聚合物的斷裂及抗拉強(qiáng)度
聚合物的抗拉強(qiáng)度一般為20~80MPa,比金屬低得多,但其比強(qiáng)度較金屬的高。聚合物具有一定強(qiáng)度,是由分子間范德瓦爾斯鍵、原子間共價(jià)鍵及分子間氫鍵決定的。聚合物的實(shí)際強(qiáng)度僅為其理論值的事/200。此與其結(jié)構(gòu)缺陷(如裂紋、雜質(zhì)、氣泡、空洞和表面劃痕)和分子鏈斷裂不同時(shí)性有關(guān)。
影響聚合物實(shí)際強(qiáng)度的因素仍然是其自身的結(jié)構(gòu),主要的結(jié)構(gòu)因素有:
- (1)高分子鏈極性大或形成氫鍵能顯著提高強(qiáng)度,如氫氯乙烯極性比聚乙烯大,所以前者強(qiáng)度高,尼龍有氫鍵,其強(qiáng)度又比聚乙烯高。
- (2)主鏈剛性大,強(qiáng)度高,但是鏈剛性太大,會(huì)使材料變脆。
- (3)分子鏈支化程度增加,因分子鏈間距增大,降低抗拉強(qiáng)度。如低密度聚乙烯支化程度高,其抗拉強(qiáng)度就比高密度聚乙烯的低。
- (4)分子間適度進(jìn)行交聯(lián),提高抗拉強(qiáng)度,如輻射交聯(lián)的PE(聚乙烯)比未交聯(lián)PE的抗拉強(qiáng)度提高一倍;但交聯(lián)過(guò)多,因影響分子鏈取向,反而隱低強(qiáng)度等。
在拉應(yīng)力作用下,非晶態(tài)聚合物(如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚氯乙烯)的某些薄弱地區(qū),因應(yīng)力集中產(chǎn)生局部塑性變形,結(jié)果在其表面或內(nèi)部或在裂紋尖端附近出現(xiàn)閃亮的、細(xì)長(zhǎng)形的銀紋(Craze)
銀紋在非晶態(tài)聚合物的拉伸脆性斷裂中有重要作用。一般認(rèn)為,銀紋生成是非晶態(tài)聚合物斷裂的先兆。在外力作用下,銀紋質(zhì)因其內(nèi)部存在非均勻性(如有外來(lái)物質(zhì)或雜質(zhì))而產(chǎn)生開(kāi)裂,并形成孔洞。隨后形成的孔洞。隨后形成的孔洞與已有的孔洞連接起來(lái),在垂直應(yīng)力方向上形成微裂紋。微裂紋尖端區(qū)連續(xù)出現(xiàn)銀紋,使微裂紋相連擴(kuò)展,引起宏觀斷裂。因此,在工程上非晶態(tài)聚合物的斷裂過(guò)程,包括外力作用下銀紋和非均勻區(qū)的形成、銀紋質(zhì)的斷裂、微裂紋的形成、裂紋擴(kuò)展和最后斷裂等幾個(gè)階段。與金屬材料相比,聚合物形成銀紋類(lèi)似于金屬韌性斷裂前產(chǎn)生的微孔。
結(jié)晶態(tài)聚合物的脆性斷裂過(guò)程與上述類(lèi)似。如果聚合物屈服后局部塑性變形方式為產(chǎn)生剪切形變帶,當(dāng)剪切形變帶穿越過(guò)試樣時(shí),材料就產(chǎn)生韌性剪切斷裂。
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