《玻璃态和结晶态高聚物的力学性质ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《玻璃态和结晶态高聚物的力学性质ppt课件.ppt（110页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第7章 高聚物的力学性质,The yielding and fracture of polymers,7.3玻璃态和结晶态高聚物的力学性质7.1高弹态高聚物的力学性质7.2高聚物的力学松驰,7.3玻璃态和结晶态高聚物的力学性质,描述力学性质的基本物理量和性能指标几类高聚物的拉伸行为高聚物的屈服高聚物的断裂和强度影响高聚物实际强度的因素,（1）描述力学性质的基本物理量和性能指标,简单剪切Shear,本体压缩（或本体膨胀）,基本的形变,形状改变而体积不变,体积改变而形状不变,拉伸 Tensile,单轴拉伸Uniaxial elongation,双轴拉伸biaxial elongation,等轴,非
2、等轴,简单拉伸,应力和应变,当材料受到外力作用而所处的条件却使其不能产生惯性位移时，材料的几何形状和尺寸将发生变化，这种变化就称为应变 (strain)。,平衡时，附加内力和外力相等，单位面积上的附加内力（外力）称为应力 (stress)。,A. 简单拉伸,l0,l = l0 + Dl,A0,A,应变,应力,真应力,真应变,F,F,F,F,拉伸,B. 简单剪切,A0,A0,切应变,切应力,C. 均匀压缩,均匀压缩应变,压缩,弹性模量 Modulus,弹性模量是表征材料抵抗变形能力的大小, 其值的大小等于发生单位应变时的应力,简单拉伸,简单剪切,均匀压缩,拉伸模量, 或杨氏模量,剪切模量,体积模
3、量,三种弹性模量间的关系,各向同性材料, : Poissons ratio 泊松比,泊松比: 在拉伸实验中，材料横向单位宽度的减小与纵向单位长度的增加之比值。,常见材料的泊松比,常用的几种力学性能指标,-规定试验温度、湿度和试验速度下，在标准试样上沿轴向施加拉伸载荷，直到试样被拉断为止，断裂前试样承受的最大载荷P与试样宽度b和厚度d的乘积的比值。,拉伸强度,t = P/bd,(1 MPa=9.8 kg/cm210 kg/cm2),伸长率,伸长比,= l / l0,=-1,拉伸,f = 1.5(Plo/bd) (MPa),弯(挠)曲强度,-在规定试验条件下对标准试样施加静弯曲力矩，走到试样折断为
4、止，并按下式计算弯曲强度：,冲击强度,-定义为试样受冲击载荷而折断时单位面积吸收的能量。是衡量材料韧性的一种强度指标，表征材料抵抗冲击载荷破坏的能力。 i = W/bd (kg.cm/cm2 or kg/cm2),有摆锤式、落重式和高速拉伸三种测试方法。,弯曲,Pendulum machine 摆锤冲击机,Charpy 简支梁,Izod 悬臂梁,冲击,落重式冲击试验机,-从重锤的重量和下落高度计算使试样破坏所需的能量。,高速拉伸试验,-得应力应变曲线，以曲线下的面积作为材料冲击强度的一种指标。,硬度,-衡量材料表面抵抗机械压力的能力的一种指标，与材料的抗张强度和弹性模量有关。-有布氏、洛氏和邵
5、氏等测量方法。,补充常见材料的硬度,洛氏,硬度,（2）几类高聚物的拉伸行为 -应力-应变曲线 The tensile stress-strain curves,Instron Tensile Testor 电子拉力机Material testing machine 材料试验机,更换夹具后，均可进行拉伸，压缩，弯曲，剪切，撕裂，剥离等力学测试。,A,Y,B,Yielding point 屈服点,Point of elastic limit 弹性极限点,Breaking point 断裂点,Strain softening 应变软化,Cold drawing 冷拉,Strain hardening
6、 应变硬化,典型非晶态聚合物的应力-应变曲线 -Tg以下几十度,你能解释吗？,弹性形变,屈服,应变软化,冷拉,应变硬化,断裂,从分子运动机理解释形变过程,Y,C,D,B,解释：分子运动机理,弹性阶段,键长、键角的变化,高模量、小形变形变可恢复,屈 服,应力作用下，链段开始运动,应变软化,应变增加，应力略下降,由链长键角变化转为链段运动，模量下降,冷 拉,应力变化不大，应变发展很大，升温至可恢复,链段运动,构象伸展,强迫高弹形变,应变硬化,应力逐渐上升，直至断裂,分子链沿外力方向伸展形成取向结构,温度-形变曲线,强迫高弹形变的本质,本质与橡胶的高弹形变一样，都是链段运动的结果。表现形式不同：-橡
7、胶的高弹性是T = TgTf区间、较小应力下的链段运动；-玻璃态高聚物的强迫高弹形变是T Tg以下几十度、较大应力作用下，外力使链段运动松弛时间缩短而运动。,强迫高弹形变发生的条件,断裂强度b大于屈服强度y适宜的温度条件T= TbTg适当的拉伸速率,y,b,从应力-应变曲线可得的被拉伸聚合物的力学性能指标,聚合物的屈服强度y聚合物的杨氏模量E 聚合物的断裂强度b,聚合物的断裂伸长率聚合物的断裂韧性,聚合物的断裂行为,脆性断裂 brittle fracture,韧性断裂 ductile fracture,各种情况下的应力-应变曲线,(a) 温度的影响,a: TTg,c: TTg (几十度),d:
8、 T接近Tg,b: TTg,Temperature,0C,5070C,70C,050C,Example-PVC,脆性断裂,韧性断裂,无屈服,屈服后断裂,Results,(b) 不同的拉伸速率,Strain rate,Example: PMMA,4 3 2 1,升高温度与降低拉伸速率的变化趋势是相同的,a: 脆性材料,c: 韧性材料,d: 橡胶,b: 半脆性材料,酚醛或环氧树脂,PP, PE, PC,PS, PMMA,Nature rubber, PIB,(c) 不同的化学结构,典型晶态聚合物的应力-应变曲线,与非晶态聚合物的拉伸机理相同吗？,曲线：Y点后的转折更明显,试样：-出现细颈现象；-细
9、颈截面积不变，逐渐发展至整个试样，过程中应力几乎不变；-成颈后均匀拉伸断裂。,冷拉温度范围： TgTm,本质：都是高弹形变，但包含结晶的破坏、取向和再结晶的相变过程。,晶态,玻璃态聚合物与结晶聚合物的拉伸行为比较,相似之处：两种拉伸过程均经历弹性变形、屈服、发展大形变以及应变硬化等阶段，其中大形变在室温时都不能自发回复，而加热后则产生回复，故本质上两种拉伸过程造成的大形变都是高弹形变。该现象通常称为“冷拉”。,区别：（1）产生冷拉的温度范围不同，玻璃态聚合物的冷拉温度区间是Tb到Tg，而结晶聚合物则为Tg至Tm； （2）玻璃态聚合物在冷拉过程中聚集态结构的变化比晶态聚合物简单得多，它只发生分子
10、链的取向，并不发生相变，而后者尚包含有结晶的破坏、取向和再结晶等过程。,The Size of Spherulites 球晶大小,其内部的空隙和结晶界面的缺陷较多,-断裂伸长和韧性：大球晶低-断裂强度：不同版本，说法不同,提高韧性的办法：淬火微量添加剂 -如尼龙-6中加入24%氯化锂,另外：PE的冷冻纺丝工艺，更多生成伸直链的纤维状晶体，强度可提高45倍。,The Degree of Crystallization 结晶度,高：强度、模量、硬度均提高太高：韧性及断裂伸长降低,Different types of stress-strain curve,“软”和“硬”用于区分模量的低或高，“弱”
11、和“强”是指强度的大小，“脆”是指无屈服现象而且断裂伸长很小，“韧”是指其断裂伸长和断裂应力都较高的情况。,软而弱,硬而脆,硬而强,软而韧,硬而韧,（3）聚合物的屈服 The yielding of polymer,高聚物屈服点前形变是完全可以回复的，屈服点后高聚物将在恒应力下“塑性流动”，即链段沿外力方向开始取向。高聚物在屈服点的应变相当大，剪切屈服应变为10%-20%（与金属相比）。屈服点以后，大多数高聚物呈现应变软化，有些还非常迅速。屈服应力对应变速率和温度都敏感。屈服发生时，拉伸样条表面产生“银纹”或“剪切带”,继而整个样条局部出现“细颈”。,屈服主要特征,继续屈服,弹性变形后继续施加
12、载荷，则产生塑性形变，称为继续屈服，包括：应变软化：屈服后，应变增加，应力反而有稍许下跌的现象，原因至今尚不清楚。呈现塑性不稳定性，最常见的为细颈。塑性形变产生热量，试样温度升高，变软。发生“取向硬化”，应力急剧上升。试样断裂。,剪切带细颈(宏观),屈服机理,银纹屈服,韧性材料,剪切屈服,银纹应力发白,脆性材料,-形变过程都表现为不均匀的局部应变。,银纹（Craze）屈服,定义：在拉伸应力及环境的作用下材料内部的某些薄弱部位因局部应力集中而产生的空化条纹状形变区。位置：在材料表面或内部垂直于应力方向上。大小：一般长度100m、宽度10m左右、厚度约1m。分类：应力银纹、环境银纹(内应力)、溶剂
13、银纹。什么材料中？大多在玻璃态高聚物如PMMA、PS、PC；也可晶态高聚物如PE、PP、POM中，甚至热固性材料如PF、EPOXY等也可观察到。银纹体：产生银纹的区域，其结构？,Microstructure of crazing,微纤 Microfibril,微纤平行与外力方向，银纹长度方向于垂直外力方向。,也称为银纹质,银纹体 = 空穴 + 微纤质量不为零，约是本体密度的1/2。微纤连接银纹体的两个面，由高分子链构成并沿外力方向高度取向(塑性形变)。,银纹与裂纹,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，因此在银纹和本体之间的界面上将对光线产生全反射现象
14、，呈现银光闪闪的纹路（所以也称应力发白），透明度下降。加热退火会使银纹消失 。,F,银纹的作用,银纹的产生空穴化及 微纤(链取向)的生成-吸收能量；空穴化及银纹的发展-应（形）变。银纹化过程是材料屈服的一种形式银纹的发展银纹是裂缝的先导，若得不到抑制，将发展成裂缝，导致材料断裂。,受力时，产生银纹且抑制银纹的发展有助于力学性能的提高，如橡胶增韧塑料。,银纹的扩展,中间分子链断裂,扩展,形成裂缝,应力发白和银纹化之间的差别：在于银纹带的大小和多少，应力发白是由大量尺寸非常小的银纹聚集而成。,应力发白,-橡胶增韧塑料，如HIPS、ABS等拉伸或弯曲变形时试样有发白现象，在受冲击的破坏面也有发白现象
15、，这种发白现象称为“应力发白”。,剪切屈服 -宏观表现为细颈(Necking)现象,定义：即在细颈发生前，试样表面出现与拉伸方向成45角的剪切带。剪切带：材料在剪切、拉伸、压缩应力作用下发生在局部带状区域内的剪切形变。剪切带中，分子链高度取向，且存在较大的剪切应变。,样条尺寸：横截面小的地方,应变软化：应力集中的地方,出现“细颈”的位置,自由体积增加,松弛时间变短,出现“细颈”的原因,无外力,有外力,细颈:屈服时，试样出现的局部变细的现象。,-拉伸时体积不变，分子链沿45角高度取向（剪切带的形成）即有序性提高，且沿外力方向伸长，出现“细颈”现象。,剪切带出现在与拉伸方向成45度角WHY？,材料
16、内部各个平面所受的应力不同，剪切带应出现在应力最大处，即应力最大处的平面与拉伸方向呈45度角？,Fan,Fas,横截面A0, 受到的应力 0=F/A0,斜截面A = A0 / cosa,=Fcosa,=Fsina,法向应力,剪切应力,应力分析,Discussion,s0 /2,45o,90o,aan,aas,抵抗外力的方式,抗张强度：抵抗拉力的作用,抗剪强度：抵抗剪力的作用,两种,当应力0增加时，法向应力和切向应力增大的幅度不同在45o时, 切向应力最大。,抗张强度什么面最大？ =0， n=0,抗剪强度什么面最大？ =45， s=0/2,切应力双生互等定律,当=45时,s=0/2,当=-90=
17、-45时,s=-0/2,发生屈服,屈服判据:,韧性材料 ：45斜截面上s y 产生剪切滑移变形带。带中分子高度取向强度高，不会进一步变形，而边缘则进一步变形，生成细颈。脆性材料：切应力达到剪切强度前，正应力已超过拉伸强度，材料来不及屈服就已断裂。最大法向应力发生在横截面，断面与拉伸方向垂直。 ？与链段运动能力或次级松驰有关？,因此：韧性材料-断面粗糙-明显变形甚至有拉丝现象 脆性材料-断面光滑-断面与拉伸方向垂直,体积变化等原因，剪切带倾角一般大于45度。,银纹和剪切带,一般情况下，材料既有银纹屈服又有剪切屈服,均有分子链取向，吸收能量，呈现屈服现象,（4） 聚合物的断裂与强度,强度是指物质抵
18、抗破坏的能力,张应力,拉伸强度,弯曲力矩,抗弯强度,压应力,压缩强度,拉伸模量,弯曲模量,硬 度,如何区分断裂形式？,关键看屈服,屈服前断 脆性断裂,屈服后断 韧性断裂,脆性断裂与韧性断裂,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,PS试样脆性断裂表面的电镜照片,增韧改性PVC韧性断裂表面的SEM照片,脆性断裂和韧性断裂断口形貌,材料的断裂方式分析,聚合物材料的破坏可能是高分子主链的化学键断裂或是高分子分子间滑脱或分子链间相互作用力的破坏。,化学键拉断,15000MPa,分子间滑脱,5000MPa,分子间扯离,氢键 500M
19、Pa,范德华力100MPa,强度理论值,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千MPa，而实际只有几十Mpa 。,e.g.,PA, 60 MPa,PPO, 70 MPa,理论值与实验结果相差原因,样条存在缺陷,应 力 集 中,聚合物实际强度与理论强度,polymer based concrete containing spherical inorganic particles,粒子脱离后的孔洞,无机物粒子,fatigue fracture surface,界面结合不良,断裂理论crack theory,为什么材料的实际强度远远低于理论强度？,存在裂纹和缺陷,为什么在缺陷处断裂？,
20、缺陷处应力集中,缺陷处应力多大？,三种理论,A.应力集中效应,椭圆形裂缝的应力集中,对于长轴两端点：,a/b越大，应力越集中,对于狭窄裂缝(ab)：, -裂缝尖端的曲率半径,裂缝尤其是锐利裂缝的应力集中效应对强度的影响至关重要。（有利有弊）,B.格里菲思(Griffith)断裂理论,从能量平衡的观点研究断裂过程。,-讨论裂缝什么时间开始扩展,裂缝扩展的临界应力：,附加应力作功,储存于材料内部的弹性能,裂缝产生新表面所需能量,裂缝扩展,E-弹性模量s-表面张力,只有外应力小于 c，裂缝就能稳定存在，保证材料安全。,C. 断裂的分子理论,断裂的本质是由于热涨落引起键的破裂。断裂不单纯是一种力学现象
21、，而是力学和热力学的综合现象，不仅取决于原子间的束缚力，还取决于热运动的强度。固体强度是受外力作用时所表现出来的稳定性的量度。,结构单元化学组成键接方式支化与交联构型结构单元的序列分布(共聚物),大小(分子量及其分布)形态(构象),非晶态晶态液晶取向织态,近程结构,远程结构,高聚物结构,链结构,聚集态结构,（5）影响聚合物强度的因素,讨论高分子的一级结构、二级结构、三级结构及高次结构对聚合物强度的影响。,(一次),(二次),(三次),(高次),影响拉伸强度的结构因素 Tensile strength,化学键拉断,分子间滑脱,分子间扯离,主要方式,化学键断裂所需力最大,分子间扯离所需力最小,通过
22、断裂形式分析：分子之间相互作用大小对强度影响最大,a)链节含有强极性基团或能形成氢键的基团使得分子间作用力增大，强度提高。,链节的极性对polymer强度的影响,A.一次结构,随着极性基团或氢键，强度 ；极性基团密度或取代基团过大，阻碍链段的运动，不能产生强迫高弹形变-脆性断裂如PAN、PS。,b)交联：适当交联，有效增加分子链间的有效联系，使分子链不易发生相对滑移发生大的形变，可提高强度；但过度交联，结晶倾向减小（晶态），或网链不能均匀承载，应力集中于局部网链上（非晶态），强度下降。,c)支化：可破坏链的规整性,结晶度降低，又能增加分子间的距离，分子间力减小，强度降低，但韧性有所提高。,支化
23、度对PE力学性能的影响,d)空间立构：结构规整和等规度高的聚合物因结晶而强度提高。,无规立构含量对PP性能影响,a)链的刚性 高分子链刚性增加，聚合物强度增加，韧性下降，如主链含有芳杂环结构的聚合物其强度和模量比脂肪族主链高。主链上含有大的侧基，刚性大。如PE MPa、PS 35.260 MPa、 PET 80 MPa 。,B.二次结构,b)分子量与分子量分布 -分子量是对高分子材料力学性能（包括强度、弹性、韧性）起决定性作用的结构参数。,分子量很小时，拉伸强度和冲击强度均随分子量增加而增大；分子量大到一定值，拉伸强度不再增加，冲击强度却会继续增大。？,-如UHMWPE，i较HDPE可提高3倍
24、多。,一般认为分子量分布宽时，强度明显下降，这是因为低分子量的物质相当于增塑剂的缘故。分子量分布窄时刚好相反。,结晶度：结晶度增加，拉伸强度、模量增加；若过高韧性下降。晶粒尺寸：小球晶，b、E、i 和断裂伸长较大；大球晶，断裂伸长较小，i 低。温度、时间及成核剂控制晶粒大小。晶体类型：同一类聚合物，伸直链晶强度最大(?)，串晶和折迭链次之，球晶最小。PE高剪切急速冷却的冷冻纺丝，利于伸直链晶生成，提高强度。,聚乙烯强度与结晶度的关系,C.三次结构,a)结晶（微晶的物理交联作用） -考虑结晶度、晶粒尺寸和晶体结构。,-可使材料强度提高几倍几十倍，对纤维和薄膜，取向是提高性能必不可少的措施。,原因
25、：取向后分子沿外力的方向有序排列，断裂时主价键比例增大，而使聚合物强度提高。注意：当外力与取向方向平行，强度高，垂直，强度低。,b)取向,a)增塑剂的影响 -抗张强度、模量降低，冲击性能提高。原因：隔离作用，增大分子间距；屏弊作用，减弱极性基团间的相互作用力，使分子间作用力降低，分子链活动性增加，Tg 和Tf 下降，拉伸强度减小，冲击强度提高。水是极性高分子的有效增塑剂，如纤维素类、聚酰胺类、聚醚类高聚物。,D.高次结构的影响,现象：能降低Tg ，但在Tg以下，模量及拉伸强度提高，冲击强度下降。原因：聚合物本身在Tg以下有明显的次级转变，加入的增塑剂抑制了分子运动。如：尼龙-6/水或单体、PV
26、C/少量DOP、 PC/三-对壬基苯基亚磷酸酯体系。尼龙绳在低温下发脆易断即与这一原因有关。,反增塑,PS很脆-与丙烯腈共聚得SA树脂，抗张强度、冲击强度都提高；进一步与丁二烯聚合，得到抗冲击强度很高的ABS 树脂；-与丁二烯共聚得高抗冲苯乙烯HIPS。PVC的低温性能很差，容易发脆-将丁二烯气体注入PVC粉末中，用60Co辐照，丁二烯就像树枝一样接在PVC主干上。在30时其强度比通常PVC大50倍以上。,b)共聚和共混的影响-可综合两种以上聚合物的优良性能。,几何尺寸的不连续：空口，空隙，银纹，沟槽等。材料的不连续：杂质。裂纹形状的影响：裂缝越尖，应力集中越严重，强度越低一般认为：裂缝椭圆圆
27、。为了提高强度，必须消除应力集中，如人们将纤维作的很细，以消除缺陷，裂纹。,E.应力集中,外力作用速度和温度的影响,高分子链运动的特点，有明显的时间、温度依赖性-松弛特性，所以外力作用速度和温度对强度有明显的影响。,温度：,当时间一定时，升高温度，链段活动容易，屈服应力降低，屈服强度低。相反降低温度会使材料的链段运动能力降低，材料在更高的外力下发生脆性断裂。,外力作用速率,温度一定，外力作用时间越短，链段跟不上外力的变化，为使材料屈服需要更大的外力，材料的屈服强度提高。,Conclution：随温度的降低或拉伸速率的提高， b 、y、 E增大， i、断裂伸长率减少，聚合物的破坏方式由韧性趋向脆
28、性破坏。,考虑分子结构因素,极性基团或氢键,主链上含芳杂环结构,适度的交联,结晶度大,取向好,高,低,拉伸强度b,加入增塑剂,缺陷存在,考虑外界因素,温度高,应变速率大,高,低,拉伸强度b, 增强 Reinforcement,活性粒子（ Powder）纤维 Fiber液晶 Liquid Crystal,C ，SiO2Glass fiber, Carbon fiberPolyester,Filler填料,增 强 途 径,（物理方法）,A.活性粒子增强,Carbon black reinforcement橡胶 + 碳黑,增强机理：活性粒子吸附大分子，形成链间物理交联，活性粒子起物理交联点的作用。,
29、惰性填料如何？例：PVC+CaCO3，PP+滑石粉,如：天然橡胶中添加20的胶体碳黑，拉伸强度可从16MPa,提高到20MPa。,B.纤维增强,Glass steel boatglassy fiber+polyester,增强机理：纤维作为骨架帮助基体承担载荷。,例：尼龙+玻纤/碳纤维/晶须/硼纤维增强效果与纤维的长度、纤维与聚合物之间的界面粘接力有关,Racing bicycle,Carbon fiber,界面的黏附性,增强机理：热致液晶棒状分子在共混物中形成微纤结构而到增强作用。由于微纤结构是加工过程中由液晶棒状分子在共混无物基体中就地形成的，故称做“原位”复合增强。,带有柔性链段的热致液
30、晶+热塑性聚合物共聚酯， 聚芳酯Xydar, Vector, Rodrum,C.高分子液晶增强剂,随着增强剂含量的增加，聚合物的弹性模量和拉伸强度增加，而断裂伸张率下降。由韧性向脆性转变。,影响冲击强度的因素,韧性好坏顺序？,曲线下的面积代表所吸收能量,因素,强度延展性,快速拉伸,内因： 外因:链结构 温度凝聚态结构 应变速率分子间作用力,取决于链段的活动能力,Chain Structure 链结构,Crystallization 结晶,Orientation取向,垂直于取向方向的冲击强度提高,Defects 缺陷,材料受力时在裂缝、孔隙、缺口、杂质等缺陷附近的局部范围造成应力集中，从而严重降
31、低材料的拉伸和冲击强度,共混，共聚，填充的影响,实验发现，采用与橡胶类材料嵌段共聚、接枝共聚或物理共混的方法可以大幅度改善脆性塑料的抗冲击性能。,如:采用丁二烯与苯乙烯共聚得到高抗冲聚苯乙烯；采用氯化聚乙烯与聚氯乙烯共混得到硬聚氯乙烯韧性体，都将使基体的抗冲强度提高几倍至几十倍。 橡胶增韧塑料已发展为十分成熟的塑料增韧技术，由此开发出一大批新型材料.,填充、复合改性效果,第一种：在热固性树脂及脆性高分子材料中添加纤维状填料，也可以提高基体的抗冲击强度,第二种：在聚苯乙烯这样的脆性材料中添加碳酸钙之类的粉状填料，则往往使材料抗冲击性能进一步下降。粉状填料的粒径、表面性能等起着决定性的作用。,Di
32、scussion,强度延展性,分子间作用力分子链柔顺性,极性基团或氢键,有支链结构,适度交联,结晶度大,双轴取向,好,差,加入增塑剂,韧 性,外界因素,温度高,应变速率大,好,差,冲击强度i 即韧性,聚合物的增韧,A. 橡胶增韧塑料,橡胶增韧塑料,e.gPVCCPE，PPEPDM,增韧效果取决于分散相相畴大小和界面粘接力,即两者相容性.,橡胶增韧塑料的增韧机理,银纹机理：橡胶粒子作为应力集中物诱发基体产生银纹而吸收能量。（一般脆性聚合物增韧为此机理，如：PS/SBS，PMMA/ACR）,银纹剪切带机理：橡胶粒子作为应力集中物,在外力作用下诱发大量银纹和剪切带,吸收能量.橡胶粒子和剪切带控制和终
33、止银纹。,B.刚性粒子增韧,刚性有机粒子增韧：拉伸时，由于基体与分散相之间的模量和泊松比差别致使基体对刚性粒子产生赤道面上的强压力而发生脆韧转变，刚性粒子发生“冷流”而吸收能量。e.g PC/MBS PC/PS,刚性无机粒子增韧: 刚性粒子促使基体在断裂过程中产生塑性变形吸收能量. e.g PVC+CaCO3,刚性粒子增韧的条件是:基体必须具有一定韧性.,本章小结,应力-应变曲线玻璃态与晶态; 分子运动机理屈服剪切带与银纹断裂与强度影响强度的因素增强与增韧常见增强与增韧的方法, 机理,说明SBS嵌段共聚物的聚集态结构，并从结构角度考虑说明它的玻璃化转变温度、动态力学性能，拉伸强度透明性的特点。
34、,1）SBS是室温下呈橡胶弹性，在120时是熔融体可塑性成型的弹性体，所以叫热塑性弹体。,凝聚态为两相结构，两端为PS，是塑料相，中间为PB，是橡胶相，PS聚集在一起形成微区，为分散相（PS团簇）， PB为连续的橡胶相。在室温时，PS的Tg高于室温，使分子链两端变硬，起物理交联的作用，阻止聚合物链的冷流，而PB的Tg低于室温，仍具有弹性。加热时，PS相被破坏，可以流动成型具有热塑性。,例题：,SBS热塑性弹性体的聚集态结构示意图,2）Tg：由于两相互不相容，因此共聚物具有各自的玻璃化转变温度。无规共聚丁苯橡胶只有一个。3）动态力学性能：因为有两个玻璃化转变温度，所以有两个内耗峰。,4）.拉伸强
35、度：SBS嵌段共聚物中PS含量达到28时，应力应变行为接近天然橡胶，应力应变曲线与其相似。拉伸强度超过丁苯橡胶（无规共聚）,思考题：苯乙烯和丁二烯可形成下列聚合物：PS, PB, SBS, ABS, SBR, HIPS。请设计出单体聚合生成新的聚合物的方法、名称、聚集态结构、性能。,实现聚合物脆韧转变的途径,思考题：,1. 下列几种聚合物的冲击性能如何，如何解释TTg）？聚异丁烯 PE 聚苯醚 PC ABS PS,2. 影响聚合物强度的因素是什么？,3. 指出化学改性和物理改性的途径,4. 画出下列力学实验曲线并指出特点。,不同温度下测定的PMMA的应力应变曲线。不同应变速率下测定的HDPE的
36、应力应变曲线取向聚合物在不同方向拉伸时的应力应变曲线。,5.试述橡胶增韧脆性PS的机理，并画出增韧前后的应力-应变曲线。,6.证明应力应变曲线下的面积比例于拉伸试样所作的功。,7.试解释下列术语；屈服现象与屈服点，银纹，脆化温度与强迫高弹,8.PE和全同立构的PP都是塑料，为什么共聚物可以制成乙丙橡胶？,10.填空：高弹形变时模量随着温度增加而 变小 这是因为 分子链运动的能量升高，松弛时间变短 . 在室温下橡胶的松弛时间比塑料 短 。 增强塑料指在聚合物基体中加入第二种物质提高聚合物强度而得到的材料， 最常用的增强填料是 木粉，碳黑，轻质二氧化硅，新型高强度填料是碳纤维，石墨纤维，硼纤维，超
37、细金属纤维与晶须纤维。,9.说明SBS嵌段共聚物的聚集态结构，并从结构角度考虑说明它的玻璃化转变温度、动态力学性能，拉伸强度透明性的特点。,11、将下列曲线对应的字母填入右边的括弧中,（A）TTb（D）TTg,12.判断题：同一高聚物在不同温度下断裂强度不同线性柔性非晶态聚合物只能发生韧性断裂脆性断裂是发生在屈服点之前，断裂面光滑，韧性断裂发生在屈服点之后，断裂面粗糙。在室温下橡胶只能发生高弹形变，塑料只能发生普弹形变凡是玻璃化温度低于室温的都可以作橡胶使用,在用膨胀计测定玻璃化转变温度时，升温速度越快得到的玻璃化温度越高，因此降温速度越快，得到的玻璃化温度较低。聚对叔丁基苯乙烯的玻璃化温度比
38、对正丁基苯乙烯的高。聚甲醛比氧化乙烯的熔点低结晶高聚物的晶区的尺寸要大于高分子链长。分子在晶体中是规整排列的，因此要求聚合物的链柔性要好，规整性和等规度高，所以只有等规立构的高分子能够结晶，无定形的不能结晶。,1.聚异丁烯：冲击性能不好。因为柔性链，活动能力强，链段排列紧密，自由体积少。聚苯乙烯：主链上有苯环，使之成为难以改变构象的刚性链脆性聚合物，冲击性能不好。聚苯醚：含有刚性的苯环，难以改变构象，冲击性能不好。聚碳酸酯：酯基在-120发生转变，在外力作用下，转变吸收冲击能量，使聚合物上的能量得以分散，冲击性好。,ABS树脂：聚苯乙烯本来很脆，但是引入丙烯腈单体后使得强度和冲击强度提高,引入
39、丁二烯单体进行枝接共聚，使得冲击强度大幅度提高，,因为ABS具有多相结构，支化的丁二烯相当于橡胶颗粒分散到连续的塑料相中，相当于大量的应力集中物，在外力作用下可以引发银纹，从而吸收大量的冲击能量所以冲击性能好。,聚乙烯：链节结构极为规整和对称自由体积小，容易结晶，结晶度比较高，由于结晶限制了链段运动，使柔性表现不出来，所以冲击性能不好.高压聚乙烯由于支化多，破坏了规整性，所以冲击性稍好。,2.研究聚合物大的形变，主要用什么方法？说明聚合物两种断裂的特点，并画出两种断裂的应力应变曲线,常采用拉伸实验法，即在一定的时间和温度下，拉伸聚合物试样，作应力应变曲线，由曲线可以得到E，极限伸长率和抗张强度，再根据断裂前是否发生屈服来判断材料是韧性还是脆性然后根据应力应变曲线下的面积求得断裂功，它是材料韧性得基本特征量。,
