《高分子物理》课程教学资源（PPT讲稿）第八章 聚合物的屈服和断裂

第八章聚合物的屈服和断裂

第八章 聚合物的屈服和断裂

本章内容 8.1聚合物的塑性和屈服 8.1.1应力应变曲线 8.1.2聚合物的屈服 8.2高聚物的断裂和强度 8.2.1脆性断裂与韧性断裂 8.2.2聚合物的强度 8.2.3断裂理论 8.2.4影响聚合物强度和韧性的因素-增强与增韧 8.2.5疲劳

本章内容 ❖ 8.1 聚合物的塑性和屈服 8.1.1应力应变曲线 8.1.2 聚合物的屈服 ❖ 8.2 高聚物的断裂和强度 8.2.1 脆性断裂与韧性断裂 8.2.2 聚合物的强度 8.2.3 断裂理论 8.2.4 影响聚合物强度和韧性的因素-增强与增韧 8.2.5 疲劳

引言 1力学性能分类 力学行为：指施加一个外力在材料上，它产生怎 样的形变（响应）。 举例： ÷PS制品很脆，一敲就碎（脆性） 尼龙制品很坚韧，不易变形，也不易破碎 (韧性) 。轻度交联的橡胶拉伸时，可伸长好几倍， 外力解除后基本恢复原状（弹性） ·胶泥变形后，却完全保持新的形状（粘性）

1 力学性能分类 ❖ 力学行为：指施加一个外力在材料上，它产生怎 样的形变（响应）。 ❖ 举例： ❖ PS制品很脆，一敲就碎（脆性） ❖ 尼龙制品很坚韧，不易变形，也不易破碎 （韧性） ❖ 轻度交联的橡胶拉伸时，可伸长好几倍， 外力解除后基本恢复原状（弹性） ❖ 胶泥变形后，却完全保持新的形状（粘性） 引言

强度Strength 断裂性能 Fracture 韧性Toughness 。形变性能：非极限情况下的力学行为 ÷断裂性能：极限情况下的力学行为

断裂性能 韧 性 强 度 Fracture Toughness Strength ❖ 形变性能：非极限情况下的力学行为 ❖ 断裂性能：极限情况下的力学行为

2表征材料力学性能的基本物理量 强度：材料所能承受的应力（指材料承受外力 而不被破坏（不可恢复的变形也属被破坏）的能 力)。 韧性：材料断裂时所吸收的能量

2 表征材料力学性能的基本物理量 强度：材料所能承受的应力（指材料承受外力 而不被破坏(不可恢复的变形也属被破坏)的能 力 ）。 韧性：材料断裂时所吸收的能量

强度和模量指标的物理意义 拉伸强度：在规定的温度、湿度及加载速度下 在标准试样上沿轴向施加拉伸力直至断裂时试 样所承受的最大载荷p与试样截面积A的比值。 冲击强度：也叫做抗冲击强度，是衡量材料 韧性的一种强度指标。为试样受冲击载荷W 而破裂时单位截面积所吸收的能量。 抗弯强度：也叫做挠曲强度。是在规定的实 验条件下对标准试样施加静变曲力矩，直到 试样断裂时为止的最大载荷

•拉伸强度：在规定的温度、湿度及加载速度下， 在标准试样上沿轴向施加拉伸力直至断裂时试 样所承受的最大载荷p与试样截面积A的比值。 •冲击强度：也叫做抗冲击强度，是衡量材料 韧性的一种强度指标。为试样受冲击载荷W 而破裂时单位截面积所吸收的能量。 •抗弯强度：也叫做挠曲强度。是在规定的实 验条件下对标准试样施加静变曲力矩，直到 试样断裂时为止的最大载荷p。 强度和模量指标的物理意义

弹性模量 定义1：在比例极限内，材料所受应力（如拉伸，压缩， 弯曲，扭曲，剪切等)与材料产生的相应应变之比。 定义2：材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关 系（即符合虎克定律），其比例系数称为弹性模量。 意义：材料抗弹性变形的一个量，材料刚度的一个指标。 可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值 越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材 料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形 越小。反映材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普 通弹簧中的刚度。包括“杨氏模量”、“剪切模量”、 “体积模量”等

弹性模量 定义1：在比例极限内，材料所受应力（如拉伸，压缩， 弯曲，扭曲，剪切等）与材料产生的相应应变之比。 定义2：材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关 系（即符合虎克定律），其比例系数称为弹性模量。 意义：材料抗弹性变形的一个量，材料刚度的一个指标。 可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值 越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材 料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形 越小。反映材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普 通弹簧中的刚度。包括“杨氏模量”、“剪切模量”、 “体积模量”等

韧性 ·材料在断裂前吸收能量和进行塑性变形的能力。 ·与脆性相反，材料在断裂前有较大形变、断裂时 断面常呈现外延形变，此形变不能立即恢复，其 应力-形变关系成非线性、消耗的断裂能很大。 。通常以冲击强度的大小来衡量。 韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小

韧性 ❖ 材料在断裂前吸收能量和进行塑性变形的能力。 ❖ 与脆性相反，材料在断裂前有较大形变、断裂时 断面常呈现外延形变，此形变不能立即恢复，其 应力-形变关系成非线性、消耗的断裂能很大。 ❖ 通常以冲击强度的大小来衡量。 ❖ 韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小

脆性 ·材料在外力作用下（如拉伸、冲击等）仅产生很小的 变形即断裂破坏的性质。 ·聚合物脆性与聚合物结构及使用条件（温度、外力作 用速率等)有关，柔性链聚合物脆性小，韧性好；刚 性链高分子则相反。 。常用冲击强度或断裂伸长表征聚合物的脆性。 ·或者说是“材料在断裂前未觉察到的塑性变形的性 质

脆性 ❖ 材料在外力作用下(如拉伸、冲击等)仅产生很小的 变形即断裂破坏的性质。 ❖ 聚合物脆性与聚合物结构及使用条件(温度、外力作 用速率等)有关，柔性链聚合物脆性小，韧性好；刚 性链高分子则相反。 ❖ 常用冲击强度或断裂伸长表征聚合物的脆性。 ❖ 或者说是“材料在断裂前未觉察到的塑性变形的性 质”

8.1聚合物的塑性和屈服 8.1.1聚合物的应力-应变行为 研究材料强度和破坏的重要实验手段是测量材料的 拉伸应力-应变特性。将材料制成标准试样，以规定 的速度均匀拉伸，测量试样上的应力、应变的变化， 直到试样破坏。 常用的哑铃型标准试样如图8-1所示，试样中部为测试部分， 标距长度为l,初始截面积为A,。 图8-1哑铃型标准试样

8.1 聚合物的塑性和屈服 8.1.1聚合物的应力-应变行为 ❖ 研究材料强度和破坏的重要实验手段是测量材料的 拉伸应力-应变特性。将材料制成标准试样，以规定 的速度均匀拉伸，测量试样上的应力、应变的变化， 直到试样破坏。 常用的哑铃型标准试样如图8-1所示，试样中部为测试部分， 标距长度为l 0，初始截面积为A0。 图8-1 哑铃型标准试样