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(yīng)力和平面應(yīng)變的定義非常清楚，但是伴隨斷裂過(guò)程的應(yīng)
力場(chǎng)卻無(wú)法準(zhǔn)確定義，圍繞裂紋尖端，這些應(yīng)力場(chǎng)不斷變化。通常
情況下，說(shuō)某個(gè)應(yīng)力狀態(tài)是以平面應(yīng)力或平面應(yīng)變?yōu)橹鞲鼮闇?zhǔn)確一
點(diǎn)。平面應(yīng)力和平面應(yīng)變范圍受試樣的尺寸、裂紋的長(zhǎng)度和截面的
厚度等因素的影響。一般來(lái)說(shuō)，薄片試樣的延性斷裂主要由平面應(yīng)
力所致，而較厚的板狀試樣的斷裂則主要由平面應(yīng)變所致。但是，
厚度并不是唯一的判定標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)椴牧蠈?duì)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(duì)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(shuō)是平面應(yīng)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(huì)發(fā)生均勻形變，形成
頸縮、發(fā)生斷裂�！巴|(zhì)”是指材料不包括那些可在早期形變階段
導(dǎo)致空洞形核的微結(jié)構(gòu)特征。聚合物的微觀形變過(guò)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(jià)鍵連接的高分子鏈特征，意味著由剪應(yīng)力
和拉伸應(yīng)力造成的形變過(guò)程會(huì)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(chēng)為“冷拉伸”或“取向強(qiáng)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(huì)達(dá)到非常高的
延伸率。形變行為不僅取決于一系列的測(cè)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(yàn)中“冷拉伸”過(guò)程中出現(xiàn)的一系列變化的示意
圖。經(jīng)過(guò)均勻形變較初階段之后，材料上出現(xiàn)了頸縮，之后頸縮區(qū)
域的橫截面積會(huì)發(fā)生很大程度的縮小。形變過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行，主要是
通過(guò)頸縮區(qū)域在大致恒定的載荷作用下，沿著試樣長(zhǎng)度方向的延伸
。當(dāng)延伸過(guò)程完畢后，導(dǎo)致進(jìn)一步形變的加載很快增加。較終的斷
裂主要是由于纖維化和微型孔穴的形成造成的。
