高分子物理第8章答案

1.答：

脆-韧转变点：同一聚合物材料表现为脆性或韧性同温度和应变速率有关，低应变速率（高温）下韧性的材料，高应变速率（低温）时会发生脆性断裂，断裂应力、屈服应力与应变速率（温度）关系曲线的交点即为脆韧转变点。

细颈：材料拉伸到达屈服点时，因发生强迫高弹形变，出现试样截面突然变细的现象，称为“纫颈” 剪切带：韧性高聚物拉伸至屈眼点时，因斜截面上的最大切应力首先达到材料的抗剪强度，因此试样上出现与拉仲方向成45（135）度角的剪切滑移变形带或互相交义的剪切滑移变形带（可用双折射或二色性实验观察）

银纹：在张应力作用下，聚合物材料某些薄弱部分出现应力集中而产生局部的塑性形变和取

向，以致在材料表面或内部垂直应力方向上出现长度约100μm、宽度约10 μm、厚度约1 μm的微细凹槽，拉伸断裂前在弯曲范围内观察到应力发白现象,即产生了大量银纹

应力集中：如果材料存在缺陷（裂缝、宅隙、缺口、银纹和杂质等），受力时材料内部的应力平均分布状态将发生变化，使缺陷附近局部范围内的应力急剧增加，远远超过应力平均值．这种现象称为应力集中。 疲劳：疲劳是材料或构件在低于屈服应力或断裂应力的周期应力作用下，因材料内部或其表面应力集中处引发裂纹并促使裂纹传播，从而导致最终的破坏断裂或失效的现象，是材科在实际使用中常见的破坏形式。

强迫高弹形变

Tg以下拉伸时，过屈服点后，材料中少数链段在应力作用下运动，本质同高弹形变，但由于分子运动被冻结，故高弹形变被固定成永久形变，但若温度提高到Tg附近，此形变可恢复。 高弹形变

Tg以上，施加外力时链段运动，发生大的形变，外力除去后形变可恢复的现象。

2答：（略，见讲义）

3．答：需画图说明

（1）温度的影响： ①T1<T1③T3 Tg以下几十度 ε达到102% ④ T4>Tg

温度升高,材料变的软而韧，σB 下降, εB增加，温度降低,则反之 （2）应变速率的影响

增加应变速率与降低温度的效应相似

速率降低,材料变的软而韧，σB 下降, εB增加，应变速率升高,则反之

5.答：

聚合物抵抗外力破坏的能力称为强度，对于不同的破坏力有不同的强度，如拉伸强度、冲击强度和弯曲强度等。

由于材料在成型加工过程中材料内部存在缺陷（(杂质、气泡、空穴、内应力、几何不连续、孔洞、浇口位臵不合理等)而引起应力集中导致破坏，使材料的实际强度大大低于理论强度。

6答：

影响高聚物强度的因素包括结构（如化学键、支化、结晶、交联、取向等）和外因（如增塑剂、缺陷、温度和作用速率等） 增强方法：

 结构改进，提高主链化学键力和分子间作用力、提高结晶度、取向等

 在聚合物基体中加入第二种物质，形成“复合材料”，通过复合来显著提高材料力学强度

例：

（1）粉状填料增强如炭黑、轻质二氧化硅与橡胶复合 机理：活性填料粒子的活性表面较强烈吸附橡胶分子链。形成链间物理交联，均匀分布负荷（2）（2）纤维增强热固性塑料，如玻璃钢，碳纤维复合材料，帘子线增强的轮胎

机理：利用纤维的高强度以承受应力，利用基体树脂的塑性流动及其与纤维的粘结性以传递应力

（3）液晶聚合物与热塑性塑料共混，液晶的棒状结构使共混物中形成微纤而起增强作用 （4）利用纳米材料高表面活性和大的比表面积而增强 增韧方法

（1）脆性塑料增韧

例：海岛型弹性体微粒作为应力集中物在基体间引发大量银纹，银纹所产生的新表面吸收了大量冲击能，同时银纹和弹性体粒子将应力场相互干扰，降低了银纹端应力，阻碍了银纹的进一步发展，不会发展成破坏性裂纹，由此达到基体材料脆-韧转变的目的。 例如：PS＋橡胶（P71）,PMMA+ACR （2）较韧性塑料进一步增韧

对于有一定韧性的塑料而言，受到张力作用时，45 °斜截面上的最大切应力首先达到材料的抗剪强度，出现与拉伸方向成45 °的剪切滑移变形带，发生剪切屈服。吸收大量塑性形变能。弹性体粒子作为应力集中物，在外力作用下诱发大量银纹和剪切带，吸收能量。同时橡胶粒子和剪切带控制和终止银纹发展，使银纹不至形成破坏性裂纹，达到进一步提高基体材料韧性的目的。

例：PP、尼龙、HDPE、PC、POM等

对于不同性质的基体，银纹和剪切带比例不同 例如: IPP/PEO先剪切屈服，再产生银纹

ABS:如果橡胶粒子较小，就会发生剪切形变 如果粒子较大，就会诱发银纹 PVC／CPE：有细颈而无应力发白现象，是以

剪切屈服为主的增韧机理

（3）纳米粒子增韧

加入超细无机填料粒子(如：超细CaC03（1-10nm）、超细陶瓷（0．1μm，比普通陶瓷细1000倍)，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，达到提高基体材料韧性的目的。

7.答

（1） PS，侧链有苯环，呈脆性

（2） 聚苯醚，主链有苯环，属刚性因素，冲击强度不够好，但因有-O-键，使其韧性好于（1）

（3） 聚碳酸酯 ，虽然主链有苯环，属刚性因素，但因有柔性较大的酯键，使其

具有较好的韧性

（4） ABS 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三种单体聚合而成的玻璃态连续相分散橡胶相的高分子材料，具有很

好的强度（丙烯腈和苯乙烯单元）和韧性（丁二烯单元）。

（5） 聚乙烯，LDPE的支化程度高，分子间距离大，所以冲击强度高 （6） HDPE的高结晶度使其呈现一定脆性 顺序LDPE>(3)>(4)>HDPE>(2)>(1)

8.答：

（1） 与乙丙橡胶共混，成型过程减小球晶（快速冷却或加成核剂） （2） 加炭黑增强

（3） 结构中引入芳环 （4） 双向拉伸

（5） 纤维（玻璃纤维、有机纤维等）增强

10.答

按照格里菲思(Griffith)线弹性断裂理论KICC(a)

该材料可承受的理论临界应力 84.7×106/（3.14×0.005）1/2=676×106

，

实际受力 450×106，加上安全系数后为675×106小于σc，所以结构是安全的。

0.5