大形變（large deformation）是指物體的形變大到不能用微小形變來處理的情況。氣體、岩石、橡膠態的高聚物等都能產生大形變。
基本介紹
- 中文名：大形變
- 外文名：large deformation
- 釋義：形變大到不能用微小形變來處理
- 舉例：高分子合金的大形變
簡介,固體的形變,高分子合金的大形變,
簡介
無定形或半結晶聚合物在受到壓延或拉伸時變形的能力稱為可延性。利用聚合物的可延性，通過壓延和拉伸工藝可生產片材、薄膜和纖維。聚合物的可延性取決於材料產生塑性變形的能力和應變硬化作用。形變能力與固態聚合物的長鏈結構和柔性（內因）及其所處的環境溫度（外因）有關；而應變硬化作用則與聚合物的取向程度有關。
玻璃態聚合物不能發生強迫高彈形變，只能發生因分子鍵長、鍵角變化所引起的高模量小變形（相對形變小於10%）的彈性行為，屬於可恢復的普彈形變，幾乎沒有可延性。當溫度高於脆化溫度而仍低於玻璃化溫度時，材料具有韌性，此時斷裂應力大於屈服應力，在外力作用下，被凍結的高分子鏈段開始運動，出現了強迫高彈態所具有的不可恢復的大形變。當溫度高於玻璃化溫度而低於黏流溫度時，材料在外力作用下產生巨觀的不可恢復的塑性與延伸形變，在該形變過程中，材料被拉伸而變細、變薄。
固體的形變
實際的物體在外力作用下都要發生形變。當物體在外力作用下處於平衡狀態時，若所受外力未超過一定的限度，所發生的形變則能在撤去外力後就隨之消失，物體完全恢復原狀，這種形變稱為彈性形變。本章所研究的固體皆可視作彈性體。
通常，我們將彈性體在外力作用下發生的形變分成五種：拉伸、壓縮、剪下、彎曲和扭轉。其中，拉伸和壓縮一般將引起固體體積的改變，稱為體變，且拉伸與壓縮兩者可統一描述；而彎曲和扭轉則是由拉、壓和剪下這幾種基本形變所形成的。
高分子合金的大形變
在高分子合金體系中，不同組分聚合物的化學結構、聚集態結構可能不相同；在相同條件下，不同組分的聚合物可能處於不同的力學狀態；不同組分的聚合物形成剪下帶、銀紋的難易程度、特點和發展趨勢也可能不相同。這些因素使高分子合金在應力作用下的應力—應變行為複雜化，既有與一般聚合物相同的規律，又有其自身的特點。
1、彈性體分散相的應力集中效應
彈性體增韌塑膠一般都是單相連續的形態結構。在通常條件下，樹脂連續相處於玻璃態或結晶態，彈性體分散相呈現高彈態，屬於典型的結構不均勻體系，彈性體分散相粒子起到了應力集中物的作用。當增韌塑膠受到外力作用時，就產生應力集中效應。
應力集中效應的大小，可以用應力集中因子（材料承受的實際應力與平均應力的比值）表示。應力集中因子的大小與應力集中物和基體彈性模量的相對大小、應力集中物的形狀、應力集中物間的距離、外力作用的方向等因素有關。
2、彈性體增韌塑膠的拉伸性能
在彈性體增韌塑膠中，除了分散相的應力集中效應外，還存在分散相組分和連續相組分的熱膨脹係數的不同。如彈性體增韌塑膠，彈性體的熱膨脹係數通常比基體樹脂的大，當共混體系由熔體冷卻時，在彈性體顆粒周圍的基體樹脂中產生熱縮應力。此熱縮應力為一種靜張力，可降低彈性體周圍基體樹脂的Tg，從而有利於在外力作用下的屈服。
基於以上討論，對於分散相彈性模量低於基體樹脂的橡膠增韌塑膠，在拉伸力作用下，由於產生應力集中效應和熱縮應力，易於使基體樹脂在不太大的平均拉伸應力下引發大量銀紋或剪下帶，使材料的韌性上升，但屈服應力下降，斷裂伸長率增加，拉伸強度下降，彈性模量也下降。
但是，剪下帶形變和銀紋化兩種屈服機理對材料拉伸性能的影響是不同的。銀紋多孔，靠連線銀紋兩銀紋面間的微纖維持強度，模量低，所以形成大量銀紋時材料的彈性模量下降的幅度大。
剪下形變則不同，剪下帶的力學性能接近於未形變的聚合物材料，又不會增加材料的可滲性，應變損傷的程度較小。
屈服形變是韌性玻璃態聚合物力學行為的重要特徵。對於橡膠增韌塑膠體系，由於分散相橡膠顆粒的模量低，在外力作用下更易發生伸長形變，成為應力集中的中心。特別在橡膠顆粒的赤道上應力集中最大，在橡膠顆粒周圍引發出大量銀紋或剪下帶導致材料產生局部的屈服應變。橡膠顆粒赤道附近的應力集中因子（最大主應力對施加應力之比）最大可達1.92。當橡膠顆粒中含有樹脂包容物時應力集中因子有所下降。如HIPS體系中橡膠粒子赤道附近的應力集中因子為1.54~1.89。隨著離顆粒表面的距離增加，應力集中因子迅速減小。當顆粒之間的距離小至一定程度，各顆粒的應力場之間會導致疊加效應，使應力集中因子進一步增大。應力集中因子增大有利於產生屈服形變。
