何曼君高分子物理名词解释完整版(5)

第八章 聚合物的屈服和断裂 一、名词解释 弹性：材料受到外力作用时发生形变，外力撤除时形变能够恢复的性质。 塑性：材料受到外力作用时发生形变，此形变为永久形变，外力撤除时形变不能恢复的性质。 应力：材料发生宏观形变时，单位体积上，材料内部抵抗外力而产生的附加内力。（与外力相等）σ = F/A0 应变：材料受到外力作用时，它的几何形状和尺寸将发生改变。ε = ?l / l0 模量：在形变范围内，单位应变所需应力的大小。 柔量：模量的倒数。 剪切流动：速度梯度的方向与流动方向相垂直。 拉伸流动：速度梯度的方向与流动方向相一致。 泊松比：在拉伸试验中，材料横向单位宽度的减少和纵向单位长度的增加之比值。???mm???横向单位宽度的减小 ???ll?纵向单位宽度的增加fmaxb?dWb?d断裂前最大载荷与试样的截面积的比值。 拉伸强度：?t?抗冲强度：?i?2(kg.cm/cm)试样受冲击而断裂时单位面积所吸收的能量。 抗弯强度：材料在弯曲负荷作用下破裂或达到规定挠度时能承受的最大应力 杨氏模量（拉伸模量）：E??fb?d ?lloFA?? tg??P ?V/V剪切模量（刚性模量）：G?本体模量（体积模量）：B?应力-应变曲线：以一定速率单轴拉伸非晶态聚合物，其曲线如图所示，整个曲线可分成五个阶段：1、弹性形变区，从直线的斜率可以求出杨氏模量，从分子机理来看，这一阶段的普弹性是由于高分子的链长、键角和小的运动单元的变化引起的。2、屈服点（应变软化点），超过此点，冻结的连段开始运动。3、大形变区，又称强迫高弹形变，本质上与高弹形变一样，是链段的运动，但它是在外力作用下发生的。4、应变硬化区，分子链取向排列，使强度提高。5、断裂。 普弹形变：材料拉伸发生屈服之前，应力与应变呈线性关系，符合虎克定律，此时的形变为普弹形变。 断裂伸长率：材料拉伸发生发生断裂的形变量。 屈服应力：材料拉伸发生屈服时所施加的应力。 脆性断裂：在Tg以下，由于聚合物处在玻璃态，即使外力除去，已发生的大形变也不能自发回复，在材料出现屈服之前发生的断裂称为脆性断裂。 韧性断裂：在拉伸过程中，聚合物材料在屈服后发生断裂。 强迫高弹性：在玻璃态（Tb到Tg之间）若在试样断裂前停止拉伸，除去外力，则试样已发生的大形变无法完全恢复；只有让试样的温度升到Tg附近，形变方可回复，因此，这种大- 21 - 形变在本质上是一种高弹性，而不是粘流形变，其分子机理主要是高分子的链段运动，它只是在大外力的作用下的一种链段运动。为区别于普通的高弹性变，可称之为强迫高弹性。 脆化温度 Tb：在一定速率下（不同温度）测定的断裂应力和屈服应力，作断裂应力和屈服应力随温度的变化曲线------其交点对应的温度为脆化温度Tb。 冷拉：玻璃态聚合物的拉伸与结晶聚合物的拉伸有相似之处，两种拉伸过程均经历弹性形变、屈服、发生大形变以及应变硬化等阶段，其中大形变在室温都不能自发回复，而加热后则产生回复，故本质上两种拉伸过程造成的大型变都是高弹形变。该现象通常称为“冷拉”。 细颈（成颈）：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。 应力集中：材料的缺陷在受力时，使材料内部的应力平均分布的状态发生变使缺陷附近局部范围内的应力急剧增加，远远大于平均值。 应变软化：许多高聚物在过屈服点后均有一个应力不太大的下降，叫应变软化 应变硬化：聚合物在经过冷拉后应力又出现明显的上升，叫应变硬化。 银纹现象：很多高聚物，尤其是玻璃态透明高聚物（PS、MMA、PC）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，由于可以强烈地反射可见光看上去是闪亮的，所以又称为银纹crage。 银纹质（体）——联系起两银文面的束状或高度取向的聚合物。 裂纹：可逆的，在压力或Tg以上退火，会回缩或消失。 裂缝：不可逆，是裂纹在较大外力作用下进一步发展。 剪切带：韧性聚合物单轴拉伸至屈服点时，可看到与拉伸方向成45°的剪切滑移变形带，有明显的双折射现象，分子链高度取向，剪切带厚度约1μm左右，每个剪切带又由若干个细小的不规则微纤构成。 应变诱发塑料-橡胶转变： 增韧塑料：冲击强度高的塑料 二、问题 1.E,G,B及泊松比的关系 答：杨氏模量：E??FA0? ??ll0F A0tg?切变模量：G＝?sr?体积模量：B?泊淞比： ??PPV0? ??V?mm???横向单位宽度的减小 ???ll?纵向单位宽度的增加111，切变柔量J?，可压缩度= EGB2.模量与柔量的关系 答：柔量等于模量的倒数；拉伸柔量D?3.聚合物力学性质的特点 答：1、是已知材料中变性范围最宽的力学性质。即力学性质的多样性。例如液体有软弹性、硬弹性、刚性、脆性、韧性等。可以从纯粘性经粘弹性到纯弹性，为应用提供了广阔的选择余地。2、力学性对温度和时间有强烈的信赖性。造成以上特点的原因：归结为聚合物的长- 22 - 链分子结构。3、高弹性——高聚物特有；4、粘弹性——力学行为对温度和时间有强烈的依赖关系，为高聚物独特的力学行为；5、比强度特高（比强度——单位重量材料能承受的最大负荷） 4.Tb的意义 答?：在一定速率下（不同温度）测定的断裂应力和屈服应力，作断裂应力和屈服应力随温度的变化曲线------其交点对应的温度为脆化温度Tb。 5.强迫高弹性与普通高弹性的区别 答：高弹性——高聚物特有，显示高弹性的温度范围(Tg~Tf) 分子量 温度范围(Tg~Tf)增宽 (Tg~Tf)的范围决定了橡胶的使用温度范围 6.结晶高聚物应力-应变曲线的解释 答： A点以前是弹性区域，可恢复原样。 A点以后呈塑性行为，不可恢复原样，发生永久变形，材料屈服。 其中： A点为屈服点，对应的应力和应变为屈服应力 和屈服应变 AB 段叫应变软化 BC 段颈缩阶段 CD 段取向硬化 D点发生断裂，对应的应力为抗拉强度 7.高聚物屈服过程的特征 答：（1）屈服应变大；（2） 应变软化现象；（3）屈服应力的应变速率依赖性；（4）屈服应力的温度依赖性；（5）流体静压力对屈服应力有影响；（6）高聚物屈服应力不等于压缩屈服应力；（7） 高聚物在屈服时体积稍有缩小 8.聚合物脆性断裂和韧性断裂的不同点及对温度和应变速率的敏感性 答：不同点：脆性断裂：屈服前断裂；无塑性流动；表面光滑；张应力分量 韧性断裂：屈服后断裂；有塑性流动；表面粗糙；切应力分量 9.聚合物强度与韧性的比较（聚合物增强与增韧的手段） 答： 韧性 强度 极性基团或氢键 差 高 有支链结构 好 高 适度交联 好 高 结晶度大 差 高 双轴取向 好 高 加入增塑剂 好 低 温度高 好 低 应变速率大 差 高 10.应力-应变曲线的类型（强与弱、韧与脆、硬与软） （图看课本224页，看PPT28张） 答：（1）硬而脆（聚苯乙烯，PMMA等）；（2）硬而韧（尼龙等）；（3）硬而强（PVC与PS的共混物）；（4）软而韧（橡胶）；（5）软而弱(无规PP) 11.银纹的特征 答：应力发白现象，密度为本体的50％，高度取向的高分子微纤。银纹的特点：（1）银纹仍有强度（2）银纹的平面垂直于产生银纹的张应力。 12.银纹与剪切带的异同 答： 主要区别 形变量 曲线特征 体积 细颈、剪切带 形变量大10~100% 有明显的屈服点 体积几乎不变 银纹 形变量小 <10% 无明显的屈服点 体积增加 - 23 - 主要相同点 能量 吸收能量 吸收能量 13.什么叫疲劳、疲劳极限，疲劳破坏的原因 答：疲劳定义：是材料在周期应力作用下断裂或失效的现象。材料在递增的应力作用下将发生屈服或断裂，在低于屈服应力或断裂应力的周期应力作用下会产生疲劳。 疲劳极限：是一个应力值，当应力低于这个值时，材料可承受的周期数为无限大。 疲劳破坏的原因：是裂纹的形成和增长造成的损伤在周期应力作用下逐渐积累而发生的。 计算要求 1.WLF方程 C1?T?Tg答：Log??T?? ??C2TTg2. Boltzmann叠加原理 3.各种平均分子量，多分散系数 4.取向度，结晶度 5.泊松比，应力，应变，模量： 答： 泊淞比?????FA0?mm???横向单位宽度的减小，杨氏模量E??，切????ll0?ll?纵向单位宽度的增加变模量G ?sr?PPV0F，体积模量B??，应力：σ = F/A0，应变：ε = ?l / l0 ??VA0tg?6.溶度参数 答： ??（CED)1/2(J/cm)21/2，非极性高分子与溶剂的δ越接近，越易溶解。一般认为?1-?2?1.7~2可以溶解。 - 24 -