基本介紹
- 中文名：溶脹斷裂
- 實質：聚合物的兩種特性
- 溶脹：聚合物在溶劑中體積發生膨脹
- 斷裂：材料或構件力學性能的基本表征
溶脹,分類,溶脹過程,斷裂,脆性斷裂,延性斷裂,
溶脹
由於高分子的相對分子質量大且具有多分散性，分子形狀有線形、支化和交聯的不同類型，聚集態結構有結晶態和非結晶等類型，因此，高分子的溶解現象比小分子化合物複雜得多。
高分子的溶解是一個相對緩慢的過程，可分為溶脹和溶解兩個階段，溶脹是指溶劑分子擴散進入高分子內部，使其體積膨脹的現象。溶脹是高分子材料特有的現象，其原因在於溶劑分子與高分子尺寸相差懸殊，分子運動速度相差很大，溶劑分子擴散速度較快，而高分子向溶劑中的擴散緩慢。因此，高分子溶解時首先是溶劑分子滲透進入高分子材料內部，使其體積增大，即溶脹。隨著溶劑分子的不斷滲入，溶脹的高分子材料體積不斷增大，大分子鏈段運動增強，再通過鏈段的協調運動而達到整個大分子鏈的運動，大分子逐漸進入溶液中，形成熱力學穩定的均相體系，即溶解階段。
分類
溶脹有兩種：
①無限溶脹：線形聚合物溶於良好的溶劑中，能無限制吸收溶劑，直到溶解成均相溶液為止。所以溶解也可看成是聚合物無限溶脹的結果。
例：天然橡膠在汽油中；PS在苯中。
②有限溶脹：對於交聯聚合物以及在不良溶劑中的線形聚合物來講，溶脹只能進行到一定程度為止，以後無論與溶劑接觸多久，吸入溶劑的量不再增加，而達到平衡，體系始終保持兩相狀態。用溶脹度Q（即溶脹的倍數）表征這種狀態，用平衡溶脹法測定之。
溶脹過程
聚合物溶解時必須先經過吸收溶劑從而使聚合物膨脹的過程。聚合物溶解時先溶脹的原因是：
1、聚合物蜷曲的形狀能提供溶劑分子擴散進去的空間；
2、溶劑分子較小，擴散速度較快，在聚合物擴散至溶劑中引起它溶解之前，溶劑分子已擴散到聚合物分子間引起它的溶脹。
由於高分子的長鏈分子量大， 所以當把高聚物浸入溶劑中時，高聚物不是馬上溶解，其溶解過程一般分為兩個階段： 首先是分子量小、擴散速率快的溶劑分子向高聚物中滲透， 使高聚物體積膨脹， 即溶脹。然後才是高聚物分子向溶劑中擴散，溶解。這就是說，在高聚物的溶解過程中，要先經過溶脹階段，然後才能溶解。
斷裂
脆性斷裂
脆性斷裂：沒有或僅伴隨著微量塑性變形的斷裂。玻璃的斷裂不發生任何塑形變形，是典型的脆性斷裂；而金屬的斷裂總伴隨著塑性變形，故金屬的脆性斷裂只是相對而言。根據裂紋擴展的路徑，脆性斷裂又可以分為解理斷裂和晶間斷裂。
（1）解理斷裂
一種典型的穿晶脆性斷裂。一定晶系的金屬一般都有一組在正應力作用下容易開裂的晶面，稱為解理面。一個晶體如果沿著解理面發生開裂，則稱為解理斷裂。
（2）晶間斷裂
斷裂路徑沿著不同位向的晶粒間界出現的斷裂。晶間斷裂可以脆性的也可以是延性的，分別稱為晶間脆性斷裂和晶間延性斷裂。
延性斷裂
伴隨有較大塑性變形的斷裂。典型的延性斷裂是穿晶的，通常有剪下斷裂和法向（或正向）斷裂兩種。單軸拉伸載荷作用下沿著拉伸軸約45°的面滑開的斷裂稱剪下斷裂。單晶情況下滑開面通常是滑移面。當剪下在一組平行滑移面上出現時，則形成傾斜型剪下斷裂。剪下若沿兩個方向發生，則形成鑿尖型剪下斷裂。厚板或圓柱試樣在單向拉伸時，剪下斷裂從頸縮區中心開始，並向外擴展。巨觀斷裂路徑垂直於拉伸軸，微觀斷口呈鋸齒狀，因其裂紋擴展時是通過與拉伸軸成30°-45°的交替面上剪下而實現的，故這種斷裂方式一般稱為法向（正向）斷裂。它的最終斷裂是通過與拉伸軸成45°平面上的剪下斷裂。延性斷裂是空洞在第二相顆粒上形成、長大和匯合的過程。延性斷裂的斷口呈韌窩或塑孔狀。
非晶合金的斷裂在巨觀上表現為脆性，在微觀上表現為延性斷裂。
在恆定或不斷增加的載荷條件下，固體材料發生斷裂的機制概括有四種：
（1）解理斷裂機制：拉伸應力使原子間發生斷裂。
（2）塑形孔洞長大斷裂機制：孔洞長大和粗化，或通過塑性流動發生完全頸縮。
（3）蠕變斷裂機制：通過原子或空隙沿應力方向擴散使空穴長大、粗化。
（4）應力腐蝕開裂機制：應變速率參與的發生在裂紋尖端局部的化學侵蝕。
