题目
某聚合物的粘弹行为服从Kelvin模型,其中n值服从WLF方程,E值服从 橡胶弹性统计理论。该聚合物的玻璃化温度为5°C,该温度下粘度为lel2Pa • s, 有效网链密度为le-4mol/cnT3。试写出30°C、le6Pa应力作用下该聚合物的蠕 变方程。答: _((t))=g(infty )(1-(e)^-t/i)1.名词解释:脆-韧转变点;细颈;剪切带;银纹;应力集中;疲劳。脆-韧转变点:在一定应变速率下,作断裂应力和屈服应力分别与温度T的关系 曲线,两条曲线的交点就是脆韧屈服转变点。细颈:高分子材料试样条在拉伸实验中,试条某点的横截面突然快速下降的现 象。剪切带:只发生在局部带状区域内的剪切变形。银纹:聚合物在张应力作用下,于材料某些薄弱地方出现应力集中而产生局部 的塑性形变和取向,以至在材料表面或内部垂直于应力方向上出现长度为 100 Lim、宽度为10 pm左右、厚度约为m的微细凹槽。应力集中:受力材料在形状、尺寸急剧变化的局部或内部缺陷(孔、裂缝等) 的附近出现应力显著增大的现象。疲劳:材料或构件在周期应力作用下断裂或失效的现象,是材料在实际使用中 常见的破裂形式。2.画出非晶态和晶态聚合物拉伸时典型的应力-应变曲线,指出曲线上的特征点 及相应的应力、应变名称。3.讨论温度、应变速度、流体静态压力对上述应力-应变曲线的影响规律。4.简述几种组合应力作用下材料的屈服判据,比较不同判据之间的差异。
某聚合物的粘弹行为服从Kelvin模型,其中n值服从WLF方程,E值服从 橡胶弹性统计理论。该聚合物的玻璃化温度为5°C,该温度下粘度为lel2Pa • s, 有效网链密度为le-4mol/cnT3。试写出30°C、le6Pa应力作用下该聚合物的蠕 变方程。

1.名词解释:
脆-韧转变点;细颈;剪切带;银纹;应力集中;疲劳。
脆-韧转变点:在一定应变速率下,作断裂应力和屈服应力分别与温度T的关系 曲线,两条曲线的交点就是脆韧屈服转变点。
细颈:高分子材料试样条在拉伸实验中,试条某点的横截面突然快速下降的现 象。
剪切带:只发生在局部带状区域内的剪切变形。
银纹:聚合物在张应力作用下,于材料某些薄弱地方出现应力集中而产生局部 的塑性形变和取向,以至在材料表面或内部垂直于应力方向上出现长度为 100 Lim、宽度为10 pm左右、厚度约为m的微细凹槽。
应力集中:受力材料在形状、尺寸急剧变化的局部或内部缺陷(孔、裂缝等) 的附近出现应力显著增大的现象。
疲劳:材料或构件在周期应力作用下断裂或失效的现象,是材料在实际使用中 常见的破裂
形式。
2.画出非晶态和晶态聚合物拉伸时典型的应力-应变曲线,指出曲线上的特征点 及相应的应力、应变名称。
3.讨论温度、应变速度、流体静态压力对上述应力-应变曲线的影响规律。
4.简述几种组合应力作用下材料的屈服判据,比较不同判据之间的差异。
题目解答
答案
答:(1)单参数屈服判据(Tresca判据和最大形变能理论),只受正应力和切 应力;(2)双参数屈服判据(Coulomb判据或MC判据),受正应力、切应力和 正压力。此外考虑流体静压力的改进的Tresca和Von Mises判据也适用。
5.何谓聚合物的强度?为什么理论强度比实际强度高很多倍?
6.简述聚合物增强、增韧的途径和机理。
答:聚合物增强途径:通过添加增强剂来形成复合材料;
机理:形成复合材料,可以传递应力,避免基体应力集中,提高力学强度。 聚合物的增韧途径:添加增塑剂。
机理:银纹机理、银纹-剪切带机理、三轴应力空化机理、刚性粒子增韧机理。
7.下列几种聚合物的抗冲击性能如何?为什么? (T
(1) 聚苯乙烯;(2)聚苯醍;(3)聚碳酸酯;(4)ABS;(5)聚乙烯
答:(1)聚苯乙烯,因主链挂上体积庞大的侧基苯环,使之称为难以改变构象的 刚性链,使得冲击性能不好,为典型的脆性聚合物。
(2) 聚苯醍,因主链含有刚性的苯环,故为难以改变构象的刚性链,冲击性能 不好。
(3) 聚碳酸酯,由于主链中含酯基,在-120摄氏度可产生局部模式运动,称之 为B转变。在T〈Tg时,由于外力作用,B转变吸收冲击能,使聚合物上的能
量得以分散,因此冲击性能好,在常温下可进行冷片冲压成型,即常温塑性加 工。
(4) ABS,因ABS具有多相结构,支化的聚丁二烯相当于橡胶微粒分散在连续 的塑料相中,相当于大量的应力集中物,当材料受到冲击时,它们可以引发大 量的裂纹,从而能吸收大量的冲击能,所以冲击性能好。
(5) 聚乙烯,由于聚乙烯链节结构极为规整和对称,体积又小,所以聚乙烯非 常容易结晶,而且结晶度比较高。由于结晶限制了链段的运动,使之柔性不能 表现出来,所以冲击性能不好。高压聚乙烯由于支化多,破坏了链的规整性, 结晶度低些,冲击性能稍好些。
8.如何采用物理改性的方法制备下列材料?简述其改性机理。
(1)抗冲击聚丙烯塑料;(2)高强度丁苯橡胶;(3)高强度尼龙纤维;(4) 高强度、高耐折射性的聚酯薄膜;(5)高强度环氧树脂。
9.用低密度聚乙烯改性尼龙的研究和应用报道很多。该种共混体系相容性很差, 用什么方法可以改善两者的相容性?用什么实验手段可以说明相容性确实显著 提高了?
10.现有一块有机玻璃(PMMA)板,内有长度为10mm的中心裂纹,该板受到一 个均匀的拉伸应力6=450e6N/nT2的作用。已知材料的临界应力强度因子 KIC=84. 7e6N/nT2 • nTl/2,安全系数n=l. 5,问板材结构是否安全?