聚合物的断裂
聚合物的断裂1
1. 脆性断裂和韧性断裂
A. 聚合物材料韧性，在断裂前能吸收大量能量。
韧性不是总表现出来，由于加载方式改变（温度、湿度、速率、制件形状、尺寸）等会改变材料韧性，甚至脆断。
韧性断裂B.脆性在本质上总是与材料的弹性响应相关联。
断裂前试样的形变是均匀的，致使试样断裂的裂缝迅速贯穿垂直于应力方向的平面。断裂试样不显示有明显的推迟形变，断裂面光滑，相应的应力-应变关系是线形的或者微微有些非线形，断裂应变值低于5%，且所需的能量也不大。
C.韧性，通常有大得多的形变，这个形变在沿着试样长度方向上可以是不均匀的，如果发生断裂，试样断面粗糙，常常显示有外延的形变，其应力-应变关系是非线形的，消耗的断裂能很大。
D.在这许多特征中，断裂面形状和断裂能是区别脆性和韧性断裂最主要的指标。
E.脆性断裂是由所加应力的张应力分量（正压力）引起的，脆性断面垂直于拉伸应力方向。
    韧性断裂是由切应力分量（剪切力）引起的,切变线通常在以韧性形式屈服的聚合物中被观察到。
F.所加的应力体系和试样的几何形状将决定试样中张应力分量和切应力分量的相对值，从 而影响材料的断裂形式。
    例如，流体静压力通常可使断裂由脆性变为韧性，尖锐的缺口在改变断裂方式由韧变脆方面有特别的效果。
G.对于高分子材料，脆性和韧性还极大地依赖于实验条件，主要是温度和测试速率(应变 速率)。在恒定应变速率下的应力-应变曲线随温度而变化，断裂可由低温的脆性形变变为高温的韧性形变。应变速率的影响与温度正相反。
H.材料的脆性断裂和塑性屈服是两个各自独立的过程。实验表明，在一定应变速率下， 断裂
应力和屈服应力与温度的关系如图8-29 (a)所示。显然，两条曲线的交点就是脆韧转变点。同样，在一定温度下，断裂应力和屈服应力与应变的关系如图（b）所示，断裂应力受温度和应变速率影响不大，而屈服应力受温度和应变速率影响很大。即屈服应力随温度增加而降低，随应变速率增加而増 加。因此，脆韧转变将随应变速率増加而移向高温，即在低应变速率时是韧性的材料， 高应变速率时将会发生脆性断裂。此外，材料中的缺口对其脆韧转变影响显著，尖锐的缺口可以使聚合物的断裂从韧性变为脆性。
 
2.断裂影响因素
聚合物材料的破坏是高分子主链的化学键断裂或是高分子链间相互作用力的破坏。通常，由主链化学键强度或链间相互作用力强度估算的理论强度比聚合物实际强度大100〜1000倍，这是由于材料内部的应力集中所致。
引起应力集中的缺陷有几何的不连续，如孔、 空洞、缺口、沟槽、裂纹；
材质的不连续，如杂质的颗粒、共混物相容性差造成的过大第二组分颗粒；
载荷的不连续，不连续的温度分布产生的热应力等。
许多缺陷可以是材料中固有的，也可能是产品设计或加工时造成的：引起应力集中的缺陷有几何的不连续，如孔、空洞、缺口、沟槽、裂纹；材质的不连续，如杂质的颗粒、共混物相容性差造成的过大第二组分颗粒；载荷的不连续，不连续的温度分布产生的热应力等。许多缺陷可以是材料中固有的，也可能是产品设计或加工时造成的。
材料中存在上述缺陷时，其局部区域中的应力要比平均应力大得多，该处的应力首先达到材料的断裂强度值，材料的破坏便在那里开始。
为此，注意克服不适当的产品设计和加工条件，对提高材料的强度是非常必要的。

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