高聚物有着不同于低分子物质的结构特征，这是高聚物材料具有一系列优异性质的基础。然而，微观结构特征要在材料的宏观物理性质上表现出来，则必须通过材料内部分子的运动来实现。一种高聚物，结构不变，只是由于分子运动的情况不同，则可以表现出不同的宏观性质。高分子运动单元包括侧基、支链、链节、链段和整个分子等，运动单元的多重性决定了高分子除了可以像小分子那样振动、转动和移动外，高分子的一部分还可以作相对于其他部分的转动、移动和取向等运动。在一定的外力和温度条件下，高聚物会从一种平衡状态通过分子的热运动，达到与外界条件相适应的新的平衡态，由于高分子运动时运动单元所受到的摩擦力一般是很大的，这个过程通常是慢慢完成的，这就决定了高分子的宏观力学性能与应变速率及温度都有关系。高分子材料的力学性质随时间变化的现象称为力学松弛。高分子材料受到的外部作用情况不同，可以观察到不同的力学松弛现象，因此高分子材料是应变速率敏感型的材料。

图10-13所示为ABS高胶粉质量分数为4%时，ABS/PMMA合金在不同应变速率下的应力应变曲线。随着应变速率的增加，拉伸强度逐渐增加而断裂伸长率逐渐降低。这一现象可以通过高分子材料的松弛时间来解释。高分子材料的变形行为是与时间相关的一个过程，松弛时间和应力之间的关系可以用下式来表示

式中，τ为松弛时间（s）；ΔE为活化能（J）；a为常数，其值取决于材料的性质；R为气体常数[J/（K·mol）]；T为温度（K）。

玻璃态高聚物在外力作用下可能发生大变形，其本质与橡胶的高弹形变相似，称为强迫高弹形变。外力的作用下，当高分子链具有足够的松弛时间时，材料可以发生强迫高弹形变。加载速率越小，材料的应变速率就越小，材料的松弛时间就越大，高分子链有足够的时间松弛以达到平衡态，该现象从式（10-1）可以得出。当松弛时间τ增大时，材料性质不变，a不变，温度不变，为使材料屈服所需的应力σ则越小，即材料的拉伸强度越小。这意味着拉伸强度随着加载速率的降低而降低。

在较高的加载速率下，高分子链没有足够的松弛时间，分子链段不能进行充分的滑动和转动，只有较少的分子链被拉直，缠结的分子链直接被拉断导致材料的断裂。因此，在较高的应变速率下，由高分子链构象的改变引起的变形量减小。断裂伸长率主要是由分子链的滑动和转动来决定的，材料的断裂伸长率随着加载速率的增加而减小，其变化趋势与拉伸强度相反。

随着试验载荷的增加，高分子材料首先发生均匀的弹性变形，此阶段应力应变曲线为一直线；当高分子内薄弱界面上的局部应力达到某一与加载速率有关的临界值时，高分子链开始滑动或转动，当多数高分子链开始滑动或转动时，宏观上表现为高分子材料的屈服。从图中可以发现，应变速率小于7.25×10^-3/s时，拉伸应力应变曲线上有明显的屈服点。断裂发生在屈服之后，高分子链开始滑动前后分子链间的摩擦力分别为静摩擦和动摩擦，因而高分子材料屈服后应力有一定程度的下降。屈服点之后，应力随着应变的增加而降低，这一现象被称为应变软化。(www.daowen.com)

图10-13 ABS/PMMA（试样3：ABS高胶粉质量分数为4%）合金在不同应变速率下的应力应变曲线

当应变速率增加到7.25×10^-2/s时，材料的断裂发生在屈服之前，即应力应变曲线上没有屈服点，这种断裂称为脆性断裂。试样在不同应变速率下断口的扫描电镜照片如图10_-14所示。从图中可以发现，应变速率为7.25×10^-2/s时的材料断口（图10-14d）与其余三种应变速率下的断口明显不同，图10-14d的断口照片表现出脆性断裂的特征。而应变速率为7.25×10^-5/s时的材料断口（图10-14a）粗糙，表现出明显的韧性断裂的特征。这说明应变速率从7.25×10^-5/s增加到7.25×10^-2/s的过程中，材料的断裂方式从韧性断裂转变为脆性断裂，即材料在此过程中发生了韧脆转变。

图10-14 ABS/PMMA（试样3：ABS高胶粉质量分数为4%）在不同应变速率下断口的扫描电镜照片

a）应变速率7.25×10^-5/s b）应变速率7.25×10^-4/s c）应变速率7.25×10^-3/s d）应变速率7.25×10^-2/s