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Logo 第七章 高聚物的力学性质 Logo 本章学习目的 1、熟悉聚合物应力-应变曲线、从该曲线所能获 得的重要信息，以及各种因素对应力-应变曲线的 影响。 2、熟悉屈服现象和机理，银纹、剪切带的概念， 了解屈服判据。 3、熟悉聚合物的强度、韧性和疲劳等概念。 4、掌握聚合物强度的影响因素、增强方法和增强 机理。 5、掌握聚合物韧性的影响因素、增韧方法和增韧 机理。了解断裂理论。 www.themegallery.com Company Logo Logo 8.1 聚合物的塑性和屈服 8.1.1 聚合物的应力-应变行为 应力－应变试验是使用最广泛、非常重要而又实用 的力学实验。应力－应变试验在拉力F的作用下，试 样沿纵轴方向以均匀的速率被拉伸，直到试样断裂 为止（见图7-6） 。 试验时, 测量加于试样上的载荷和相应标线间长度 的改变(Δl=l-l0)。若试样的初始截面积为A0，标距 的原长为l0，则应力σ=F/A0 应变ε=Δl/l0 从实验测得的应力、应变数据可绘制出应力－应变 曲线，见图8-2。 www.themegallery.com Company Logo Logo 典型非晶态聚合物的拉伸应力-应变曲线 弹性极限点 屈服点 B B Y A A E A www.themegallery.com 断裂点 Y A 弹性 A 应变软化 冷拉 应变硬化 塑性 B Company Logo Logo 应力－应变曲线反映的材料的力学性质 力 学 参 量 力 学 性 质 弹性 刚性 屈服点 弹性（强弱、硬软和脆韧） 断裂伸长 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（断裂能）韧性 弹性线下部的面积 回弹性 www.themegallery.com Company Logo Logo “软”和“硬”用于区分模量的低或高。 “弱”和“强”是指强度的大小。 “脆”是指无屈服现象且断裂伸长很小。 “韧”是指用一定的负荷就可克服链段运动或 分子位移所需的能量，使运动发生，且形变 大，材料就韧。此时断裂伸长、断裂应力和 断裂功都较高。 www.themegallery.com Company Logo Logo 8.1.1.1 非晶态聚合物 应力－应变曲线中： A点：弹性极限点 A点时对应的模量—拉伸模量E Y点：屈服点 Y点时对应的应力—屈服应力（屈服强度）σy Y点时对应的应变—屈服应变（屈服伸长率）εy B点：断裂点 B点对应的应力—断裂应力（断裂强度）σB—抗 拉强度 B点对应的应变—断裂伸长率εB www.themegallery.com Company Logo Logo 分析 以Y点为界分为二部分： （1）Y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。 （2）Y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，Y点以后总的趋势是载荷几乎不增加 但形变却增加很多。 www.themegallery.com Company Logo Logo 应变软化 弹性变形后继续施加载荷，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。 •呈现塑性不稳定性，最常见的出现细颈。 •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。 www.themegallery.com Company Logo Logo 从应力—应变曲线还可获得的信息 发生脆性断裂的条件 是材料的脆性断裂强度 低于其屈服强度，即 σB <σY 。 脆性断裂 聚合物的断裂行为 韧性断裂 www.themegallery.com Company Logo Logo 发生脆性断裂时，断裂表面较光滑或略有粗 糙，断裂面垂直于主拉伸方向，试样断裂后， 其截面积基本不变，残余形变很小。 韧性断裂 材料发生屈服，超过屈服后发生 断裂的现象。 韧性断裂时，断裂面与主拉伸方向多成45度 角，断裂表面粗糙，有明显的屈服（塑性变 形、流动等）痕迹，形变不能立即恢复。 www.themegallery.com Company Logo Logo 脆性断裂和韧性断裂的区别 从拉伸应力-应变曲线的形状和破坏是断面形状来区分： 脆性断裂:①试样在出现屈服点之前断裂； ②断裂表面光滑，断裂能小。 韧性断裂: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，断裂能大。 左图脆性试样断裂表面的照片；右图韧性试样断裂表面的照片 www.themegallery.com Company Logo Logo • 韧性表示在外力作用下材料变形破坏时外力 所作的功，可用图8.2中曲线下的面积大小 表示。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 表征拉伸材料断裂韧性的一个物理量。 • 面积大的为断裂韧性大的材料，反之为断裂 韧性小的材料。延伸率（断裂时的应变）越 大，断裂能越高。 www.themegallery.com Company Logo Logo 影响应力-应变曲线的因素 主要有温度、外力和外力作用速率。 （1）温度 温度不同，同一聚合物的应力-应变曲线形状也不同， 如图8-3所示。 当温度很低时（T<<Tg），应力随应变成正比，称弹 性形变区（可求出弹性模量E——直线的斜率）。应 变不到10%就发生断裂，如曲线1所示。从分子机理来 看，该阶段的普弹性是由于高分子的键长、键角和小 运动单元的变化引起。 www.themegallery.com Company Logo Logo 当温度略升高后，应力-应变曲线出现一个转折点Y， 即屈服点。应力在Y点处达到最大值σy ，过了Y点， 应力反而降低，试样应变继续增大，因温度仍低，继 续拉伸，试样发生断裂，总应变不超过20%，如曲线2 所示。 从没有屈服点到出现屈服点之间存在一个特征温度， 称为脆化温度Tb。玻璃态高聚物只有处在Tb到Tg的温 度范围内，才能在外力的作用下实现强迫高弹形变。 只要温度＜Tb，玻璃态高聚物就不能发生强迫高弹形 变，必定发生脆性断裂。强迫高弹形变是塑料具有韧 性的原因，因此Tb是塑料使用的最低温度。 www.themegallery.com Company Logo Logo 从分子机理来说，Tb相应于链节等较小运动 单元开始运动的温度。影响Tb的结构因素主 要是分子链的柔顺性，刚性越大，Tb降低， 同时Tg 升高，因而塑料的使用温区△T(= Tg -Tb ）增加。典型例子列于表9-1。 www.themegallery.com Company Logo Logo 如温度继续升高到Tg以下几十度的范围时，应力-应 变曲线如曲线3所示。屈服点后，主要样在不增加 外力或外力增加不大的情况下，能发生很大的应变 （甚至可能有百分之几百），称大形变区，又称为 强迫高弹形变，本质上与高弹形变一样，是链段运 动，但是在外力作用下发生的。只有让试样的温度 升到Tg附近，形变方可回复。在最后阶段，应力出 现较明显的上升，直到最后断裂。 www.themegallery.com Company Logo Logo 当温度升高到Tg以上时（称应变硬化区，分子链易 取向排列，强度提高）。在不大的应力作用下，试 样形变显著增大，直到断裂前，应力才又出现一段 急剧的上升，见曲线4。 总之，温度升高，材料逐步变得软而韧，断裂强度 下降，断裂伸长率增加；温度下降时，材料逐步转 向硬而脆，断裂强度增加，断裂伸长率εb减小。 www.themegallery.com Company Logo Logo PVC应力-应变曲线的温度依 赖性见图8-4 （图中T1＜T2 ＜T3＜T4）。 随T↑，软而韧,σB↓，εB↑。 T↓，硬而脆,σB↑，εB ↓。 PMMA、PS、乙酸纤维素酯等， 其应力-应变曲线均具有类似 的温度影响规律。 www.themegallery.com Company Logo Logo 2、应变速率dε/dt 同一聚合物试样，在一定温度和 不同的拉伸速率下应力-应变曲线 形状也有很大变化，如图8-5所示。 应变速率↑，相当于T↓。随 dε/dt↑，E↑， σy↑， σB↑， εB↓ 。 在拉伸试验中，↑dε/dt与↓T是 等效的。 3、流体静压力 压力↑，模量↑，阻止“颈缩”的 发生。 www.themegallery.com Company Logo Logo 从曲线的形状及σy和εb的大小，可看出材料的性 能，并判断它的应用范围。如从σy的大小，可判断 材料的强弱，而从εb的大小（即曲线下的面积大 小），判断材料的脆性和韧性。如材料在拉伸到破 坏时，链段运动或分子位移基本上仍不能发生，或 只是很小，此时材料就脆。若达到一定负荷，可以 克服链段运动及分子位移所需的能量，这些运动就 能发生，形变就大，材料就韧。若要使材料产生链 段运动及分子位移所需要的负荷较大，材料就较强 及硬，见图20-3。 www.themegallery.com Company Logo Logo 8.1.1.2 结晶聚合物 其典型的应力-应变曲线和试样外形如图8-6所示， 它比非晶聚合物的典型应力-应变曲线具有更为明显 的转折。 整个曲线可分为三个阶段： （1）第一段应力随应变线形地增加，试样被均匀拉长， 伸长率可达百分之几到十几。到y点后，试样截面开 始变得不均匀，出现一个或几个“细颈” 。 www.themegallery.com Company Logo Logo （2）第二阶段细颈与非细颈部分的横截面积分别 维持不变，而细颈部不断扩展，非细颈部分逐渐缩 短，直到整个试样完全变细为止。曲线表现为应力 几乎不变，而应变不断增加，分子链高度取向，伸 长率达百分之几百以上。 （3）第三阶段即成颈的试样又被均匀拉伸，此时 应力又随应变的增加而增大直到断裂为止。 www.themegallery.com Company Logo Logo 结晶聚合物在单向拉伸过程中（见图8-7）分子排 列产生很大变化，尤是接近屈服点附近，分子链及 其微晶在平行于拉伸方向上开始取向和重排，甚至 有些晶体可能破裂成较小单位，在取向情况下再结 晶。拉伸后的材料在熔点以下难以回复到原先未取 向的状态，只有加热到熔点附近，才能回复到未拉 伸状态。因此这种结晶聚合物的大形变（其形变可 达100%以上），就本质上说也是高弹性的。 www.themegallery.com Company Logo Logo 温度和应变速率对结晶聚合物的应力-应变曲线影响 由图8-8和图8-9可见，不同的温度和应变 速率对结晶聚合物的应力-应变曲线影响与 非晶聚合物的基本相同。 www.themegallery.com Company Logo Logo 结晶度和结晶形态对结晶聚合物的应力-应变曲线影响 图8-10说明结晶 度增加，屈服应 力、强度、模量、 硬度等提高，断 裂伸长率、冲击 性能等则下降。 图8-11说明球晶 大小对强度的影 响超过了结晶度 的影响。大的球 晶使试样断裂伸 长率和韧性降低。 www.themegallery.com Company Logo Logo 非晶态聚合物的拉伸与结晶聚合物的拉伸相似之处： 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，而加热升温到Tg（或Tm）才产生回复。 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”。 成颈的原因：（1）相转变和双晶化；（2）分子链 的倾斜；（3）片晶的破裂；（4）破裂的分子链和 被拉直的链段一起组成微丝结构——片晶的变形。 www.themegallery.com Company Logo Logo 非晶态聚合物的拉伸与结晶聚合物的拉伸的区别： 非晶态 晶态 冷拉温度 Tb至Tg Tg至Tm 拉伸过程 分子链取向 结晶被破坏，取向再结 结构变化 没有相变 晶，相变过程，有细颈 保持形变原因 链段运动被冻结 形变被微晶所固定 回复形变温度 Tg附近 Tm附近 www.themegallery.com Company Logo Logo 8.1.1.3 取向聚合物 聚合物材料在取向方向上的强度随取向程度增加而 很快增大，此时，分子量和结晶度的影响较小，性 能主要由取向状况所决定。高度 取向时，垂直于取 向方向上材料 的强度很小，容易开裂。 取向方向，材料模量增大。平行方向上的模量比未 取向时增大很多，而在垂直方向上的模量与未取向 时差别不大。 双轴取向时，在该双轴构成的平面内，性能不像单 轴取向那样有薄弱的方向。为此，利用双轴取向， 可以改进材料的性能。 www.themegallery.com Company Logo Logo 8.1.1.4 应力－应变曲线的类型 由于聚合物品种繁多，它们的断裂过程可分为以下五 种类型，它们拉伸时的应力－应变曲线如图8-12。 （1）硬而脆型 （2）硬而强型 （3）硬而韧型 （4）软而韧型 （5）软而弱型 www.themegallery.com Company Logo Logo 说明 “软”和“硬”用于区分模量的低或高，“弱”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。 （1）硬而脆型 如图8-12中的（a），此类材料在屈 服点前发生脆性断裂，断裂伸长率很小（<2%)，应力 应变曲线的斜率大，即弹性模量高。同时断裂时的应 力较高，即具有较高的断裂抗拉强度。在室温或室温 之下，无定型聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、酚醛树 脂等的断裂属于这种类型。 www.themegallery.com Company Logo Logo （2）硬而强型 如图8-12中的（b），此类材料在 断裂前发生屈服，为韧性断裂，但只有应力软化， 断裂强度常低于屈服应力，断裂伸长率较小（大 约为5%） ，即断裂能小，韧性小。同时其屈服应 力较高，弹性模量较高。硬质聚氯乙烯制品属于 这种类型。 www.themegallery.com Company Logo Logo • （3）强（硬）而韧型 如图8-12中的（c），此 类材料弹性模量、屈服应力及断裂强度都很高，断 裂伸长率也很大，并发生应变硬化，断裂强度高于 屈服应力；应力－应变曲线下的面积很大，说明材 料韧性好，是优良的工程材料。 强而韧的材料，在拉伸过程中显示出明显的屈服、 冷拉或细颈现象，细颈部分可产生非常大的形变。 随着形变的增大，细颈部分向试样两端扩展，直至 全部试样测试区都变成细颈。很多工程塑料如ABS、 聚酰胺、聚碳酸酯及醋酸纤维素、硝酸纤维素等属 于这种材料。 www.themegallery.com Company Logo Logo （4）软而韧型 如图8-12中的（d），此类材料在较 低的应力发生屈服，弹性模量较低，但断裂伸长率大 （200%～1000%），断裂应力较低，应力－应变曲线下 的面积较大。这种材料称为柔性材料，其柔性好。各 种橡胶制品和增塑聚氯乙烯具有这种应力－应变特征。 （5）软而弱型 如图8-12中的（e），此类材料弹性 模量低，断裂强度低，但有一定的断裂伸长率。末硫 化的橡胶和一些聚合物软凝胶具有这种特性，它们很 少用作材料来使用。 www.themegallery.com Company Logo Logo 8.1.2 屈服-冷拉机理和Considere作图法 8.1.2.1 “成颈”和“冷拉” 大多数聚合物有屈服现象，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。“成 颈”和“冷拉”，是纤维和薄膜拉伸工艺的基础。 产生细颈的原因：样条尺寸：横截面小的地方 （1）几何因素 试样尺寸在各处的微小差异，导致应 力的差异，在某一点将首先达到屈服点，使形变更 容易。 （2）应变软化 应力集中的地方—应力最大处 www.themegallery.com Company Logo Logo 8.1.2.2 真应力-应变曲线及其屈服判据 聚合物在屈服和塑性变形时,形变很大,试样的截面积 缩小很多,不能再用原始面积A0来计算应力(σ=F/A0), 应用瞬时截面积A计算真应力σ真=F/A （8-1） 因A<A0，故σ真>σ。 假设试样变形时体积不变：即 A= A0l0 /l=A0/（1+ε） （8-2） 式中：ε——拉伸应变=Δl/l0 λ——拉伸比=l/l0 =( l0+ ∆l)/l0=1+ε 真应力σ真=F/A=F/[A0/(1+ε)]=σ(1+ε) 真应力对应变作图，可得真应力-应变曲线。 www.themegallery.com Company Logo Logo 因Y点是工程应力-应变曲线极值点， 有 dσ/dε=0 （8-3） 由式（8-1）和式（8-2）可得σ真=(1+ε)σ 将式（8-4）代入式（8-3）可得 d 真 d 1 [(1 ) 真] 0 2 d (1 ) d （8-4） (8 5) 故有(1+ε)dσ真/dε-σ真=0 即 dσ真/dε=σ真/(1+ε) =σ真/λ 即屈服点为真应力-应变曲线上由ε= -1点向曲线作 切线的切点（见图8-13），对应的真应力就是屈服 应力σyˊ。 www.themegallery.com Company Logo Logo 真应力-应变曲线及屈服判据三种类型 σ真 σ真 σ真 A B 0 1 2 3 λ 由λ=0无法作 切线，不能成 颈，随负荷增 大材料均匀伸 长 www.themegallery.com 0 1 2 3λ 由λ=0可作一 条切线，曲线 上有一个点满 d 足 d 0 ，此点 为屈服点， 产生细颈，细 颈随负荷不断 增加而变细， 最后断裂 真 0 1 2 3 λ 由λ=0可作两 条切线，有两 个点满足屈服 条件，A点时 屈服点，B点 开始冷拉。试 样既成颈又可 冷拉，且可得 到稳定的细颈 Company Logo Logo 8.1.5 屈服机理 (1)银纹屈服——银纹现象与应力发白 1)银纹现象 很多聚合物，尤其是玻璃态透明聚合物（PS、PMMA、 PC）在储存及使用过程中，往往会在表面出现像陶 瓷那样肉眼可见的微细裂纹，这些裂纹由于可强烈 反射可见光看上去是闪亮的，所以称为银纹。 银纹密度是本体的50%，故折光指数不同，能产生 白色反光。产生裂纹有一个最低临界应力和临界伸 长率。 www.themegallery.com Company Logo Logo 裂纹一般在表面层，而进一步拉伸，会使 裂纹向纵深发展而成为裂缝。应力越大， 裂纹的产生和发展越快。具有裂纹的材料 还有原始试样一半以上的拉伸强度。 若把温度升高到Tg以上，银纹会消失。故 裂纹具有可逆性。 www.themegallery.com Company Logo Logo 拉伸试样在拉断前产生银纹化现象 a图为聚苯乙烯，b图为有机玻璃 注意银纹方向与应力方向垂直 www.themegallery.com Company Logo Logo 原因 A、聚合物受到张应力作用时，在材料某些薄弱环 节上出现应力集中，而产生局部塑性形变和取向， 在材料表面或内部垂直于应力方向上出现长度 100μm、宽度10μm、厚度1μm的微细凹槽或“裂 纹”的现象。 B、环境因素也会促进银纹产生，化学物质扩散到 聚合物中，使微观表面溶胀或增塑，增加分子链段 的活动性，玻璃化温度下降促进银纹产生。另外， 试样表面的缺陷和擦伤处也易产生银纹，或起始于 试样内部空穴或夹杂物的边界处，这些缺陷造成应 力集中，有利于银纹产生。 www.themegallery.com Company Logo Logo 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。 www.themegallery.com Company Logo Logo (2)剪切屈服 现象：韧性聚合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 移变形带，见图8-23 。 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。 www.themegallery.com Company Logo Logo 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。 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 www.themegallery.com Company Logo Logo 8.2 聚合物的断裂与强度 8.2.1 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 是能表现出来的，由于加载方式、温度、应 变速率、试样形状、大小等的改变却会使韧 性变坏，甚至会脆性断裂，而材料的脆性断 裂是工程上必须尽量避免的。 www.themegallery.com Company Logo Logo 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 www.themegallery.com Company Logo Logo 对聚合物材料，脆性还是韧性极大地取决 于实验条件：主要看温度和测试速率。 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，表现为脆 性形式；应变速率下降，表现为韧性形式 www.themegallery.com Company Logo Logo • 在温度升高过程中，材料发生脆-韧转变。两曲线交点 对应的温度称脆性-韧性断裂转变温度TB （见下图) 。 右图 断裂强度和屈服强度 随温度的变化趋势 虚线——高拉伸速率 实线——低拉伸速率 对轻度交联聚合物即橡胶而 言，该温度TB又称为脆化温度。 温度高时，材料的断裂应力 σB＞ 屈服应力σy ，发生韧性 断裂。 www.themegallery.com Company Logo Logo 应变速率的影响 根据时温等效原理，应变速率 变化与温度变化等效，即提高 应变速率与降低温度等效（见 右图)。由图可见，应变速率 提高时，材料的屈服应力提高。 从分子角度看，在低温和高应 变速率下，分子链段不能运动， 因而表现出脆性。而提高温度 和在低应变速率下，分子链段 有足够的时间运动，因而表现 出韧性。 www.themegallery.com Company Logo Logo 8.2.2 聚合物的强度 8.2.2.1 实验方法和力学参数 1、拉伸强度 拉伸实验见图8-30,聚合物试样受大小相等,方向相反 的一对作用于同一条直线上的拉力。 拉伸强度是在规定的实验温度、湿度和实验速度下， 在标准试样上沿轴向施加拉伸载荷直至断裂前试样承 受的最大载荷P与试样横截面（宽度b和厚度d的乘积） 的比值，常用σt表示，即 σt=P/（bd） （N/m2 或Pa） （8-30） www.themegallery.com Company Logo Logo 拉伸模量又称杨氏模量常由拉伸初始阶段的应力 与应变计算，即EB=σt/ε=(ΔP/bd)/(Δl/l0) （8-31） 拉伸柔量D=1/EB=ε/σt 向试样施加单向压缩载荷则得到压缩强度和压缩 模量。 理论上，压缩模量与拉伸模量相等，Et=EC 实际上，压缩模量稍大于拉伸模量，而拉伸强度 与压缩强度的相对大小则因材料的性质而异。 一般塑性材料善于抵抗拉力，而脆性材料善于抵 抗压力。 www.themegallery.com Company Logo Logo 2、弯曲强度σf 弯曲强度（或称挠曲强度）是在规定实验条件下对 标准试样施加静弯曲力矩（见图8-31），直到试样 断裂为止。取实验过程的最大载荷P计算弯曲强度。 表8-2列出了一些塑料的拉伸强度、断裂伸长率、拉 伸模量及弯曲强度和弯曲模量。 Pl 0 P l0 / 2 f 2 1.5 2 (8 32) 2 bd / 6 bd Pl03 弯曲模量Et (8 33) 3 4bd 式中 — 挠度，是试样着力处的位移。 www.themegallery.com Company Logo Logo 3、剪切模量 简单剪切：受大小相等,方向相反,不在同一条直线 上的一对力的作用。 剪切应变γ=S/d=tgθ 剪切应力σs=F/A0 剪切模量又称刚性模量G=σS/γ=F/A0tgθ 剪切柔量J=1/G=γ/σS www.themegallery.com Company Logo Logo 8.2.2.2 影响因素 一、聚合物的理论强度 从分子结构来看，聚合物之所以具有抵抗外 力破坏的能力，主要靠分子内的化学键合力、 分子间的范德华力和氢键。高聚物材料的破 坏是高分子主链的化学链断裂或高分子链间 相互作用力的破坏。 把聚合物断裂的微观过程归结为三种(见图729）： www.themegallery.com Company Logo Logo 1、化学键的破坏 高分子主链共价键能约为350kJ/mol或 5.8×10-19尔格/键。键能E可看作将成键的原 子从平衡位置移开一段距离d(0.15nm)，克服 其相互吸引力f所需要作的功。破坏一根共价 键所需的力： F=E/d=5.8×10-19/1.5×10-10=3.9×10-9牛顿/ 键 www.themegallery.com Company Logo Logo 根据PE晶胞数据推算：每根高分子链的截面积约为 0.2nm2，每平方米的截面上将有5×1018根高分子链。 因此理想的拉伸强度为 σ=3.9×10-9×5×1018=2×1010N/m2 ≈2×104MPa 实际强度比理论强度小几十倍。因为没有一个试样 的结构能使它在受力时，所有链在同一截面上同时 被拉断。 www.themegallery.com Company Logo Logo 2、分子间滑脱 分子间滑脱断裂必须使分子间的氢链或范德华力全 部破坏。假定高分子链总长为100nm。 有氢键高聚 无氢键高聚物 每0.5nm链段内聚能 20kJ/mol 5kJ/mol 链长 100nm 100nm 总内聚能 4000kJ/mol 1000kJ/mol 与共价键的键能比较 10倍多 3倍多 可见断裂完全由分子间滑脱是不可能的。 www.themegallery.com Company Logo Logo 3、部分氢链或范德华力破坏 氢键 20kJ/mol 0.3nm 1× 10-10N 范德华力 8kJ/mol 0.4nm 3 × 10- 解离能 作用范围 拉断一个键所需力 11N 每0.25nm2有一个键，拉伸强度 400MPa 120MPa 上述数值与实际测得的高度取向纤维的强度同数量级。 www.themegallery.com Company Logo Logo 正常断裂时，首先发生在末取向部分的氢键或 范德华力的破坏，随后应力集中到取向的主链 上。尽管共价键的强度比分子间作用力大1020倍，但直接承受外力的取向主链数目很少， 最终会被拉断。 从上分析说明：理论强度与实际强度差距巨大， 提高聚合物实际强度的潜力很大。 www.themegallery.com Company Logo Logo 4、理论强度与实际强度差距大的原因 （1）理论断裂是同时进行，实际是一个一个 键断裂。 （2）原料树脂的结构 分子量及其分布、支 化程度、残留小分子（单体、溶剂、催化剂） 的存在。 （3）产品或模具设计不当造成应力集中 如 开设的孔洞及缺口、不成弧形的拐角、不适当 的注塑件浇口位置等。 www.themegallery.com Company Logo Logo （4）材料成型加工过程 材质不连续造成 应力集中物 ：如机械杂质、气泡、空洞等 的存在，添加剂和填料的影响，共混物相 容性差；载荷不连续产生内应力；不连续 温度分布产生热应力等。 （5）材料使用条件 光、热等所造成老化 以及外力作用频率大小等。 www.themegallery.com Company Logo Logo 5、提高高分子材料的强度可采取以下措施 （1）适当加大分子量和分子链间的交联。 （2）增加大分子链的刚性和链间的作用力。 （3）尽量减小内应力和应力集中物。 （4）加入活性粉状填料或纤维状增强材料。 （5）采用适当共聚或共混的办法。 （6）适当提高聚合物的结晶度。 （7）严格控制加工工艺条件。 （8）合理地选择和使用材料。 www.themegallery.com Company Logo Logo 二、影响聚合物实际强度的因素 1、高分子本身结构 分子间力↑→强度↑ (1)极性或氢键的影响 增加极性基团或氢键的密度， 可使材料强度提高。 HDPE 拉伸强度21.6-38.2MPa PVC因有极性基团 拉伸强度49MPa 尼龙66因有氢键 拉伸强度81.3MPa 但极性基团或氢键的密度也不能太高,否则材料硬而脆。 www.themegallery.com Company Logo Logo (2)主链刚性↑,模量↑,拉伸强度↑,弯曲强度↑,冲击 强度 ↓，材料表现为脆性。 (3)主链和侧基含有芳杂环,强度↑，模量↑，新型工 程塑料大都含有芳杂环。如芳香尼龙的强度和模量 比普通尼龙高；聚苯乙烯的强度和模量比聚乙烯高。 （4）链的规整性↑，拉伸强度↑，冲击强度 ↓ 。 （5）分子链支化度↑，分子间距增加，作用力↓，拉 伸强度↓ ，但冲击强度 ↑。如LDPE的拉伸强度比 HDPE低，但冲击强度反而比HDPE高。 www.themegallery.com Company Logo Logo （6）适度交联 因形成网状结构，分子链不易发生 相对滑移，拉伸强度↑，冲击强度↑。如聚乙烯交 联后，拉伸强度↑一倍，冲击强度↑3-4倍。 （7）分子量 分子量对聚合物脆性断裂强度的影响可 用下式表示 σB=A-B/Mn A、B为常数 M＜MC M↑，拉伸强度↑，冲击强度↑； M＞MC M↑，拉伸强度变化不大，冲击强度↑↑， 如超高分子量的PE，由于冲击强度很大，故可做防 弹衣材料。 www.themegallery.com Company Logo Logo 2、结晶和取向 （1）结晶度↑，与交联类似，拉伸强度↑，弯曲强 度和弹性模量↑，伸长率↓；但结晶度太高，冲击 强度和断裂伸长率都↓，材料变脆。大球晶，冲击 强度↓；但加入成核剂形成小微晶，拉伸强度和冲 击强度↑↑。 （2）取向 取向方向上强度大幅提高，适当双轴取 向可使材料强度提高几倍甚至几十倍。取向在合成 纤维工业中是提高纤维强度的一个必不可少的措施。 表8-3是几种高度取向聚合物纤维的力学性能。 3、增塑剂 起稀释、增韧作用，↓分子间作用力， 链段活动能力↑，拉伸强度↓，冲击强度↑。 www.themegallery.com Company Logo Logo 聚乙烯的断裂性能与结晶度的关系 结晶度 / ％ 65 75 85 95 断裂强度 / 14.4 18 25 40 断裂伸长率 / ％ 500 300 100 20 MPa www.themegallery.com Company Logo Logo 球晶大小对结晶聚合物力学性能的影响，如下表所示 聚丙烯拉伸性能与球晶尺寸的关系 球晶尺寸 / m 拉伸强度 / MPa 断裂伸长率 / ％ 10 30.0 500 100 22.5 25 200 12.5 25 www.themegallery.com Company Logo Logo 4、应力集中物的影响 （1）应力集中：由于缺陷存在，使材料内部 应力分布不均，缺陷周围应力急剧增加，远大 于其平均应力的现象。应力集中 →强度↓。 材料中的缺陷（如材料内部存在机械杂质、气 泡、空洞、缺口、裂纹、锐角、残留小分子等） 造成应力集中，成为材料破坏的薄弱环节，严 重降低材料的强度，是造成高聚物实际强度与 理论强度之间巨大差别的主要原因之一。 www.themegallery.com Company Logo Logo （2）产生原因：一是加工过程中由于混合不 均或塑化不良所造成；二是在成型过程中由 于制件表里冷却速度不同从而产生内应力； 三是模具设计不当，使制品存在锐角从而产 生应力集中；四是残留小分子（单体、溶剂、 催化剂）的存在；五是光、热等所造成的老 化以及外力作用的频率大小等。 www.themegallery.com Company Logo Logo 5、外因(温度和拉伸速率) 低温和高应变速率条件下，聚合物倾向于发 生脆性断裂； 温度越高，应变速率越高，断裂强度越大。 评价高分子材料的脆、韧性质是有条件的， 一个原本在高温下、低拉伸速率时的韧性材 料，处于低温或用高速率拉伸时，会呈现脆 性破坏。所以就材料增韧改性而言，提高材 料的低温韧性是十分重要的。 www.themegallery.com Company Logo Logo 三、材料增强途径与机理 1、增强途径：增强改性的基本思想是用填充、混 合、复合等方法，将增强材料加入到聚合物基体中， 提高材料的力学强度或其它性能。 （1）增强剂：能够提高聚合物基体力学强度的物 质或活性填料。常用的增强材料有粉状填料（零维 材料）：木粉、炭黑、轻质二氧化硅、碳酸镁等； 纤维（一维材料）：棉、麻、丝及其玻璃纤维等； 片状填料（二维材料）：织物等。 www.themegallery.com Company Logo Logo 例1:活性粒子增强橡胶 橡胶+碳黑 炭黑增强橡胶是最突出的粉状填料增强聚 合物材料的例子。炭黑是典型活性填料， 尺寸在亚微米级，增强效果十分显著。 惰性填料如何？例：PVC+CaCO3，PP+滑石粉 www.themegallery.com Company Logo Logo 例:洗衣机滚筒—硅灰石增强PP 硅灰石是针状纤维，对PP具有增强作用，可大大 提高PP强度、刚性、耐磨性和耐热性，以满足洗 衣机滚筒要求的性能，并使其成本降低。 其配方为： PP R7726 54.4Kg； PP K8303 6.8kg； 硅灰石 1250目 6.8kg ； 稀土铝酸酯 60g ； PP-g-MAH（聚丙烯与马来酸酐接枝共聚）海尔科 化 2g； 抗氧剂1010 60g。 www.themegallery.com Company Logo Logo 2、增强机理 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。 起到均匀分布负载，降低橡胶发生断裂的可 能性，从而起到增强作用。 纤维填料在橡胶中主要作为骨架，以帮助承 担负载。 纤维填充塑料主要是依靠其复合作用。即利 用纤维的高强度以承受应力，利用基体树脂 的流动及其与纤维的粘接力以传递应力。 www.themegallery.com Company Logo Logo 活性填料的增强效果主要来自其表面活性。炭黑粒子表面 带有好几种活性基团（羧基、酚基、醌基等），这些活性基 团与橡胶大分子链接触，会发生物理的或化学的吸附。 吸附有多条大分子链的炭 黑粒子具有均匀分布应力的 作用，当其中某一条大分子 链受到应力时，可通过炭黑 粒子将应力传递到其他分子 链上，使应力分散。而且即 便发生某一处网链断裂，由 于炭黑粒子的“类交联”作 用，其他分子链仍能承受应 力，不致迅速危及整体，降 图7-21 化学交联与物理交联示意图 低发生断裂的可能性而起增 上图：化学交联 ；下图：物理吸附 强作用。 www.themegallery.com Company Logo Logo • 下表列出几种橡胶用炭黑或白炭黑（二氧 化硅）增强改性的效果。可以看出，尤其 对非结晶性的丁苯橡胶和丁腈橡胶，经炭 黑增强后拉伸强度提高10倍之多，否则这 些橡胶没有多大实用价值。 www.themegallery.com Company Logo Logo 几种橡胶采用炭黑增强的效果对比 拉伸强度 / MPa 橡胶 非结晶型 结晶型 ① 增强倍数 纯胶 含炭黑橡胶 硅橡胶① 0.34 13.7 40 丁苯橡胶 1.96 19.0 10 丁腈橡胶 1.96 19.6 10 天然橡胶 19.0 31.4 1.6 氯丁橡胶 14.7 25.0 1.7 丁基橡胶 17.6 18.6 1.1 白炭黑补强 www.themegallery.com Company Logo Logo 碳酸钙、滑石粉、陶土以 及各种金属或金属氧化物粉 末属于惰性填料。 对于惰性填料，需要经过 化学改性赋予粒子表面一定 的活性，才具有增强作用。 例如用表面活性物质如脂肪 酸、树脂酸处理，或用钛酸 酯、硅烷等偶联剂处理，或 在填料粒子表面化学接枝大 分子等都有很好的效果。 www.themegallery.com 粉状填料经硬脂酸处理填 充HDPE的SEM图 上图：硬脂酸用量0.9% Company Logo 下图：1.5% Logo 惰性填料除增强 作用外，还能赋予 高分子材料其他特 殊性能和功能，如 导电性、润滑性、 高刚性、气隔性等， 提高材料的性/价 比。 高岭土填充HDPE增强PE 的阻隔性（TEM图） www.themegallery.com Company Logo Logo 例2:纤维增强 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 www.themegallery.com Company Logo Logo 纤维增强塑料是利用纤维的高强度、高模量、尺寸稳 定性和树脂的低密度、强韧性设计制备的一种复合材料。 两者取长补短，复合的同时既克服了纤维的脆性，也提 高了树脂基体的强度、刚性、耐蠕变和耐热性。 玻璃纤维 常用的纤维材料 碳纤维 硼纤维 天然纤维 热固性树脂 基体材料 热塑性树脂 橡胶类材料 www.themegallery.com Company Logo Logo 用玻璃纤维或其他织物与环氧树脂、不饱和 聚酯等复合制备的玻璃钢材料是一种力学性能 很好的高强轻质材料，其比强度、比模量不仅 超过钢材，也超过其他许多材料，成为航空航 天技术中的重要材料。 从下表给出用玻璃纤维增强热塑性塑料的性 能数据可看到，增强后复合材料的性能均超过 纯塑料性能，特别拉伸强度、弹性模量得到大 幅度提高。 www.themegallery.com Company Logo 玻璃纤维增强的某些热塑性塑料的性能L① o g o 冲击强度 (缺口)/ Jm- 拉伸强度 / 10 5 Pa 伸长率 /％ 聚乙烯 未增强 225 60 78.5 0.78 321 聚乙烯 增强 755 3.8 236 6.19 399 聚苯乙烯 未增强 579 2.0 15.7 2.75 358 聚苯乙烯 增强 960 1.1 131 8.34 377 聚碳酸酯 未增强 618 60～ 166 628 2.16 405～471 聚碳酸酯 增强 1370 1.7 196～470 11.7 420～422 尼龙66 未增强 686 60 54 2.75 339～359 尼龙66 增强 2060 2.2 199 5.98～ 12.55 >473 聚甲醛 未增强 686 60 74.5 2.75 383 聚甲醛 增强 824 1.5 42 5.59 441 材料 ① 均含玻璃纤维20-40% www.themegallery.com 1 弹性模量 / 10 9 Pa 热变形温度 (1.86MPa)/ K Company Logo Logo 复合作用原理 材料受力时，首先由纤维承受应力，个别纤维即使 发生断裂，由于树脂的粘结作用和塑性流动，断纤维 被拉开的趋势得到抑制，断纤维仍能承受应力。树脂 与纤维的粘结还具有抑制裂纹传播的效用。材料受力 引发裂纹时，软基体依靠切变作用能使裂纹不沿垂直 应力的方向发展，而发生偏斜，使断裂功有很大一部 分消耗于反抗基体对纤维的粘着力，阻止裂纹传播。 由此可见，纤维增强塑料时，纤维与树脂基体界面 粘合性的好坏是复合的关键。对于与树脂亲合性较差 的纤维，如玻璃纤维，使用前应采用化学或物理方法 对表面改性，提高其与基体的粘合力。 www.themegallery.com Company Logo Logo 玻璃纤维增强PP树脂， 纤维表面未经处理 纤维含量：30%（w） www.themegallery.com Company Logo Logo 玻璃纤维增强PP树 脂，纤维表面经偶 联处理纤维含量： 30%（w） 拉伸强度由前图的 40MPa增至87MPa 冲击强度由前图的 16kJ.m-2增至 34 kJ.m-2 www.themegallery.com Company Logo Logo 洗衣机滚筒—玻璃纤维增强PP 高强高韧PP专用料，具有冲击韧性高，流动性好等 特点。由玻璃纤维增强PP是用玻璃纤维与PP复合而 成，具有高强度、高模量，能够制作尺寸大，使用 环境恶劣，性能要求高的部件。由于材料采用PP为 基体，因而性能价格比高，加工性能好。 配方：PP K7726 750 g ；PP 2401 1470 g ；茂 金属聚烯烃弹性体POE 8150 75g；玻璃纤维 588g； 硅烷偶联剂 KH-560 1g； PP-g-MAH 海尔科化 25g； 抗氧剂1010 5g；抗氧剂DLTP 5g；钛白粉 R-550 6g；酞菁蓝 A3R 0.9g；酞菁紫GT 0.95g；玻璃纤 维 25%。 www.themegallery.com Company Logo Logo 例:液晶增强 热致液晶+热塑性聚合物 共聚酯， 聚芳酯 增强机理：热致液晶中的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物基体中就地形成的，故称 做“原位”复合增强。表8-5为两种聚合物的液晶增 强效果。 www.themegallery.com Company Logo Logo 8.2.5 聚合物的耐冲击性 8.2.5.1 冲击试验和冲击强度 冲击试验是在高速冲击载荷作用下，测定材 料的冲击强度。 冲击强度是指标准试样受高速冲击作用断裂 时，单位断面面积（或单位缺口长度）所消 耗的能量 ,即: σi =W/bd (8-53) 式中，W——冲断试样所消耗的功 是评价材料在高速冲击作用下抵抗冲击破坏 的能力和材料的抗冲击韧性，具有重要工艺 意义。 www.themegallery.com Company Logo Logo 冲击强度测试方法 1）摆锤式冲击试验（或称简支梁冲击试验） A、缺口试样的冲击强度，反映了材料抵抗裂 纹扩展的性能。 B、无缺口试样的冲击强度，反映裂纹引发的 能量吸收。 摆锤式冲击试验中，试样断裂后飞出功，为实 际总冲击能量的（29～83）%。脆性越明显的 材料、试样厚度和跨度越大，飞出功也越大。 www.themegallery.com Company Logo Logo 2）落锤式冲击试验 可改变落锤重量和高度，获知板状试样击 成开裂或断裂时所需冲击能量。 球形或半球形落锤的下落速度在4.4m/s以 下，常见塔身高1m。 它是一种平板弯曲冲击试验，适用于板材 和片材。 www.themegallery.com Company Logo Logo 3）拉伸冲击试验（或称高速拉伸试验） 是评价材料抗冲击性能较好方法。它与弯曲 冲击相比，拉伸冲击测定的应力-应变曲线下 的面积，能合理计算在一定温度和拉伸速率 下试样拉伸断裂所消耗的能量，也表征材料 韧性的大小。并能精确地确定材料的断裂强 度和断裂伸长率。特别适用于对拉伸速率敏 感且韧性较好的聚合物材料。尤其适合薄膜 试样。冲击速度（2.6～4.1）m/s。 www.themegallery.com Company Logo Logo 8.2.5.2 影响聚合物冲击强度的因素 （1）高分子的结构 a. 主链的柔顺性越好，冲击强度越高 b. 侧链有大的刚性基团时，冲击强度低 c. 分子间作用力大，冲击强度小 d.支链冲击韧性会提高，分子间作用力减小 e. 结晶：冲击韧性取决于试验温度；结晶度增 加冲击韧性下降；球晶增大，冲击强度降低 www.themegallery.com Company Logo Logo f.分子量提高，冲击强度稍有增加 g.取向：取向后分子运动能力减弱，冲击强度下 降 h.填料：纤维填料，冲击韧性上升 i.粒子填料冲击韧性依情况而定，粒子间距、直 径、数量都有影响 J.增塑剂：冲击强度提高 www.themegallery.com Company Logo Logo （2）外界条件的影响 1）温度的影响 温度升高时，分子热运动有愈合钝化缺口裂 纹的作用，会提高冲击强度，如图7-11。无 定形聚合物在温度升高到接近Tg或更高时， 冲击强度迅速增加。 结晶聚合物处于Tg以上，比在Tg之下则有较 高的冲击强度。因分子热运动有松弛作用， 并消散了应力集中。 热固性聚合物的冲击强度受温度影响较小。 www.themegallery.com Company Logo Logo 2）冲击速度的影响 韧性材料随着应变速率提高，将会由塑性断 裂转变为脆性断裂。快速冲击试样是脆性断 裂；而慢速弯曲最终是塑性断裂。后者吸收 的断裂总能量约是前者的3.5倍。因此即使同 样的冲击能量下，高冲击速度易使脆性材料 断裂。 外力作用时间长，相当于温度降低。高聚物 有足够的时间松弛，材料呈韧性。 www.themegallery.com Company Logo Logo 8.2.6 聚合物的增韧改性 （1）分子量提高，冲击强度提高。 （2）对结晶聚合物，影响冲击强度主要是结晶形 态。控制结晶聚合物在冷却结晶过程中，生成小 球晶，会提高冲击强度。PE和PP的结晶度在 （40～50）%，室温下有很好冲击韧性。 （3）共混、共聚、填充改性 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。 www.themegallery.com Company Logo Logo 共聚、共混改性效果 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，产生巨大 经济效益。 www.themegallery.com CPE用量对PVC/CPE共混物 力学性能的影响 Company Logo Logo 如PS中添加橡胶粒子后，成为高抗冲ABS和 HIPS材料。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。关键是 如何把PS连续的基体相和PB橡胶相有机地 结合起来。 PS和PP等的增韧是橡胶微粒，在基体中促 使银纹化的结果。橡胶粒子在材料中是冲 击能量吸收器，有着特殊机理。 www.themegallery.com Company Logo Logo CPE在PVC/CPE共混物中的分散状态与共混 时间的关系 www.themegallery.com Company Logo Logo 由于PP是高等规度、大球晶聚合物，因而耐 寒性差、低温易脆断。改善PP的低温脆性是 PP改性的主要问题，也是汽车保险杠专用料 研究开发的关键。 与增韧剂共混是改善PP低温脆性的最有效途 径。其中(乙烯/丙烯/二烯)共聚物(EPDM)， (苯乙烯/丁二烯/苯乙烯)共聚物(SBS)，乙 烯/辛烯共聚物（POE）三种增韧剂的增韧效 果都比较理想。 www.themegallery.com Company Logo Logo 增韧剂含量增加，缺口冲击强度提高。其内在原因 是当材料受到冲击时，分散相的橡胶微粒吸收和分 散了大量的冲击能，引发大量的银纹，起到吸收和 分散冲击能的作用。同时大量银纹之间互相干扰， 阻止其进一步发展成裂纹，从而提高了PP的韧性。 POE的脆化温度低于76℃；剪切粘度低，热稳定性高， 有利于高速挤出和模塑；抗热老化及紫外光老化能 力明显优于EPDM和SBS，更适合户外使用。 增韧效果与增韧剂在PP中的分散程度关系很大，分 散粒径越小，增韧效果越好。 www.themegallery.com Company Logo Logo 填充、复合改性效果 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。纤 维一方面可以承担试片缺口附近的大部分负 荷，使应力分散到更大面积上，另一方面还 可以吸收部分冲击能，防止裂纹扩展成裂缝 （参看表7-5）。 www.themegallery.com Company Logo Logo • 与此相反，若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。因为填料相当于基 体中的缺陷，填料粒子还有应力集中作用， 这些都将加速材料的破坏。 •近年来人们在某些塑料基体中添加少量经过 表面处理的微细无机粒子，发现个别体系中， 无机填料也有增韧作用。 www.themegallery.com Company Logo Logo 8.2.6.3 增韧机理 （1）银纹机理 增韧作用主要来自海岛型弹性体微粒作为应力集中 物与基体间引发大量银纹，从而吸收大量冲击能； 同时，大量银纹间应力场相互干扰，降低了银纹端 应力，阻碍了银纹的进一步发展。（一般脆性聚合 物增韧为此机理，如：PS/SBS，PMMA/ACR） 该理论不能解释橡胶增韧与韧性基体的实验结果。 （2）银纹-剪切带机理 该理论认为：橡胶粒子作 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阻止银纹发展， 使银纹不至于形成破坏性裂纹。 www.themegallery.com Company Logo Logo 橡胶粒子引发银纹示意图 ABS中两相结构示意图 其中白粒子为橡胶相 www.themegallery.com 应力作用下橡胶粒子变形，造 成应力集中，引发银纹 Company Logo Logo ABS中橡胶粒子引发银纹的电镜照片， 其中黑粒子为橡胶相 www.themegallery.com Company Logo Logo 高抗冲PS共聚物中橡胶粒子引发PS基体产生 银纹的电镜照片 www.themegallery.com Company Logo Logo PVC/ABS共混物中ABS粒子引发PVC基体 产生银纹的电镜照片， ABS粒子中黑相为橡胶相 www.themegallery.com Company Logo Logo （3）刚性粒子增韧机理 1）刚性有机填料（或粒子）增韧。拉伸时，基体与 分散球粒杨氏模量和泊松比的差别使基体对粒子表面 产生强压力而发生脆韧转变，粒子发生冷流大形变， 吸收塑性形变能，提高材料的韧性。e.g PC/MBS(甲 基丙烯酸甲酯/丁二烯/苯乙烯共聚物) 2）刚性无机填料（或粒子）增韧 加入该种粒子， 促使基体在断裂过程中发生剪切屈服，吸收大量塑性 形变能，促进基体脆-韧转变。 e.g PVC+CaCO3 3）刚性、弹性填料（或粒子）混杂填充增韧 刚性粒子增韧的条件是:基体必须具有一定韧性 www.themegallery.com Company Logo