韌轉(zhuǎn)變。 對(duì)許多非晶聚合物，如 PS、PMMA等，其脆 韌轉(zhuǎn)變行為還與環(huán)境壓力有關(guān)。 高分子材料性能學(xué) 61 材料增韌改性并非一定要以犧牲強(qiáng)度為代價(jià)。設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)姆椒?，就有可能在增韌的同時(shí)，保持或提高材料的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)既增韌又增強(qiáng)。 兩種脆 韌轉(zhuǎn)變方式 ? 升高溫度使材料變韌，但其拉伸強(qiáng)度明顯下降。 ? 升高環(huán)境壓力則在使材料變韌的同時(shí)，強(qiáng)度也得到提高，材料變得強(qiáng)而韌。 高分子材料性能學(xué) 62 高分子材料的屈服與銀紋化 高聚物的屈服行為 ?脆性斷裂時(shí)，試樣沒有明顯的變化，斷裂面一般與拉伸方向垂直（圖 a），斷裂面很光潔； ?韌性破壞過程中，當(dāng)拉伸至屈服點(diǎn)時(shí)，試樣常出現(xiàn)與拉伸方向呈約 45176。 角傾斜的剪切滑移變形帶 高分子材料性能學(xué) 63 ??????1真真dd?Considere法確定屈服點(diǎn) （ 1）拉伸形變中的屈服 高分子材料性能學(xué) 64 （ 2）壓縮形變中的屈服點(diǎn) 非晶高聚物壓縮變形中的屈服點(diǎn)的確定： ①真應(yīng)力－應(yīng)變曲線的極大點(diǎn)或應(yīng)力開始變平坦的點(diǎn)可做為屈服點(diǎn)。 ②在真應(yīng)力－應(yīng)變曲線中直線段部分發(fā)生偏折的點(diǎn)可做為屈服點(diǎn)。 結(jié)晶高聚物壓縮變形中的屈服點(diǎn)的確定： 由真應(yīng)力－應(yīng)變曲線的斜率發(fā)生急劇變化的點(diǎn)確定，或者沿應(yīng)力－應(yīng)變曲線的起始部分和最終部分作二條切線的交點(diǎn)確定。 高分子材料性能學(xué) 65 高聚物屈服點(diǎn)的特征 （ 1）屈服應(yīng)變大 （ 2）屈服后出現(xiàn)應(yīng)變軟化 （ 3）屈服應(yīng)力隨應(yīng)變速率的增大而增大 圖 126 PMMA的壓縮屈服應(yīng)力與應(yīng)變速率的關(guān)系 圖 127 PMMA拉伸屈服應(yīng)力與應(yīng)變速率的關(guān)系 高分子材料性能學(xué) 66 （ 4）屈服應(yīng)力的溫度依賴性強(qiáng) 圖 128 PMMA屈服應(yīng)力與溫度的關(guān)系 高分子材料性能學(xué) 67 （ 5）屈服應(yīng)力隨流體靜壓力的增加而迅速提高 圖 129 壓力下 PE的應(yīng)力 應(yīng)變曲線 高分子材料性能學(xué) 68 （ 6）屈服應(yīng)力對(duì)高聚物材料的淬火處理很敏感 （ 7）高聚物屈服時(shí)體積略有縮小，試驗(yàn)表明非晶態(tài)高聚物的屈服無論在拉伸或壓縮試驗(yàn)時(shí)，都使材料的密度增加約 %。 （ 8）壓縮屈服應(yīng)力比拉伸屈服應(yīng)力大，高分子材料的壓縮屈服應(yīng)力大于拉伸屈服應(yīng)力的現(xiàn)象叫做鮑辛格（ Bauschinger）效應(yīng) 高分子材料性能學(xué) 69 屈服行為的理論解析 （ 1） Tresca屈服判據(jù) ? ?y??? ?? 231對(duì)于單軸拉伸， y??? ?? 13 ,0 yy ?? 2?屈服判據(jù)是 y??? ?? 311?2?3?高分子材料性能學(xué) 70 （ 2） Von Mises屈服判據(jù) y?y?? ?1 032 ?? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ?yyy?????????20000 2121 222213232221????????????對(duì)簡(jiǎn)單拉伸試驗(yàn)，發(fā)生屈服時(shí)的屈服應(yīng)力為 拉伸中發(fā)生屈服時(shí)各正應(yīng)力的均方根為 其正應(yīng)力為 屈服判據(jù)式為 ? ? ? ? ? ? 2213232221 2 y??????? ??????高分子材料性能學(xué) 71 （ 3） Coulomb屈服判據(jù) 發(fā)生屈服的平面上的臨界剪切應(yīng)力（ τ）與該平面上的正應(yīng)力（ σn）呈一定的線性關(guān)系 n???? ?? 0? ? 021 c o st a ns i nc o s ?????? ??24??? ??? ?? ?111212212,????????????yy高分子材料性能學(xué) 72 應(yīng)變軟化現(xiàn)象 應(yīng)變軟化現(xiàn)象是指在高分子材料屈服以后，為使材料繼續(xù)形變的真應(yīng)力就有一個(gè)不大的下跌 ，相應(yīng)于應(yīng)力 應(yīng)變曲線中的 YC段 。 ； ； ； 圖 134 四種高聚物的壓縮應(yīng)力 應(yīng)變曲線 高分子材料性能學(xué) 73 冷拉和成頸 圖 135 高聚物冷拉過程中的應(yīng)力 應(yīng)變曲線及試樣形狀變化 玻璃態(tài)高聚物在 Tb~Tg之間 部分結(jié)晶高聚物在 Tb~Tm之間 高分子材料性能學(xué) 74 玻璃態(tài)高聚物的強(qiáng)迫高彈形變 聚甲基丙烯酸甲酯的應(yīng)力 應(yīng)變 曲線隨環(huán)境溫度的變化（常壓下） 對(duì)于玻璃態(tài)高聚物，當(dāng)環(huán)境溫度處于 Tb ＜ T ＜ Tg時(shí)，雖然材料處于玻璃態(tài)，鏈段凍結(jié)，但在恰當(dāng)速率下拉伸，材料仍能發(fā)生百分之幾百的大變形（參見圖中 T = 80℃ ， 60℃ 的情形），這種變形稱強(qiáng)迫高彈形變。 高分子材料性能學(xué) 75 （ 2）強(qiáng)迫高彈形變的本質(zhì)是在高應(yīng)力下，原來卷曲的分子鏈段被強(qiáng)迫發(fā)生運(yùn)動(dòng)、伸展，發(fā)生大變形，如同處于高彈態(tài)的情形。這種強(qiáng)迫高彈形變?cè)谕饬Τ废?，通過適當(dāng)升溫（ T ＞ Tg）仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)。 （ 1）既不同于高彈態(tài)下的高彈形變，也不同于粘流態(tài)下的粘性流動(dòng)，是一種獨(dú)特的力學(xué)行為。 （ 3）強(qiáng)迫高彈形變能夠產(chǎn)生，說明提高應(yīng)力可以促進(jìn)分子鏈段在作用力方向上的運(yùn)動(dòng)，如同升高溫度一樣，起到某種“ 活化 ” 作用。 ?玻璃態(tài)高聚物強(qiáng)迫高彈形變的特點(diǎn) 高分子材料性能學(xué) 76 ??????? ???RTE ???? e x p0?? ? 越大， 越