1、高聚物的力学性能4.1 聚合物的一般力学性能与特点聚合物的一般力学性能与特点 高聚物作为结构材料使用时不可避免地受到各种应力的作用，这高聚物作为结构材料使用时不可避免地受到各种应力的作用，这就要求它具有良好的力学性能。就要求它具有良好的力学性能。聚合物的力学性能指的是其受力后的响应，如形变大小、形变的聚合物的力学性能指的是其受力后的响应，如形变大小、形变的可逆性及抗破损性能等可逆性及抗破损性能等。在不同条件下，聚合物表现出的力学行为：在不同条件下，聚合物表现出的力学行为：小外力作用下聚合物表现为：高弹性、粘弹性和流动性小外力作用下聚合物表现为：高弹性、粘弹性和流动性 很大外力作用下表现为：极限
2、力学行为（屈服、断裂）很大外力作用下表现为：极限力学行为（屈服、断裂）研究聚合物的极限性质，即在较大外力持续作用或强大外力研究聚合物的极限性质，即在较大外力持续作用或强大外力短时间作用后，聚合物发生大形变至宏观破坏或断裂。短时间作用后，聚合物发生大形变至宏观破坏或断裂。强度：材料抵抗破坏或断裂的能力称为强度。材料所能承受强度：材料抵抗破坏或断裂的能力称为强度。材料所能承受的最大载荷，表征了材料的受力极限，在实际应用中具有重要的的最大载荷，表征了材料的受力极限，在实际应用中具有重要的意义。包括抗张强度、冲击强度、弯曲强度、压缩强度、硬度。意义。包括抗张强度、冲击强度、弯曲强度、压缩强度、硬度。屈
3、服：高分子材料在外力作用下产生塑性形变。屈服：高分子材料在外力作用下产生塑性形变。高聚物材料具有所有已知材料中可变性范围最宽的力学性质，包括高聚物材料具有所有已知材料中可变性范围最宽的力学性质，包括从液体、软橡皮到很硬的刚性固体。各种高聚物对于机械应力的反应相从液体、软橡皮到很硬的刚性固体。各种高聚物对于机械应力的反应相差很大：例如聚苯乙烯制品很脆，一敲就碎；而尼龙制品却很坚韧，不差很大：例如聚苯乙烯制品很脆，一敲就碎；而尼龙制品却很坚韧，不易变形也不易破碎；轻度交联的橡胶拉伸时，可伸长好几倍，外力解除易变形也不易破碎；轻度交联的橡胶拉伸时，可伸长好几倍，外力解除后还能基本上回复原状；而胶泥变
4、形后，却完全保持着新的形状。高聚后还能基本上回复原状；而胶泥变形后，却完全保持着新的形状。高聚物力学性质的这种多样性，为不同的应用提供了广阔的选择余地。物力学性质的这种多样性，为不同的应用提供了广阔的选择余地。聚合物的主要力学性能特点聚合物的主要力学性能特点 (1)密度小密度小 1.02.0g/cm3，是钢的，是钢的1/4、陶瓷的、陶瓷的1/2。(2)高弹性高弹性 弹性形变弹性形变1001000，金属只有，金属只有0.11.0。(3)弹性模量小弹性模量小 E=0.44.0GPa，而金属则为，而金属则为30300GPa。（刚度差）。（刚度差）(4)粘弹性明显粘弹性明显 高弹性对温度和时间有强烈的
5、依赖性。应变落后于应力：高弹性对温度和时间有强烈的依赖性。应变落后于应力：室温下可能产生蠕变、应力松弛、室温下可能产生蠕变、应力松弛、滞后和内耗滞后和内耗。为了合理地选择和使用高分子材料，为了现有材料的改性和开发新为了合理地选择和使用高分子材料，为了现有材料的改性和开发新型材料，必须全面掌握高聚物力学性能的一般规律，深入了解力学性能型材料，必须全面掌握高聚物力学性能的一般规律，深入了解力学性能与分子结构之间的内在联系。本章讨论的对象仅局限于固体高聚物，包与分子结构之间的内在联系。本章讨论的对象仅局限于固体高聚物，包括玻璃态、结晶态和高弹态的高聚物，内容上则着重讨论有很大实际意括玻璃态、结晶态和
6、高弹态的高聚物，内容上则着重讨论有很大实际意义的玻璃态和结晶态高聚物的极限力学行为义的玻璃态和结晶态高聚物的极限力学行为屈服、破坏和强度，高聚屈服、破坏和强度，高聚物材料所特有的高弹性，以及高聚物的力学松弛物材料所特有的高弹性，以及高聚物的力学松弛粘弹性。粘弹性。4.2 表征力学性能的基本指标表征力学性能的基本指标（1）应变与应力）应变与应力 （2）弹性模量）弹性模量（3）硬度）硬度是衡量材料表面承受外界压力能力的一种指标。是衡量材料表面承受外界压力能力的一种指标。（4）机械强度）机械强度机械强度是衡量材料抵抗外力破坏的能力，是指在一定条件下材机械强度是衡量材料抵抗外力破坏的能力，是指在一定条
7、件下材料所能承受的最大应力。料所能承受的最大应力。根据外力作用方式不同，主要有以下三种：根据外力作用方式不同，主要有以下三种：拉伸强度、弯拉伸强度、弯(挠挠)曲强曲强度和冲击强度。度和冲击强度。（5）粘弹性和内耗）粘弹性和内耗 温度升到Tg以上，试样进入高弹态，在不大的应力下，便可以发展高弹形变，曲线不再出现屈服点，而呈现一段较长的平台，直到试样断裂前曲线又急剧上升，如曲线。Strain hardening 应变硬化高聚物的蠕变是构象、链段伸展、位移的变化。（iii）粘性流动（e3）：应力松弛和蠕变都反映了高聚物内部分子的三种运动情况：当高聚物一开始被拉长时，其中分子处于不平衡的构象，要逐渐过
8、渡到平衡的构象，也就是链段要顺着外力的方向来运动以减少或消除内部应力。Yielding point 屈服点这种大形变与高弹态的高弹形变在本质上是相同的，都是由链段运动所引起。（1）如果 ，如常温下的橡胶，链段易运动，受到的内摩擦力很小，分子很快顺着外力方向调整，内应力很快消失（松弛了），甚至可以快到觉察不到的程度。去除外力体系回复到初始状态轻度交联的橡胶拉伸时，可伸长好几倍，外力解除后还能基本上回复原状；软而弱：模量低，断裂伸长率低，B 低，主要是低分子量聚合物、凝胶等(4)粘弹性明显 高弹性对温度和时间有强烈的依赖性。硬而强：有屈服点，断裂伸长率Tg 高弹态高弹态玻璃态高聚物在不同温度下的拉
9、玻璃态高聚物在不同温度下的拉伸应力伸应力-应变曲线应变曲线n当温度很低（当温度很低（TTg）时，应力随应变成正比的增加，最后不到）时，应力随应变成正比的增加，最后不到10%就发生断裂，如曲线。就发生断裂，如曲线。n当温度稍高但仍在当温度稍高但仍在Tg以下，曲线上出现一个转折点，称为屈服点以下，曲线上出现一个转折点，称为屈服点，对应应力为极大值称为屈服应力，过了该点应力降低应变增大，对应应力为极大值称为屈服应力，过了该点应力降低应变增大，最后应变不到，最后应变不到20%试样便发生断裂，如曲线。试样便发生断裂，如曲线。n温度升高到温度升高到Tg以下几十度的范围内时，屈服点之后，试样在外力以下几十度
10、的范围内时，屈服点之后，试样在外力不增大或增加不大的情况下发生很大的应变，试样断裂前曲线有不增大或增加不大的情况下发生很大的应变，试样断裂前曲线有明显的上升明显的上升(应变硬化应变硬化)，如曲线。，如曲线。n温度升到温度升到Tg以上，试样进入高弹态，在不大的应力下，便可以发以上，试样进入高弹态，在不大的应力下，便可以发展高弹形变，曲线不再出现屈服点，而呈现一段较长的平台，直展高弹形变，曲线不再出现屈服点，而呈现一段较长的平台，直到试样断裂前曲线又急剧上升，如曲线。到试样断裂前曲线又急剧上升，如曲线。有些玻璃态高聚物在大应力作用下能产生大的形变有些玻璃态高聚物在大应力作用下能产生大的形变(高弹形
11、变高弹形变)产生原因产生原因:外力使链段运动松弛时间下降外力使链段运动松弛时间下降强迫高弹形变强迫高弹形变(冷拉冷拉)原因在于在外力的作用下，玻璃态聚合物中本来被冻结的链段被强原因在于在外力的作用下，玻璃态聚合物中本来被冻结的链段被强迫运动，使高分子链发生伸展，产生大的形变。但由于聚合物仍处于玻迫运动，使高分子链发生伸展，产生大的形变。但由于聚合物仍处于玻璃态，当外力移去后，链段不能再运动，形变也就不能复原，只有当温璃态，当外力移去后，链段不能再运动，形变也就不能复原，只有当温度升至度升至Tg附近，使链段运动解冻，形变才能复原。这种大形变与高弹态附近，使链段运动解冻，形变才能复原。这种大形变与
12、高弹态的高弹形变在本质上是相同的，都是由链段运动所引起。的高弹形变在本质上是相同的，都是由链段运动所引起。应变速率对应力应变速率对应力-应变曲线的的影响应变曲线的的影响G时温等效原理：时温等效原理：拉伸速率快拉伸速率快=时间短时间短相当于降低温度相当于降低温度 玻璃态和晶态聚合物的拉伸屈服后的形变过程本质上都属高弹玻璃态和晶态聚合物的拉伸屈服后的形变过程本质上都属高弹形变，但其产生高弹形变的温度范围不同，而且在玻璃态聚合物形变，但其产生高弹形变的温度范围不同，而且在玻璃态聚合物中拉伸只使分子链发生取向，而在晶态聚合物中拉伸伴随着聚集中拉伸只使分子链发生取向，而在晶态聚合物中拉伸伴随着聚集态的变
13、化，包含结晶熔化、取向、再结晶。态的变化，包含结晶熔化、取向、再结晶。玻璃态聚合物温度范围：玻璃态聚合物温度范围：TbTg 施力：施力：by 晶态聚合物温度范围：晶态聚合物温度范围：TgTm 施力：施力：by强迫高弹形变强迫高弹形变同时，银纹中的微纤维表面积大，可吸收能量，对增加韧性也有作用。样条尺寸：横截面小的地方玻璃态非晶高聚物的拉伸高聚物受到交变力作用时会产生滞后现象，上一次受到外力后发生形变在外力去除后还来不及恢复，下一次应力又施加了，以致总有部分弹性储能没有释放出来。拉伸弹性体时外力所做的功高聚物作为结构材料，在实际应用时，往往受到交变力的作用。而金属材料的弹性模量达109Pa，而且
14、随绝对温度升高而降低。强度：材料抵抗破坏或断裂的能力称为强度。聚合物形成银纹类似于金属韧性断裂前产生的微孔。聚合物的力学性能指的是其受力后的响应，如形变大小、形变的可逆性及抗破损性能等。聚合物的力学性能指的是其受力后的响应，如形变大小、形变的可逆性及抗破损性能等。各种高聚物对于机械应力的反应相差很大：例如聚苯乙烯制品很脆，一敲就碎；玻璃态高聚物在不同温度下的拉伸应力-应变曲线温度升到Tg以上，试样进入高弹态，在不大的应力下，便可以发展高弹形变，曲线不再出现屈服点，而呈现一段较长的平台，直到试样断裂前曲线又急剧上升，如曲线。强而韧：有屈服点，有细颈现象，断裂伸长率大，E和B均大，既然拉伸时熵减小
15、，dS 为负值，所以dQ=TdS 也应该是负值，说明了拉伸过程中为什么放出热量。聚合物形成银纹类似于金属韧性断裂前产生的微孔。硬而脆：无屈服点，断裂伸长率2%，E和B 均大，（i）普弹形变（e1）：高聚物受到交变力作用时会产生滞后现象，上一次受到外力后发生形变在外力去除后还来不及恢复，下一次应力又施加了，以致总有部分弹性储能没有释放出来。热固性塑料的变形热固性塑料的变形 热固性塑料是刚硬的三维热固性塑料是刚硬的三维网络结构，分子不易运动，在网络结构，分子不易运动，在拉伸时表现出脆性金属或陶瓷拉伸时表现出脆性金属或陶瓷一样的变形特性。但是，在压一样的变形特性。但是，在压应力下它们仍能发生大量的塑
16、应力下它们仍能发生大量的塑性变形。性变形。环氧树脂在室温下单向拉伸环氧树脂在室温下单向拉伸和压缩时的应力和压缩时的应力-应变曲线应变曲线 拉伸拉伸压缩压缩 聚合物应力聚合物应力-应变曲线的五种类型应变曲线的五种类型“软软”和和“硬硬”用于区分模量的低或高，用于区分模量的低或高，“弱弱”和和“强强”是指强度是指强度的大小，的大小，“脆脆”是指无屈服现象而且断裂伸长很小，是指无屈服现象而且断裂伸长很小，“韧韧”是指其是指其断裂伸长和断裂应力都较高的情况。断裂伸长和断裂应力都较高的情况。软而弱软而弱硬而脆硬而脆硬而强硬而强软而韧软而韧硬而韧硬而韧聚合物五种类型应力聚合物五种类型应力-应变曲线应变曲线
17、硬而脆：无屈服点，断裂伸长率硬而脆：无屈服点，断裂伸长率2%，E和和B 均大，均大，如：如：PS，酚醛树脂等，酚醛树脂等硬而强：有屈服点，断裂伸长率硬而强：有屈服点，断裂伸长率5%，E和和B 均大，硬质均大，硬质PVC等等强而韧：有屈服点，有细颈现象，断裂伸长率大，强而韧：有屈服点，有细颈现象，断裂伸长率大，E和和B均大，均大，如：如：PC、PA66、POM等等硬而强硬而强强而韧强而韧硬而脆硬而脆软而韧：模量低，屈服点低或没有明显屈服，断裂伸长率大，软而韧：模量低，屈服点低或没有明显屈服，断裂伸长率大，B 均均大，主要是橡胶及增塑的大，主要是橡胶及增塑的PVC软而弱：模量低，断裂伸长率低，软而
18、弱：模量低，断裂伸长率低，B 低，主要是低分子量聚合物、低，主要是低分子量聚合物、凝胶等凝胶等软而韧软而韧软而弱软而弱4.5.1 高聚物的屈服高聚物的屈服1、屈服的特征、屈服的特征屈服应变屈服应变(yieldstrain)较大较大，剪切屈服应变为，剪切屈服应变为10%20%，而大多数金，而大多数金属材料较小。属材料较小。高聚物在屈服点后，存在高聚物在屈服点后，存在应变软化现象。此时，应变软化现象。此时，应变增加，应力下降。应变增加，应力下降。高聚物的屈服应力随应变高聚物的屈服应力随应变速率增大而增大。速率增大而增大。屈服应力随屈服应力随T升高而降低升高而降低，到达，到达Tg时，降低为时，降低为
19、0（实质上不存在屈服）。实质上不存在屈服）。与金属材料相比，高聚物与金属材料相比，高聚物的屈服应力对流体静压的屈服应力对流体静压力非常敏感，流体静压力非常敏感，流体静压力升高，屈服应力升高力升高，屈服应力升高。大多数高聚物屈服以后，大多数高聚物屈服以后，体积稍有缩小体积稍有缩小压缩屈服应力大于拉伸屈压缩屈服应力大于拉伸屈服应力服应力2、细颈、细颈样条尺寸：横截面小的地方样条尺寸：横截面小的地方应变软化：应力集中的地方应变软化：应力集中的地方 出现出现“细颈细颈”的位置的位置一是银纹屈服，另一种是剪切屈服。一是银纹屈服，另一种是剪切屈服。3、高聚物屈服的形式、高聚物屈服的形式1）银纹屈服）银纹屈
20、服 银纹银纹(craze微裂纹微裂纹)：玻璃态高聚物在拉伸应力作用下，某些薄弱环：玻璃态高聚物在拉伸应力作用下，某些薄弱环节部位由于应力集中而产生局部的塑性形变和取向，以至于在材料表面节部位由于应力集中而产生局部的塑性形变和取向，以至于在材料表面或内部垂直于应力方向上出现微细凹槽（空化条纹状形变区）的现象。或内部垂直于应力方向上出现微细凹槽（空化条纹状形变区）的现象。这些条纹状形变区的平面强烈地反射可见光，则材料表面形成一片银色这些条纹状形变区的平面强烈地反射可见光，则材料表面形成一片银色的闪光。习惯上称为银纹。相应的开裂现象称为银纹化现象。的闪光。习惯上称为银纹。相应的开裂现象称为银纹化现象
21、。银纹在外力作用下若得不到抑制，进一步发展会成为裂缝，导致材银纹在外力作用下若得不到抑制，进一步发展会成为裂缝，导致材料的断裂。由此可知，银纹是断裂的先导。料的断裂。由此可知，银纹是断裂的先导。由于银纹大量形成是吸收能量的过程。如果银纹的发展得以控制，由于银纹大量形成是吸收能量的过程。如果银纹的发展得以控制，使其不发展成为裂缝，则银纹化过程是实现材料屈服的一种形式。使其不发展成为裂缝，则银纹化过程是实现材料屈服的一种形式。银纹不是空的，银纹体的密度为本体密度的银纹不是空的，银纹体的密度为本体密度的50%，折光指数也低于聚合物本体折光指数，因此在银纹和本折光指数也低于聚合物本体折光指数，因此在银
22、纹和本体之间的界面上将对光线产生全反射现象，呈现银光闪体之间的界面上将对光线产生全反射现象，呈现银光闪闪的纹路（所以也称应力发白）。加热退火会使银纹消闪的纹路（所以也称应力发白）。加热退火会使银纹消失（高度取向的高分子微纤发生解取向）。失（高度取向的高分子微纤发生解取向）。银纹特征银纹特征 应力发白现象：橡胶改性的应力发白现象：橡胶改性的PS、HIPS或或ABS在受到破坏时，其在受到破坏时，其应力面变成乳白色，这就是所谓应力发白现象。应力面变成乳白色，这就是所谓应力发白现象。应力发白和银纹化之间的差别在于银纹带的大小和多少，应力应力发白和银纹化之间的差别在于银纹带的大小和多少，应力发白是由大量
23、尺寸非常小的银纹聚集而成。发白是由大量尺寸非常小的银纹聚集而成。各种缺陷在高聚物的加工成型过程中是普遍存在的，例如由各种缺陷在高聚物的加工成型过程中是普遍存在的，例如由于混炼不均匀、塑化不足造成的微小气泡，生产过程中混入一些于混炼不均匀、塑化不足造成的微小气泡，生产过程中混入一些杂质，更难以避免的是由于制件表里冷却速度不同，表面物料接杂质，更难以避免的是由于制件表里冷却速度不同，表面物料接触温度较低的模壁，迅速冷却固化成一层外壳，而制件内部的物触温度较低的模壁，迅速冷却固化成一层外壳，而制件内部的物料还处在熔融状态，随着它的冷却收缩，便使制件内部产生内应料还处在熔融状态，随着它的冷却收缩，便使
24、制件内部产生内应力，进而形成细小的银纹，甚至于裂缝，在制件的表皮上将出现力，进而形成细小的银纹，甚至于裂缝，在制件的表皮上将出现龟裂。龟裂。银纹根源银纹根源 银纹现象为高聚物所特有，尤其是玻璃态透明高聚物（银纹现象为高聚物所特有，尤其是玻璃态透明高聚物（PS、PMMA、PC）在储存过程及使用过程中，往往会在表面出现像陶）在储存过程及使用过程中，往往会在表面出现像陶瓷的那样，肉眼可见的微细的裂纹，这些裂纹，由于可以强烈地瓷的那样，肉眼可见的微细的裂纹，这些裂纹，由于可以强烈地反射可见光看上去是闪亮的，所以又称为银纹反射可见光看上去是闪亮的，所以又称为银纹Craze。应力集中：材料存在缺陷，受力时
25、材料内部的应力分布状态将发应力集中：材料存在缺陷，受力时材料内部的应力分布状态将发生变化，使缺陷附近局部范围内的应力急剧的增加，远远超过平生变化，使缺陷附近局部范围内的应力急剧的增加，远远超过平均应力值的现象。均应力值的现象。而金属材料的弹性模量达109Pa，而且随绝对温度升高而降低。拉伸弹性体时外力所做的功原因在于在外力的作用下，玻璃态聚合物中本来被冻结的链段被强迫运动，使高分子链发生伸展，产生大的形变。高聚物材料具有所有已知材料中可变性范围最宽的力学性质，包括从液体、软橡皮到很硬的刚性固体。应力集中：材料存在缺陷，受力时材料内部的应力分布状态将发生变化，使缺陷附近局部范围内的应力急剧的增加
26、，远远超过平均应力值的现象。为什么材料的实际强度远远低于理论强度？由于理想高弹体拉伸时只引起熵变，或者说只有熵的变化对理想高弹体的弹性有贡献，也称这种弹性为熵弹性。产生剪切带时，材料发生屈服。适当交联对韧性材料来说，拉伸时45 斜截面上的最大切应力首先达到材料的剪切强度，所以首先出现与拉伸方向成45 的剪切滑移变形带-细颈。强而韧：有屈服点，有细颈现象，断裂伸长率大，E和B均大，断裂面光滑 断裂面粗糙所以不能作机械零件，却是很好的密封材料。高聚物材料具有所有已知材料中可变性范围最宽的力学性质，包括从液体、软橡皮到很硬的刚性固体。晶态聚合物典型的应力-应变曲线屈服应变(yieldstrain)较
27、大，剪切屈服应变为10%20%，而大多数金属材料较小。聚氨酯橡胶由于分子极性强，分子间作用力大，所以抗蠕变性能好。描述粘弹性高聚物材料的力学行为必须同时考虑应力、应变、时间和温度四个参数。的关系是线性（或微曲）关系非线性但是，在压应力下它们仍能发生大量的塑性变形。A、力学因素：银纹是高聚物受到张应力作用时，在材料某些薄弱环节、力学因素：银纹是高聚物受到张应力作用时，在材料某些薄弱环节上应力集中，而产生局部塑性形变，而在材料表面或内部出现垂上应力集中，而产生局部塑性形变，而在材料表面或内部出现垂直于应力方向的微细凹槽或直于应力方向的微细凹槽或“裂纹裂纹”的现象。的现象。B、环境因素：化学物质扩散
28、到高聚物中，使微观表面溶胀或增塑，增、环境因素：化学物质扩散到高聚物中，使微观表面溶胀或增塑，增加分子链段的活动性，玻璃化温度下降促进银纹产生，另外，试加分子链段的活动性，玻璃化温度下降促进银纹产生，另外，试样表面的缺陷和擦伤处也易产生银纹，或起始于试样内部空穴或样表面的缺陷和擦伤处也易产生银纹，或起始于试样内部空穴或夹杂物的边界处，这些缺陷造成应力集中，有利于银纹产生。夹杂物的边界处，这些缺陷造成应力集中，有利于银纹产生。银纹产生的原因银纹产生的原因 银纹区仍有力学强度，但其密度较低，银纹具有可逆性，在压应银纹区仍有力学强度，但其密度较低，银纹具有可逆性，在压应力作用下或经玻璃化温度以上退火
29、处理，银纹将会减少和消失。力作用下或经玻璃化温度以上退火处理，银纹将会减少和消失。银纹是非晶态聚合物塑性变形的一种特殊形式，银纹的形成增加银纹是非晶态聚合物塑性变形的一种特殊形式，银纹的形成增加聚合物的韧性，因为它使聚合物的应力得到松弛；同时，银纹中的微聚合物的韧性，因为它使聚合物的应力得到松弛；同时，银纹中的微纤维表面积大，可吸收能量，对增加韧性也有作用。纤维表面积大，可吸收能量，对增加韧性也有作用。聚合物形成银纹类似于金属韧性断裂前产生的微孔。聚合物形成银纹类似于金属韧性断裂前产生的微孔。银银纹纹的的扩扩展展中间分子中间分子断裂断裂扩展扩展形成形成裂纹裂纹发展成裂缝破坏发展成裂缝破坏银纹方
30、向和分子链方向银纹方向和分子链方向现象：韧性高聚物在拉伸至屈服点时，常可见试样上出现大约与拉伸现象：韧性高聚物在拉伸至屈服点时，常可见试样上出现大约与拉伸方向成方向成45角倾斜的剪切滑移变形带（剪切带）角倾斜的剪切滑移变形带（剪切带）。n 对韧性材料来说，拉伸时对韧性材料来说，拉伸时45 斜截面上的最大切应力首先达到材斜截面上的最大切应力首先达到材料的剪切强度，所以首先出现与拉伸方向成料的剪切强度，所以首先出现与拉伸方向成45 的剪切滑移变形的剪切滑移变形带带-细颈。细颈。产生剪切带时，材料发生屈服。产生剪切带时，材料发生屈服。n因为变形带中分子链的取向度高，故变形逐步向整个试样扩展。因为变形
31、带中分子链的取向度高，故变形逐步向整个试样扩展。2）剪切屈服）剪切屈服 剪切屈服不同于银纹屈服，前者没有明显的体积变化。剪切屈服剪切屈服不同于银纹屈服，前者没有明显的体积变化。剪切屈服在外加剪切力、拉伸应力、压缩应力作用下都能引起。而银纹屈服只在外加剪切力、拉伸应力、压缩应力作用下都能引起。而银纹屈服只能在拉伸应力作用下产生。能在拉伸应力作用下产生。两种屈服形式的区别：两种屈服形式的区别：4.5.3 聚合物的断裂与强度聚合物的断裂与强度断裂面形状和断裂能是区别脆性和韧性断裂最主要的指标。断裂面形状和断裂能是区别脆性和韧性断裂最主要的指标。从实用观点来看，高聚物材料的最大优点是它们内在的韧性，从
32、实用观点来看，高聚物材料的最大优点是它们内在的韧性，也就是说它在断裂前能吸收大量的能量，但是这种内在的韧性不是也就是说它在断裂前能吸收大量的能量，但是这种内在的韧性不是总是能表现出来的，由于加载方式、温度、应变速率、试样形状、总是能表现出来的，由于加载方式、温度、应变速率、试样形状、大小等的改变却会使韧性变坏，甚至会脆性断裂，而材料的脆性断大小等的改变却会使韧性变坏，甚至会脆性断裂，而材料的脆性断裂是工程上必须尽量避免的。裂是工程上必须尽量避免的。脆性断裂与韧性断裂脆性断裂与韧性断裂 脆性：脆性：韧性：韧性：的关系是线性（或微曲）的关系是线性（或微曲）关系非线性关系非线性 断裂应变低于，断裂能
33、不大断裂应变低于，断裂能不大 断裂前形变大得多，断裂能很大断裂前形变大得多，断裂能很大 断裂面光滑断裂面光滑 断裂面粗糙断裂面粗糙材料的断裂方式分析材料的断裂方式分析强度理论值强度理论值NoImage 聚合物的强度比金属低，一般为聚合物的强度比金属低，一般为2080MPa，比强度较金属的高。，比强度较金属的高。实际强度仅为其理论值的实际强度仅为其理论值的1200。此与其结构缺陷。此与其结构缺陷(如裂纹、杂质、如裂纹、杂质、气泡、空洞和表面划痕等气泡、空洞和表面划痕等)和分子链断裂不同时性有关。和分子链断裂不同时性有关。在断裂时三种方式兼而有之，通常聚合物理论断裂强度在几在断裂时三种方式兼而有之
34、，通常聚合物理论断裂强度在几千千MPa，而实际只有几十，而实际只有几十MPa。为什么材料的实际强度远远为什么材料的实际强度远远低于理论强度？低于理论强度？存在缺陷存在缺陷为什么在缺陷处断裂？为什么在缺陷处断裂？缺陷处应力集中缺陷处应力集中各种高聚物对于机械应力的反应相差很大：例如聚苯乙烯制品很脆，一敲就碎；而金属材料的弹性模量达109Pa，而且随绝对温度升高而降低。拉伸弹性体时外力所做的功高聚物材料的力学性能对时间和温度的强烈依赖性是研究其力学性能中要着重弄清的问题。（2）如果 ，如常温下的塑料，虽然链段受到很大的应力，但由于内摩擦力很大，链段运动能力很小，所以应力松弛极慢，也就不易觉察到。而
35、银纹屈服只能在拉伸应力作用下产生。作为粘弹性材料的高聚物，其力学性能受到力、形变、温度和时间四个因素的影响。断裂面光滑 断裂面粗糙软而弱：模量低，断裂伸长率低，B 低，主要是低分子量聚合物、凝胶等此与其结构缺陷(如裂纹、杂质、气泡、空洞和表面划痕等)和分子链断裂不同时性有关。Breaking point 断裂点（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）y 和屈服应变e y。包括抗张强度、冲击强度、弯曲强度、压缩强度、硬度。玻璃态非晶高聚物的拉伸2 表征力学性能的基本指标理想粘性流体（如水）在外力作用下形变随时间线性发展。此与其结构缺陷(如裂纹、杂质、气泡、空洞和表面划痕等)和分子链断裂不同时性有关。Yielding point 屈服点材料在屈服后出现了较大的应变，如果在试样断裂前停止拉伸，除去外力后试样的大形变已无法完全自发回复，然而在加热至Tm附近还可回复到拉伸前的状态，所以这种形变本质上是高弹性的，只是形变被新产生的结晶冻结而已，由于是在较低温度下出现的不均匀拉伸，所以又称为冷拉。各种高聚物对于机械应力的反应相差很大：例如聚苯乙烯制品很脆，一敲就碎；的关系是线性（或微曲）关系非线性谢谢观看！
