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了解聚合物断裂和抗拉强度问题

浏览次数:419发布日期:2020-05-23

聚合物的抗拉强度一般为2080MPa,比金属低得多,但对比其强度要比金属的高。它具有一定强度,是由分子间范德瓦尔斯键、原子间共价键及分子间氢键决定的。聚合物的实际强度仅为其理论值的事/200。此与其结构缺陷(如裂纹、杂质、气泡、空洞和表面划痕)和分子链断裂不同时性有关。

那么影响聚合物实际强度的因素仍然是其自身的结构,主要的结构因素有:

1)高分子链极性大或形成氢键能显著提高强度,如氢氯乙烯极性比聚乙烯大,所以前者强度高,尼龙有氢键,其强度又比聚乙烯高。

2)主链刚性大,强度高,但是链刚性太大,会使材料变脆。

3)分子链支化程度增加,因分子链间距增大,降低抗拉强度。如低密度聚乙烯支化程度高,其抗拉强度就比高密度聚乙烯的低。

4)分子间适度进行交联,提高抗拉强度,如辐射交联的PE(聚乙烯)比未交联PE的抗拉强度提高一倍;但交联过多,因影响分子链取向,反而隐低强度等。

 

在拉应力作用下,非晶态聚合物(如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚氯乙烯)的某些薄弱地区,因应力集中产生局部塑性变形,结果在其表面或内部或在裂纹尖端附近出现闪亮的、细长形的银纹(Craze)。

银纹在非晶态聚合物的拉伸脆性断裂中有重要作用。一般认为,银纹生成是非晶态聚合物断裂的先兆。在外力作用下,银纹质因其内部存在非均匀性(如有外来物质或杂质)而产生开裂,并形成孔洞。随后形成的孔洞。随后形成的孔洞与已有的孔洞连接起来,在垂直应力方向上形成微裂纹。微裂纹尖端区连续出现银纹,使微裂纹相连扩展,引起宏观断裂。因此,在工程上非晶态聚合物的断裂过程,包括外力作用下银纹和非均匀区的形成、银纹质的断裂、微裂纹的形成、裂纹扩展和最后断裂等几个阶段。与金属材料相比,聚合物形成银纹类似于金属韧性断裂前产生的微孔。

结晶态聚合物的脆性断裂过程与上述类似。

如果聚合物屈服后局部塑性变形方式为产生剪切形变带,当剪切形变带穿越过试样时,材料就产生韧性剪切断裂。

 

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