为脆性形式；应变速率下降，表现为 韧性形式
• ２.高聚物的强度
（1）高聚物材料的破坏实质上大分子 主链上化学键的断裂或是高分子链之 间相互作用力的破坏。所以从构成高 分子链化学键的强度和高分子链间相 互作用力的强度可以估称高聚物材料 的理论强度。
（2）半经验公式： 0.1E 杨氏模量
（3）一般讲，实际强度仅是理论强度的 1/100到1/1000，为什么？
2)应力发白 现象：橡胶改性的PS：HIPS或ABS在受 到破坏时，其应力面变成乳白色，这就 是所谓应力发白现象。 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。
(2)剪切屈服
现象：韧性高聚物在拉伸至屈服点时，常可
见试样上出现与拉伸方向成45°角的剪切滑
(1)屈服应变大：高聚物的屈服应变比 金属大得多，金属0.01左右，高聚物 0.2左右（例如PMMA的切变屈服为 0.25，压缩屈服为0.13） (2)屈服过程有应变软化现象：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，这时应变增 大，应力反而下降。
(3)屈服应力依赖应变速率：应变速率增 大，屈服应力增大。
0123
由 0 无法作 切线，不能成 颈
0123
由 0 可作一 条切线，曲线 上有一个点满 足 ，此点 d 0
d
为屈服点，在 此点高聚物成 颈
D
E
01 23
由 0 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
3.屈服机理 (1)银纹屈服---银纹现象与应力发白 1)银纹 现象：很多高聚物，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
• ②由应力～应变曲线上可获得的反映
破坏过程的力学量:
• 扬氏模量
• 屈服应力
• 屈服伸长 • 断裂强度（抗拉强度） B（屈服点）
C断裂点
• 断裂伸长
线性
弹性
塑性
屈服应变
• ③由于高聚物的力学性能与温度和力的作
用速率有关，因此在试验和应用中务必牢 记：（1）必须标明温度和施力速率（或形 变速率），切勿将正常形变速率下测试数 据用于持久力作用或冲击力作用下的场合 下；（2）切勿将正常温度下得到的数据用 于低温或高温下。只有在宽广的温度范围 和形变速率范围内测得的数据才可以帮助 我们判断高聚物材料的强度、硬软、韧脆； （3）材料的设计和应用要根据环境的要求。
延性
• 屈服应力
强度
（或断裂强度、抗拉强度）
• 应力应变曲线下部的面积 韧性
• 弹性线下部的面积
回弹性
5.5.2 应力-应变曲线
1.高聚物的应力—应变综合曲线
B（屈服点）
C断裂点
线性
弹性
塑性
屈服应变
• 上面是典型的应力—应变曲线
• 实际聚合物材料，通常是综合曲线的
一部分或是其变异 。
• 处于玻璃态的塑料只在一段范围内才
法不同，可以分为两类）：
摆锤式和电子拉力试验机
无论哪种试验机，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。
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脆性： σ～ε的关系是线性（或微曲） 断裂应变低于５％，断裂能不大 断裂面光滑
韧性： σ～ε关系非线性 断裂前形变大得多，断裂能很大 断裂面粗糙
• 高聚物材料是表现为是脆性还是韧性，
这极大地取决于实验条件：主要是温 度和测试速率。
• 在恒定的应变速率下：低温脆性形式
向高温韧性形式转变
• 在恒定温度下：应变速率上升，表现
具有这种形状。
• 处于高弹态的橡胶，只有在温度较低
和分子量很大时具有这种形状。
• 分析：
以B点为界分为二部分：
• B点以前（弹性区域）：除去应力，材料
能恢复原样，不留任何永久变形。斜率
tg
即为扬氏模量。
• B点以后（塑性区域）：除去外力后，材
料不再恢复原样，而留有永久变形，我们
称材料“屈服”了，B点以后总的趋势是
• 材料内部应力集中引起（有的有缺陷，
有的是杂质）。受外力作用时，缺陷 根部的应力比材料平均受到的应力大 得多，形成塑性屈服区，所以当材料 的平均应力还没有达到它的理论强度 以前，而缺陷根部的应力首先达到了 理论强度的临界值，材料就先从这里 开始破坏。
（4）影响强度的因素（规定试样尺寸）
• 填料：与填料高聚物的性质有关（纤维填
低
低
高
高
变 极限强度 曲 （强度）
低
中
高
线 特 点
断裂伸长 （延性）
中等
按屈服应力
低
中
应力应变曲线 下面积（韧）
小
中
小
中
PS.PMMA.固
实 例
聚合物凝胶
橡胶.增塑. 化酚醛树脂断
PVC.PE.PTF 裂前无塑性形 硬PVC
E
变断裂前有银
纹
高
高
高
高
大
ABS.PC.PE. PA有明显的 屈服和塑性 形变.韧性好
原因：
（1）应力银纹：高聚物承受张应力作用时，在 某些薄弱环节由于局部应力集中而产生局部塑 性形变，其宏观体现为：材料表面或内部出现 垂直于应力方向的微细凹槽或“裂纹” 现象。
（2）环境因素诱发银纹：化学物质扩散到高聚 物中，使微观表面溶胀或增塑、分子链段的活 动性增加，在玻璃化温度下降促进银纹产生； 试样表面的缺陷和擦伤也易产生银纹；试样内 部空穴或夹杂物的边界处由于缺陷造成应力集 中，易导致银纹产生
• ④材料破坏有二种方式，可从拉伸应力~应
变曲线的形状和破坏是断面形状来区分：
• 脆性破坏:①试样在出现屈服点之前断裂
②断裂表面光滑
• 韧性破坏:①试样在拉伸过程中有明显屈服
点和颈缩现象 ②短裂表面粗糙
• ⑤拉伸应力曲线反映的材料的力学性质
•力学参量
力学性质
• 弹性模量
刚性
• 屈服点
弹性
• 断裂伸长
• 即：韧性材料先屈服后断裂；脆性材
料还没屈服就断了。
• 因此韧性材料---断面粗糙---明显变形
脆性材料---断面光滑---断面与拉
伸方向垂直
5.5.4 高聚物的断裂与强度
• 1.脆性断裂与韧性断裂
从实用观点来看，高聚物材料的最大优点是 它们内在的韧性，也就是说它在断裂前能吸 收大量的能量，但是这种内在的韧性不是总 能表现出来的，由于加载方式、温度、应 变速率、试样形状、大小等的改变会使韧 性变差，甚至会脆性断裂，而材料的脆性断 裂在工程上是要尽量避免的。
应变
(5)屈服应力受流体静压力的影响：压力增大， 屈服应力增大。
切应力
3.2千巴 1.7千巴
0.69千巴 1巴
切应变
(6)高聚物屈服应力不等于压缩屈服应 力，一般后者大一些。所以高聚物取 向薄膜不同方向上的屈服应力差别很 大。 (7)高聚物在屈服时体积略有缩小。
2.真应力-应变曲线及屈服判据三种类型
5.5.3 高聚物的屈服
1.高聚物屈服点的特征 大多数高聚物有屈服现象，最明显的屈服现 象是拉伸中出现的细颈现象。它是独特的力 学行为。并不是所有的高聚物材料都表现出 屈服过程，这是由于温度和时间对高聚物的 性能的影响往往掩盖了屈服行为的普遍性， 有的高聚物出现细颈和冷拉，而有的高聚物 脆性易断。
移变形带。
• 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。
• 因为变形带中分子链的取向度高，故变形
逐步向整个试样扩展。
• 通常，韧性材料最大切应力首先达到
抗剪强度，所以材料先屈服。 脆性材 料最大切应力达到抗剪强度之前，真 应力已超过材料强度，所以材料来不 及屈服就已断裂。
5.5 极限力学行为——屈服、强度与断裂
• 5.5.1 概述 • 5.5.2 应力应变曲线 • 5.5.3 屈服 • 5.5.4 冷拉与成颈 • 5.5.5 银纹与应力发白 • 5.5.6 强度与破坏
5.5.1 概述
• ①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
载荷几乎不增加但形变却增加很多
• B点：屈服点
B点时对应的应力—屈服应力 B点时对应的应变—屈服应变
• C点：断裂点
C点对应的应力—断裂应力（断裂强 度）—抗拉强度 C点对应的应变—断裂伸长率
聚合物力学类型
软而弱
软而韧
硬而脆
硬而强
硬而韧
聚合物应力 —应变曲线
模量 （刚性）
低
低
高
高
应 力 应
屈服应力 （强度）
料能改进高聚物的力学强度）。粉料填料 也可以作增强剂 （如碳黑增强橡胶，模 量和强度增加）
• 受力的条件（温度、速度）：按作用力作
用方式不同力学强度分为：抗拉强度，抗 压强度，抗弯强度，冲击强度
为了得到重复性好的结果，为了消除受力条
件的影响，规定了统一的标准条件-标准测试
5.5.5 塑料常规力学性能的测试
• 1．测试标准方法 • 内部标准方法（内标） • 企业标准方法（企标） • 部标准方法（部标） • 国家标准方法（国标） • 国际标准方法：ISO，ASTM
• 2．影响测试结果的因素
（1）试样：试样的制备 试样尺寸 试样的来自处理（2）测试环境条件
• 3 常见的力学性能的测试仪器
拉力试验机（根据负荷测定的方
真应力
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