高分子材料的极限断裂强度和破坏性_省略___蠕变持久强度的动力学

第

4

卷

第年2

1

期月

材

料

科

学

进

展

V

o

l 4

.

,

N

o

.

l

1 9 9 0

M A T E R IA L S S C I E N C E

PR O G R E SS

Feb r u a

y r

19 9 0

高分子材料的极限断裂强度和破坏性能的研究1.

’

蠕变持久强度的动力学模型理论宋

名

实

(北京化工学院 )

摘

要

本文对当前蠕变持久强度的表征进行了系统总结

,

指出了它是高分子材料的可形变性。

、

分

子链应力集中情况和应力集中链断链滑移动力学三者统一的体现

基于这种破坏概念

,

推导出一种。

能表征半晶态

、

玻璃态和弹性体等聚合物的蠕变持久强度动力学模型理论和一般化断裂状态方程、

当该方程引人一

二级近似条件后

,

该式就分别还原为准脆性状态下粘弹性蠕变断裂方程。

、

受迫高

弹性状态卜蠕变断裂方程和高弹性状态 F蠕变断裂方程关键词

蠕变持久强度

,

蠕变持久性

,

聚合物材料的破坏1

,

聚合物材料的断裂

.

它17

.

丹

吉口,

研究高分子材料的断裂性能常采用宏观断裂力学和微观断裂动力学两种方法后者是一 3〕’〔 4把宏观断裂看作为应力活化后的价键破坏过程当这种主价键〔和次价键〕的破坏,

累积达到某一临界值时、

,

材料就呈现为宏观断裂

。

故高分子材料断裂力学性能具有强烈的,。

力学状态测试条件 (温度和加力速率 )和微观结构的依赖性对给定聚合物当改变温度〔 5一6〕或形变速率时可得到非晶态高聚物极限断裂强度同温度的关系它显示出三个特,

征断裂区和三个特征温度脆化温度以下呈现脆性断裂状态脆化温度以上呈现堆脆性’,受迫高弹性和高弹性等断裂状态假定脆化温度以上这些断裂过程分别为主价键〔〕或。

。

,

、

一

(断裂所控制时 )次价键 4

,

可得到它们的断裂时间对断裂强度的依赖方程U夕(。。

5一 6,〔

为

一

v

。

r 6 r少、、 .气了‘了 、,护 .、、,、产内

tf=

汉/‘

“。

e x

‘

kT

-

,

U

一代 I

r’a r~

、

I

,

,

一

l

。~

一

e x

一一 P气一万干一一,n

一 C

。,一

e x

尹( U

。

/ kT)

f a为断裂强度式中 t为断裂时间 t认为热裂解断键活化能 U o为流动活化能, tz m a n n常数无为 B o l为活化体积;和:为 z友力集中系数注

e和为绝对温度,,,

,

T。

,

,

,。

,

’‘

,

‘,

为与材料有关的三个常数

。

*

国家自然科学墓余资助项[ 1 9 5 8 7 0朋一0 3

;

19,

)]2 8年 12 0日收到

本文联系人宋名实教授北京市

:

,

,

10 0 0 ! 3

北京化卜学院高分子材料研究所

2 9

材’一6〕〔,、

料

科

学

进

展

19 0

年、

理论计算结果表明

l ) (2 ( )和 (3 )式只分别适用于描述热涨落一松弛破坏机理,

银纹一屈服破坏机理和局部塑性流动机理

即 (l )和 (2 )式只适用于主价键断裂机理

,

而( ) 3

式仅适用于次价键断裂机理范畴性、。

。

而事实上主

、

次价键断裂常共存,

,

故它们各自有自己的适用,

些外

,

它们既不能预测断裂强度与断裂伸长间的关系。

亦给不出断裂性能同微观结

构间的相关性

为此本文试图从高聚物结构的多重性和形变不均匀性出发,,

结合受迫高弹、

高弹性动力学本质和分子运动松弛特征,

把高分子材料的破坏看为可形变性、

分子链

应力集中情况和应力集中链的断链流动动力学三者统一的体现,

提出了一种具有一般化的,

蠕变持久强度动力学模型理论它既同时概括有主次价链的破坏机理又能预测断裂力学性能同微观结构参数和断裂时间的相关性并为测定高分子材料蠕变持久性能提供一种直线外推新方法。

2众所周知,

理论分析,

固体高聚物具有多重结构、

对半晶态高聚物有晶区和无定形区,,

,

对玻璃态,

高聚物和弹性体内部有长链产生一系列不均匀的形变很大区,,

短链和缠结链等结构e

这些结构在不同应力水平作用下 (联系 )链区、

会

有些区域形变很小,。

如半晶态高聚物的晶区;有些区域却形变玻璃态高聚物中的银纹。

呈现为局部塑性区,

如半晶态高聚物中 T i,

和交联一缠结网

中短链和可滑移链区等应力集中区和破坏源,,

这些局部大形变区就分别成为各自不同利害程

度的自然内在缺陷中链主,。

并呈现有受迫高弹性和高弹性的形变特征,,

这

些区域内的短链首先被伸直和取向

并承受最大部分应力

我们把这部分短链称为应力集究竟以哪种方式为,

它们既可相互间滑移和脱落、

亦可在主链上产生化学键断裂

取决于它们所承受

的应力状态。。

分子运动松弛特征和局部区域内形变方式 (如银纹化材料就呈结合蠕变条件得到了单个短链应力集中系数v认

和屈服 )

当整个试样中塑性区的应力集中链的断链和滑脱达到某一临界值后

现为宏观断裂

基于上述破坏概念_2

,

kT

(仪一

“

‘

)(

:

‘

+ 2

/

:

)

乞,

式中2 1.

:

为伸长比

,

。T

为总应力

应力集中链的滑脱和断裂动力学方程分子链的断裂和分子间滑脱主要是应力活化后的应力集中链的主价键和次价键的破两者间是平行竞争反应,。

坏

,

当以上述单位应力下单个应力集中链的应力集中系数作为独

立变量时

即可得到蠕变条件下应力集中系数的增加速率

瓮

一、( )【

一“一

—v

v it J丁

;

。

和

,,

;为四种网中在起始和

,

时的短链数

。

脚,/

“丁

+

‘ U

。

一

抑,/

“丁

l

4) (

瓮

/一、 (

)一‘一脚,。

/“r

1+【

“

。

一

‘。’/“

〕

(5 )

第

4

卷

第

l

期

高分子材料的极限断裂强度和破坏性能的研究

式中刀为活化体积

。

引入新变量 y (“。

一

户/+ 2/

kT二:

艺

(认 2刀:

v

一

:

一’

)(

:’

+ 2/

:

)

v一a T

一

:

并令

t=

…… 此处隐藏：8040字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……