传统评价聚乙烯材料及其他高分子材料的力学破坏性能方法,其作用速度通常比较低,所反映的是材料在准静态条件下的性能。在这种低速率的外力条件下,材料的分子链有充分的时间发生构象的改变以及重新排列来响应外界条件的变化。但在真实环境中,材料常在较高速度的作用力下发生破坏,此时这种充分的分子链段运动是来不及的,因此需要在高速度作用力条件下研究材料的破坏性能。本文主要使用电液伺服加荷的高速度拉伸试验机,在高速拉伸作用下,对聚乙烯树脂及制品的破坏行为响应进行研究。主要包括:1.测试线型低密度聚乙烯、中密度聚乙烯和高密度聚乙烯等三类不同结构的聚乙烯树脂在不同应变速率下的强度变化,并结合扫描电镜、高速摄像机、DMTA、DSC、WAXD等方法研究聚乙烯树脂在不同应变速率下破坏的断口形貌、应变特点、微观结构与强度间的关系、结晶和取向;2.研究了玻纤增强的聚乙烯树脂随应变速率变化的强度和应变变化;3.研究了试样的几何尺寸,环境温度和滤波方式等试验条件对高速度拉伸结果的影响;4.采用拟合外推法外推拟合了4803T树脂的真实应力-真实塑性应变曲线,建立了Ree-Eyring模型和修正的Eyring模型,模拟常温和高低温下的聚乙烯树脂屈服强度随应变速率的变化;5.研究了不同焊接工艺条件下,聚乙烯管材热熔对接焊和聚乙烯土工膜焊缝在高速度拉伸及剥离下的特点,同时比较了不同RCP表现的聚乙烯管材料和不同NCTL性能聚乙烯土工膜料的高速度拉伸结果。结果发现:不同作动方式的拉伸试验机对聚乙烯树脂的应力应变影响不大;随应变速率增加,聚乙烯树脂呈现出屈服强度的明显增加和断裂应变的下降。应变速率在1s-1以下时在屈服后表现出应变硬化行为,且由于充分的链段运动和滑移,聚乙烯表现为韧性,试样断面较粗糙;而当应变速率超过1s-1,链段来不及响应外力,没有应变硬化产生,发生脆性破坏,试样断面则较光滑;整个宽应变速率范围内,聚乙烯树脂的屈服强度依赖应变速率增加的敏感性不同,高应变速率下屈服强度增加更快。在全应变速率范围内,低密度聚乙烯的屈服强度增加幅度小于中、高密度聚乙烯树脂;通过DMTA测试分析了造成这种现象的原因:低密度和中密度聚乙烯的β松弛随着频率增加而右移,因此推测对于低密度和中密度聚乙烯,造成屈服强度随应变速率变化的应该是非晶区分子链支化点的运动;对于高密度聚乙烯,则是γ松弛峰随着频率的增加而右移,因此应该是更高频率下高密度聚乙烯的非晶区缺陷处分子链的扭曲运动被关闭导致屈服强度的增加。在高速度拉伸过程中,聚乙烯材料形变的发生是不均匀的,处于样条中心位置发生的形变量最大,而越靠近夹具端,材料发生的形变量越小,而刚性的硬质聚氯乙烯各位置的形变则比较均匀;猜测造成这种差异的原因来自聚乙烯分子链与聚氯乙烯分子链柔顺性的不同;聚乙烯树脂屈服应变随应变速率增加明显降低。应变速率较低时,屈服应变呈现快速下降,但是当应变速率增加到一定程度后,屈服应变的下降幅度开始变小,表明这种协调变形的能力开始逐渐跟不上外力的变化;结合DSC和广角X射线衍射谱图发现,应变速率越高,应力诱导造成的结晶度降低,部分聚乙烯的熔融峰从一个变成了两个,说明更高的应变速率会促使发生晶型转变;应变速率越低,衍射峰越短,其取向性越好,结晶越完整;同时发现高密度聚乙烯树脂在较高应变速率下产生的大量热来不及释放,结晶区会发生熔融再结晶。玻纤含量只有10%时,三种聚乙烯的应力应变曲线随应变速率的变化跟未添加玻纤的情况类似;玻纤含量添加到20%以上,当应变速率超过100 s-1时,拉伸强度几乎不再增加,这是因为当应变速率超过某一限定值,玻纤和聚乙烯间的界面间结合力无法继续维持,导致玻纤从聚乙烯基体中脱出。高速拉伸条件下,决定聚乙烯树脂拉伸屈服强度的是拉伸应变速率,而非拉伸速度;相同应变速率下,试样的形状和几何尺寸对拉伸屈服强度影响不大;认为其原因是当样条受到拉伸作用时,最先发生形变位置处的分子链运动单元是相同的,因此在相同应变速率下响应得到的拉伸强度也相差不大;而不同几何尺寸试样在相同应变速率下伸长率不同的原因则是由于试样长短不一,拉伸取向发展的长度不同。各结构聚乙烯树脂在不同温度下都存在一个屈服行为的转变,温度越低,这种转变越倾向于在较低的应变速率下发生,温度越高,发生这种转变所需的应变速率也越大;原因是高温下分子链的能量高,运动能力强,响应外力运动的能力也强,因此发生转变需要的应变速率越大;而低温下分子链的运动能力变弱,分子链较难响应外力变化,因此在较低应变速率下转变就会发生。滤波会造成曲线的变形,不同滤波方式得到的最大负荷力值有很大差异;滤波也会影响相位的偏差,滤波等级越高,相位的偏差也越大。利用万能材料试验机上得到的低速度拉伸的应力应变曲线等结果,采用拟合外推法得到了4803T的真实应力-真实塑性应变曲线,与直接测量法比较发现,在同一应变速率下,应变越大越偏离直接测试得到的曲线;同时建立了一个在Eyring模型上改良的模型,其拟合效果和Ree-Eyring模型相同,但仅使用了三个材料参数;并在改良的Eyring模型上基础上加入温度函数,较好地模拟了温度和应变速率影响下PN049的屈服强度-应变速率曲线。成熟焊接工艺和非成熟焊接工艺制得的管材热熔对接焊试样,其破坏强度均随着应变速率增大而增大;非成熟焊接工艺的对接焊试样,在相对较低的应变速率下断口更容易发生脆性断裂,而在高应变速率下则偏于发生较韧性的断裂;成熟焊接工艺的管材热熔对接焊试样的拉伸强度值离散性小。高速剥离条件下,不同焊接工艺聚乙烯土工膜焊缝的破坏形式与应变速率无关,但焊接工艺越差,焊缝越容易发生完全分离,焊接工艺越成熟,焊缝越倾向于本体断裂;而由于剥离作用面上的强度不一,不同工艺焊缝在不同应变速率下的剥离强度没有呈现出规律性。RCP性能有差异的管材料及NCTL性能有差异的聚乙烯土工膜料,其屈服强度及断裂破坏能和屈服功之间的差值大小并未表现出明显的规律性。