不同结晶形态PP的应力-应变曲线
结晶度Crystallinity
拉伸应力-应变曲线1.HDPE2.LDPE
应变诱发塑料-橡胶转变
应力-应变曲线的类型 —Carswell、 Nason
软而弱
硬而脆: 硬而强
软而韧：
强而韧:
应力-应变过程的不同阶段
I II III IV
五个阶段： I：弹性形变 II：屈服 III：应变软化 IV：冷拉 V：应变硬化
Ｔ<Tg，链段的自发运动处于冻结状态，所以冷 拉造成的高弹形变不能回复，
玻璃态聚合物的冷拉形变本质上与高弹态的大形 变的结构变化是一样的，属于链段运动引起的高 弹形变。
为了同橡胶的高弹形变相区别，把冷拉产生的高 弹形变称为强迫高弹形变。
玻璃态的链段运动本来处于冻结状态，在外力作 用下链段运动得以实现，这可以理解为应力的作 用使链段运动的位垒↓，て↓或者说增加了分子运 动的速度。研究表明，て与σ的关系为：
刚性大的链，链段长，堆砌虽然松散，但链 段在外力作用下运动困难，故Tb 与Tg接近。 如：PS ，(Tg=100℃，Tb=90℃)
一些聚合物的玻璃化温度与脆化温度（K）
聚合物 Tb Tg
PDMS 150 153
NR PE POM 200 203 215 203 205 233
PC PA66 173 243 422 322
(a) 温度
T T
Temperature
a: T<<Tg b: T<Tg c: T<Tg
d: T>Tg
T↑，大分子
链段的热运动
↑，て↓，ε↑，
σb↓
Results
脆性断裂 屈服后断裂
韧性断裂
无屈服
(b) 应变速率
拉伸速率 拉伸速率
PVC 在室温下的应力-应变曲线
(c) 化学结构
a: 脆性材料 b: 半脆性材料 c: 韧性材料 d: 橡胶
•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”。
应力
4 3 2
1
σ
-195℃
-60℃
-20 ℃
22 ℃
40 ℃
100 ℃
应变
应变速率对PMMA应力-应变 曲线的影响(1<2<3<4)
聚合物的脆性是由于高分子链的链段活动能力丧 失所致；强迫高弹形变是塑料具有韧性的原因，因 此Tb是塑料的使用的最低温度
Tb的求法及其影响因素
Tg以下具有明显的β松 驰（ Tb对应于链节等 较小运动单元开始运动 的温度），如:PC，PPO，
Tb↓； 柔性链Tb低；刚性链
Tb高； T<Tb脆性断裂 brittle fracture
V
以应力应变曲线测定的韧性
量纲=Pam/m=N/m2 m/m= J/m3
二、聚合物的屈服
•聚合物屈服点前形变是完全可以回复的，屈服点后
屈 聚合物将在恒应力下“塑性流动”，即链段沿外力 方向开始取向。
服 •聚合物在屈服点的应变相当大，剪切屈服应变为 主 10%-20%（与金属相比）。 要 •屈服点以后，大多数聚合物呈现应变软化，有些还 特 非常迅速。 征 •屈服应力对应变速率和温度都敏感。
A
Cold drawing 冷拉
A
Strain hardening 应变硬化
E A A
A
B
分子运动的观点解释形变过程
弹性形变 断裂
屈服
应变硬化
应变软化 冷拉
特点：σ几乎不变而ε有很大程度↑。如果这时停止
拉伸，则产生的形变能够保持住。将试样加热到Tg 以上，所产生的大形变可自动回复。
T>Tb韧性断裂 ductile fracture
应力
断裂应力
屈服应力
Tb
温度
Tg-Tb
宽 较刚性链，链段较长，堆砌松散，形变 的可能性大，Tb↓，低温韧性好，如PC； Tg=422K，Tb=173K
柔性很大的链，链段短，堆砌紧密，形
变可能性小，Tg低，Tb接近于 Tg。
窄
如： PE： Tg=205K，Tb=203K
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
酚醛或环氧树脂 PS, PMMA PP, PE, PC Nature rubber, PIB
(d) Crystallization与结晶聚合物的拉伸比较
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”。
第八章 聚合物的屈服和断裂
The yielding and fracture of polymers
主要内容
➢聚合物的应力-应变行为（重点） ➢聚合物的屈服 ➢聚合物的断裂 ➢聚合物的强度及其影响因素（重点） ➢聚合物的增强 ➢聚合物的韧性及其影响因素 ➢聚合物的增韧
Introduction
非极限范围内的小形变：可用模量来表示形变 特性；极限范围内的大形变：要用应力～应变 曲线来反映这一过程
柔性链间距小 刚性链间距大
应力-应变行为的几个重要指标
聚合物的断裂行为
聚合物的屈服强度 聚合物的杨氏模量 聚合物的断裂强度 聚合物的断裂伸长率 聚合物的断裂韧性
脆性断裂 brittle fracture 屈服点Y前断裂 韧性断裂 ductile fracture 屈服点Y后断裂
影响应力-应变曲线的因素
E
0e RT
ΔE是链段运动的活化能，a为同材料有关的参数。 σ↑ ，て↓，当σ↑到σy时，链段运动的て↓到可与拉 伸速率同一数量级时，玻璃态被冻结的链段开始 运动，聚合物就可产生大形变。所以说增加外力 对松驰过程的影响与T↑相似。
脆化温度Tb
T↓
脆性断裂
玻璃态聚合物发生强迫高弹形变:
Tb~Tg
极限力学行为
处于或接近断裂点的力学性质
一、聚合物的应力-应变行为
——Winding 1961
典型非晶态聚合物的拉伸应力-应变曲线
Point of elastic limit 弹性极限点
Yielding point 屈服点
Breaking point 断裂点
B Y
Strain softening 应变软化 B Y