颈缩

材料发生的局部截面缩减的现象

颈缩是指在拉伸应力下，材料可能发生的局部截面缩减的现象。通常用于在有些挤塑情况中，当挤出物离开模口时会产生这种现象，结晶性纤维和像聚乙烯之类的一些半结晶热塑性树脂在接近屈服点的临界应力作用下，也会出现这种现象。

简介

应力到达强度极限后，塑性变形开始在试样最薄弱处出现，从而导致试样局部截面急剧颈缩，承载面积迅速减少，试样承受的载荷很快下降，直至断裂。断裂时，试样的弹性变形消失，塑性变形则遗留在断裂的试样上。试样在颈缩以后由于颈缩处出现了三向应力，使断口形状类似于杯状，中间为平整断口(形如脆性断裂的特征)。它也预示应力状态可以改变材料的韧脆性断裂特征。

产生原因

多聚合物在塑性形变时会出现均匀形变的不稳定性。在拉伸试验中．这种塑性不稳定性就表现为颈缩的形成。产生塑性不稳定性的原因主要有两种：

(1)试件有效截面积的微小差异

譬如试件某部分比其他部分稍微薄一点，那么它受到的真应力就比其他部分高一点，这将导致该部位先于其他部分达到屈服点，其有效刚性也就低一点，继续形变就容易点。如此循环，直到该部位发生取向硬化，这一形变的不均匀性才能终止。

(2)屈服点以后的应变软化

若试件某局部的应变稍高于其他部分。则在该部位发生局部软化，从而使塑性不稳定性更易发展，直至被材料取向硬化所阻。

晶态聚合物一般包含晶区和非晶区，所以从比玻璃化温度低得多的温度一直到接近熔点的温度范围内均可发生颈缩现象。在拉伸条件下，晶态聚合物的行为与非晶态聚合物行为有相似的地方更有不同的地方。当晶态聚合物受拉发生形变时，晶体中的球晶间的非晶部分首先变形．同时球晶之间和片晶之间均可产生滑移，但温度较低时前者比后者的滑移来得容易些，而温度较高时两者的滑移相差不多。

根据球晶拉伸变形过程的x射线小角散和电子显微镜的观测结果表明：球晶拉伸过程中，片晶的变形包括①相变和双晶化；②高分子链的倾斜，片晶沿着分子链方向滑移和转动；③片晶的破裂，发生更大的倾斜滑移和转动；④被拉断的小分子链和被拉直的链段共同形成微丝结构。在晶态聚合物颈缩处可以观察到反映这种片晶滑移的“滑移带”，这种形变过程与金属等晶态材料相类似。

影响因素

影响聚合物颈缩现象的因素，主要有：

(1)温度

聚合物的力学性能对温度是很敏感的。在温度变化范围内，各种松弛转变一般会引起材料的模量和刚度下降。若在所研究的温度范围内没有松弛转变，则模量随温度升高是平稳下降的，这是因为热膨胀导致原子距离加大和分子间力的降低。所以，在拉伸过程中表现出较大的变形和较低的强度。

(2)应变率

拉伸过程中．增高应变率与降低温度的效应相似，随着应变率的增高，聚合物的柔韧性降低、模量和屈服应力增大，断裂则由韧性向脆性转变。在高应变率下，由于塑性变形过程作功，所以试件中出现升温现象。这时需同时考虑温度和应变率的影响。在低应变率下，聚合物的屈服强度下降，由于出现取向和再结晶现象，以致使断裂强度超过屈服强度。

(3)静水压力

压力减小了高分子链段的活动性，松弛转变移向较高温度，因此在给定温度下增加压力与给定压力下降低温度有相似的效应。

(4)结晶度

晶态聚合物随着结晶度的增高，而屈服应力、强度、模量、硬度等增大，断裂韧性、抗冲击性则下降。值得注意的是，球晶大小对强度的影响超过结晶度的影响，大的球晶一般使聚合物的韧性降低。

(5)取向

聚合物材料在取向方向上的强度随取向程度增加很快。晶粒的取向一般是先完成，而强度的迅速提高主要是由于非晶区的内链段取向的提高。在高度取向时，垂直于取向方向上的强度很小。在平行方向上的模量比不取向时增大很多．而垂直方向上的模量与无取向时差别不大。取向试件进行拉伸时，在不同方向上的屈服应力差别很大，即产生Bauschinger效应。值得注意的是，双轴取向时，在该双轴构成的面内，性能不像单轴取向时存在很弱的方向。因此，采用双向定向凝固的方法，可以改进聚合物(如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA等)的脆性等性能。

矿物颈缩

由于热力学驱动力的存在，流体包裹体壁的形状将发生变化以获得最低的表面自由能。与具有负晶形或球形的包裹体相比，那些具不规则或弯曲形态的包裹体相对不稳定。作为对热力学驱动力的响应，随着时间的变化，包裹体的形态将向着球形或负晶形转变，这种过程称为颈缩，是次生包裹体形成的一种机制，并影响了原生包裹体的形状和数目。

影响颈缩(或形状变化)的因素包括：时间、温度、流体和主矿物的成分、包裹体的原始大小和形状以及主矿物承受的应力。

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