熱塑聚合物材料的微觀結(jié)構(gòu)-纖維化和微型孔

盡管平面應力和平面應變的定義非常清楚，但是伴隨斷裂過程的應
力場卻無法準確定義，圍繞裂紋尖端，這些應力場不斷變化。通常
情況下，說某個應力狀態(tài)是以平面應力或平面應變?yōu)橹鞲鼮闇蚀_一
點。平面應力和平面應變范圍受試樣的尺寸、裂紋的長度和截面的
厚度等因素的影響。一般來說，薄片試樣的延性斷裂主要由平面應
力所致，而較厚的板狀試樣的斷裂則主要由平面應變所致。但是，
厚度并不是唯一的判定標準，因為材料對塑性形變的阻力以及位于
裂紋尖端形變區(qū)的幾何尺寸對約束情況有很大的影響。因此，即便
是在很薄的薄片試樣中，晶體解理本質(zhì)上說是平面應變斷裂。
  聚合物的冷拉伸
  在很多“同質(zhì)”的熱塑性聚合物中，也會發(fā)生均勻形變，形成
頸縮、發(fā)生斷裂。“同質(zhì)”是指材料不包括那些可在早期形變階段
導致空洞形核的微結(jié)構(gòu)特征。聚合物的微觀形變過程和金屬差異很
大，其原因是兩種材料的微觀結(jié)構(gòu)以及原子間的結(jié)合方式不同。聚
合物具有大分子量、共價鍵連接的高分子鏈特征，意味著由剪應力
和拉伸應力造成的形變過程會涉及分子的逐步解纏結(jié)。
  分子的旋轉(zhuǎn)和解纏結(jié)使材料中分子的排列平行于拉伸的方向，
這就產(chǎn)生一種稱為“冷拉伸”或“取向強化”的現(xiàn)象。在某些聚合
物中，特別是熱塑性半晶體材料，在斷裂前，可能會達到非常高的
延伸率。形變行為不僅取決于一系列的測試和環(huán)境變量，而且取決
于分子量及其分布的情況。
  在單向拉伸試驗中“冷拉伸”過程中出現(xiàn)的一系列變化的示意
圖。經(jīng)過均勻形變最初階段之后，材料上出現(xiàn)了頸縮，之后頸縮區(qū)
域的橫截面積會發(fā)生很大程度的縮小。形變過程繼續(xù)進行，主要是
通過頸縮區(qū)域在大致恒定的載荷作用下，沿著試樣長度方向的延伸
。當延伸過程完畢后，導致進一步形變的加載很快增加。最終的斷
裂主要是由于纖維化和微型孔穴的形成造成的。

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