4.什么叫做强迫高弹性?材料出现强迫高弹性的条件是什么？   5.银纹和裂纹有什么区别，又有什么联系?高聚物中出现银纹是不是总是有害？   6.高聚物的宏观断裂方式有哪几种？如何区分？   7.脆性断裂的形貌特征是什么？   8.为什么高聚物的实际强度比理论强度低100~1000倍？ * 4、剪切带 韧性高聚物材料拉伸至屈服点时，长可以看到试样上出现与拉伸方向成大约450角倾斜的剪切滑移变形带，或者在材料内部形成与拉伸方向倾斜一定角度的剪切带 工程应力和真应力推导过程 工程应力 真应力 假定试样变形时体积不变 屈服点时 真应力-应变曲线及屈服判据三种类型 D E 0    1    2    3 0    1    2    3 0    1     2    3 由      无法作切线，不能成颈 由        可作两条切线，有两个点满足屈服条件，D点时屈服点，E点开始冷拉 由       可作一条切线，曲线上有一个点满足        ，此点为屈服点，在此点高聚物成颈 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和接痕，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。 三、银纹              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Craze。  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立急剧的增加，远远超过平均应力值的现象。 原因：  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“裂纹”的现象。 B、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。 高聚物大形变的热效应 四、聚合物的断裂与强度 五、脆韧转变温度Tb 屈服应力相对于断裂应力，对应变速率更敏感 脆性断裂与韧性断裂的判据： T＜Tb，先达到σb，脆性断裂 T＞Tb，先达到σy，再断裂，韧性断裂 Tb与韧性的关系 材料一般使用温度T＞ Tb的一段如下图： PC:Tg=150℃,Tb=－20℃（室温时不易碎） PMMA:Tg=100℃,Tb=90℃（室温时易碎） 六、影响拉伸强度的因素 1、断裂方式： 2、结构因素： 极性基团或氢键 主链上有芳环结构 适度交联 结晶度大 取向好 加入增塑剂 存在裂缝、银纹等缺陷 支化 分子量越高拉伸强度越大，但达到Mc时强度变化不大 Mark三角形原理 增强填料 （1）粉末填料：炭黑、二氧化硅等      补强机理：活性表面能与若干高分子链相结合形成一种交联结构，如炭黑增强橡胶，橡胶分子可以接在炭黑表面。当其中一根分子链受到应力时，可以通过交联点传递给其他分子链，如果其中一根分子链断裂，其他链可以照常起作用，而不影响整体。 （2）纤维状填料：碳纤维、玻璃纤维、天然纤维等，它们具有高模量，耐热、耐磨、耐化学试剂及特殊的电性能等，因而在航空航天、电讯、化工等领域广泛应用。 （3）液晶：聚酯 1、粉状填料增强     由于在高分子材料中加入填料等于加入杂质和缺陷，有引发裂纹和加速破坏的副作用，因此对填料表面进行恰当处理，加强它与高分子基体的亲合性，同时防止填料结团，促进填料均匀分散，始终是粉状填料增强改性中人们关心的焦点。这些除与填料本身性质有关外，改性工艺、条件、设备等也都起重要作用。     按性能分粉状填料可分为活性填料和惰性填料两类； 按尺寸分有微米级填料、纳米级填料等。     粉状填料的增强效果主要取决于填料的种类、尺寸、用量、表面性质以及填料在高分子基材中的分散状况。     炭黑增强橡胶是最突出的粉状填料增强聚合物材料的例子。炭黑是典型活性填料，尺寸在亚微米级，增强效果十分显著。下表列出几种橡胶用炭黑或白炭黑（二氧化硅）增强改性的效果。可以看出，尤其对非结晶性的丁苯橡胶和丁腈橡胶，经炭黑增强后拉伸强度提高10倍之多，否则这些橡胶没有多大实用价值。     几种橡胶采用炭黑增强的效果对比 橡胶  拉伸强度 / MPa 增强倍数  纯胶 含炭黑橡胶 非结晶型  硅橡胶① 0.34 13.7 40 丁苯橡胶 1.96 19.0 10 丁腈橡胶 1.96 19.6 10 结晶型  天然橡胶 19.0 31.4 1.6 氯丁橡胶 14.7 25.0 1.7 丁基橡胶 17.6 18.6 1.1      吸附有多条大分子链的炭黑粒子具有均匀分布应力的作用，当其中某一条大分子链受到应力时，可通过炭黑粒子将应力传递到其他分子链上，使应力分散。而且即便发生某一处网链断裂，由于炭黑粒子的“类交联”作用，其他分子链仍能承受应力，不致迅速危及整体，降低发生断裂的可能性而起增强作用。     活性填料的增强效果主要来自其表面活性。炭黑粒子表面带有好几种活性基团（羧基、酚基、醌基等），这些活性基团与橡胶大分子链接触，会发生物理的或化学的吸附。  化学交联与物理交联示意图   上图：化学交联      下图：物理吸附     碳酸钙、滑石粉、陶土以及各种金属或金属氧化物粉末属于惰性填料。     对于惰性填料，需要经过化学改性赋予粒子表面一定的活性，才具有增强作用。例如用表面活性物质如脂肪酸、树脂酸处理，或用钛酸酯、硅烷等偶联剂处理，或在填料粒子表面化学接枝大分子等都有很好的效果。  粉状填料经硬脂酸处理填充HDPE的SEM图   上图：硬脂酸用量0.9%      下图：1.5%     惰性填料除增强作用外，还能赋予高分子材料其他特殊性能和功能，如导电性、润滑性、高刚性、气隔性等，提高材料的性/价比。 高领土填充HDPE增强PE的阻隔性（TEM图） 2、纤维增强     纤维增强塑料是利用纤维的高强度、高模量、尺寸稳定性和树脂的低密度、强韧性设计制备的一种复合材料。两者取长补短，复合的同时既克服了纤维的脆性，也提高了树脂基体的强度、刚性、耐蠕变和耐热性。 常用的纤维材料 玻璃纤维 碳纤维 硼纤维 天然纤维 基体材料 热固性树脂 热塑性树脂 橡胶类材料 用玻璃纤维或其他织物与环氧树脂、不饱和聚酯等复合制备的玻璃钢材料是一种力学性能很好的高强轻质材料，其比强度、比模量不仅超过钢材，也超过其他许多材料，成为航空航天技术中的重要材料。表7-5给出用玻璃纤维增强热塑性塑料的性能数据，可以看到，增强后复合材料的性能均超过纯塑料性能，特别拉伸强度、弹性模量得到大幅度提高。     常用的纤维材料有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、天然纤维等。基体材料有热固性树脂，如环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂；也有热塑性树脂，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等。     玻璃纤维增强的某些热塑性塑料的性能① 材料 拉伸强度 /  伸长率 /
第七章 高聚物的力学性质1.ppt