设以一定的力 F 拉伸
试样，使两标距间的长度
增至 ，定义试样中的应
力和应变为：
图8-1 哑铃型标准试样
F
A0
l l0 l
l0
l0
图8-2 非晶态聚合物典型的拉伸应力-应变曲线示意图
曲线特征：
（1）OA段，为符合虎克定律的弹性形变区，应力－应
变呈直线关系变化，直线斜率
相当于材料
弹性模量。
图8-4 聚甲基丙烯酸甲酯的应力-应变 曲线随环境温度的变化（常压下）
➢ 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 大形变在本质上是一种高弹形变，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 区别于普通的高弹形变，可称之为强迫高弹性。
讨论
（1）这种现象既不同于高弹态下的高弹形变，也不同于粘 流态下的粘性流动。这是一种独特的力学行为。
（2）现象的本质是在高应力下，原来卷曲的分子链段被强迫 发生运动、伸展，发生大变形，如同处于高弹态的情形。这 种强迫高弹形变在外力撤消后，通过适当升温（ ＞ ）仍可 恢复或部分恢复。
（3）强迫高弹形变能够产生，说明提高应力可以促进分子链 段在作用力方向上的运动，如同升高温度一样，起到某种 “活化”作用。从链段的松弛运动来讲，提高应力降低了链 段在作用力方向上的运动活化能，减少了链段运动的松弛时 间，使得在玻璃态被冻结的链段能越过势垒而运动。
B point:
Breaking point 断裂点
A 弹性极限应变 A弹性极限应力 B 断裂伸长率 B断裂强度 Y 屈服应力
各种情况下的应力-应变曲线
1、温度的影响
环境温度对高分子材 料拉伸行为的影响十分 显著。 温度升高，分子链段热 运动加剧，松弛过程加 快，表现出材料模量和 强度下降，伸长率变大， 应力－应变曲线形状发 生很大变化。
细颈和很大变形后才断裂，图8-5 断裂强度和屈服强度随温度的变化趋势
呈韧性断裂特征。
虚线——高拉伸速率 实线——低拉伸速率
2、拉伸速率的影响
拉伸速率对材料的断裂强度 和屈服强度 也有明显影响 。 减慢拉伸速率与升高环境温度对材料拉伸行为有相似的
影响，这是时-温等效原理在高分子力学行为中的体现。
与脆-韧转变温度相似， 根据图中两曲线交点，可 以定义脆-韧转变（拉伸） 速率 。拉伸速率高于 时，材料呈脆性断裂特征； 低于 时，呈韧性断裂特 征。
图8-7 聚苯乙烯的应力-应变曲线 随环境压力的变化（T=31℃）
两种脆-韧转变方式
比较图8-4和8-7可以发 现，升高环境温度和升高 环境压力都能使高分子材 料发生脆-韧转变。但两 种脆-韧转变方式有很大 差别。
升高温度使材料变韧，但其拉伸强度明显下降。
升高环境压力则在使材料变韧的同时，强度也得到提高，材 料变得强而韧。
这两种不同的脆-韧转变方式给我们以启发，告诉我们材料 增韧改性并非一定要以牺牲强度为代价。设计恰当的方法，就 有可能在增韧的同时，保持或提高材料的强度，实现既增韧又 增强。塑料的非弹性体增韧改性技术就是由此发展起来的。
8.1.2晶态聚合物的应力一应变曲线
（4）曲线下的面积等于
W B d 0
相当于拉伸试样直至断裂所消耗的能量，单位为J•m-3， 称断裂能或断裂功。它是表征材料韧性的一个物理量。
A point: Point of elastic limit 弹性极限点
Y point: Yielding point 屈服点
E A
εy
A
8.1聚合物的塑性和屈服
8.1.1非晶态高聚物的应力-应变曲线
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l0，初始截面积为A0。
非晶聚合物的强迫高弹形变
➢ 研究高聚物拉伸破坏行为时，特别要注意在较低温度 下的拉伸、屈服、断裂的情形。对于非晶聚合物，当 环境温度处于 ＜ ＜ 时，虽然材料处于玻璃态， 链段冻结，但在恰当速率下拉伸，材料仍能发生百分
之几百的大变形（参见图8-4中T = 80℃，60℃的情
形），这种变形称强迫高弹形变。
图8-6断裂强度和屈服强度随拉伸速率的变化趋势
实线——低环境温度
虚线——高环境温度
3、环境压力的影响

研究发现，对许多非晶聚合
物，如PS、PMMA等，其 脆-韧转变行为还与环境压 力有关。
右图可见，PS在低环境压力 （常压）下呈脆性断裂特点， 强度与断裂伸长率都很低。随 着环境压力升高，材料强度增 高，伸长率变大，出现典型屈 服现象，材料发生脆-韧转变。
（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） 和屈服 应变 。发生屈服时，试样上某一局部会出现“细颈”现 象，材料应力略有下降，发生“屈服软化”。
（3）随着应变增加，在很长一个范围内曲线基本平坦， “细颈”区越来越大。直到拉伸应变很大时，材料应力又 略有上升（成颈硬化），到达B点发生断裂。与B点对应的 应力、应变分别称材料的拉伸强度（或断裂强度） 和 断裂伸长率 ，它们是材料发生破坏的极限强度和极 限伸长率。
➢ 在Tg以下，由于聚合物处于玻璃态，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，一 般材料在发生脆性断裂之前只发生很小的形变。 而在材料屈服之后的断裂，则称为韧性断裂。
❖ 存在一个特征温度Tb ，只要温度低于Tb，玻璃 态高聚物就不能发生强迫高弹形变，而必定发 生脆性断裂，这个温度称为脆化温度Tb。
材料的拉伸断裂强度 和屈服强度 随环境温度而 发生变化，屈服强度受温度变化的影响更大些。
在温度升高过程中，材料发生脆-韧转变。两曲线交点 对应的温度称脆-韧转变温度 。
当环境温度小于 时， 材料的 ＜ ，受外 力作用时，材料未屈服前 先已断裂，呈脆性断裂特 征。
环境温度高于 时，
＞ ，受外力作
用时，材料先屈服，出现