有机玻璃的断裂机理详细介绍(一)

人气 2578   2012-9-28 15:15

虽然在各种载荷作用下,有机玻璃断口的外形和细微形貌特征有许多差别,但总的说来,非定向有机玻璃的各种试样和定向有机玻璃的缺口试样都以典型的脆性断裂形式破坏。本节简略地阐明形成上述形貌特征的机理。

一般认为有机玻璃受应力作用时,材料结构中最薄弱的部分首先破坏,形成微观裂隙,当应力增加或循环应力次数增加时,裂隙尖端产生局部塑性形变(本质是强迫高弹形变)而形成银纹。当应力超过银纹中微纤强度或微纤在多次循环应力作用下疲劳时,银纹便发展为裂纹。

非定向有机玻璃在宏观上是各向同性均质材料,但微观结构上存在下列不均匀性:高分子链雕列的有序程度在微观范围内有起伏,因此分子链间相互作用力的大小有起伏,特别是在表面高分子链段的堆砌密度比较低,链段的活动性较高;高分子链末瑞的自由体积大,活动性大;在有机玻璃板林的制造、成型以及试样加工过程中可能夹带进异物、空洞、气泡,造成应力集中或产生不均匀的残余应力,因此缺口试样的断裂源一般出现在缺口根部,光滑试样的断裂源大多出现在试样表面和棱角处。

当有机玻璃长期飞行和老化后,由于分子量下降,链端数目增加,材料表面和内部的薄弱点增多,因而材料内部的薄弱点发展为裂纹源的概率也增加,有时能发现裂纹源出现在试样内部的情况,定向有机玻璃是宏观上各向异性材料。由于分子链倾向于沿板材平面平行地排列,因此在厚度方向上分子链间相互作用力最弱。定向有机玻璃的光滑试样,犹如一块结合力薄弱的层压板,棱角处最容易分层,因此,裂纹源多出现在棱角处。在静拉伸应力作用下,镜面区是主裂纹通过单个银纹(即裂纹尖端只有单个银纹区)持续缓慢扩展的结果,因而表面十分平整光滑。随着裂纹的扩展、作用应力的提高,当裂纹尖端有足够大的能量而激发起多个银纹区,致使裂纹通过银纹来扩展时,镜面区终止。同样,在疲劳试验中,当裂纹通过其前缘的单个银纹区扩展时,形成镜面区。不过,疲劳裂纹的扩展不是持续发展而是周期性发展的。

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