Kapton薄膜單軸拉伸中心撕裂性能研究

劉 巖，劉儼震

長(zhǎng)安大學(xué)建筑工程學(xué)院，陜西西安710061

0 引言

為適應(yīng)當(dāng)前國(guó)防和航空事業(yè)的發(fā)展，完成我國(guó)各項(xiàng)深空探測(cè)任務(wù)，對(duì)高精度大型空間可展天線的需求越來(lái)越迫切。充氣天線結(jié)構(gòu)作為一種有前景的可折疊展開結(jié)構(gòu)，代表著未來(lái)深空可展天線的發(fā)展方向之一［1～5］。充氣天線在地面發(fā)射時(shí)為折疊收納狀態(tài)，收藏在整流罩內(nèi)；待航天器進(jìn)入空間軌道后，再由地面控制指令使其在空間軌道上按照設(shè)計(jì)要求逐步完成展開動(dòng)作，最后鎖定并保持為運(yùn)營(yíng)工作狀態(tài)。當(dāng)天線沿空間軌道運(yùn)行時(shí)，其相對(duì)太陽(yáng)和地球的位置、方向不斷變化，周期性地經(jīng)受太陽(yáng)直射和進(jìn)入地球陰影區(qū)。經(jīng)歷的高低溫變化幅度可達(dá)-180～+180°C，而作為充氣可展天線結(jié)構(gòu)的反射面材料Kapton薄膜是美國(guó)杜邦公司生產(chǎn)的一種含有聚酰亞胺基的高分子聚合物薄膜，目前圍繞Kapton薄膜的既有研究主要集中在材料物理成型、化學(xué)制備等方面［6～11］，關(guān)于Kapton薄膜力學(xué)性能的研究很少。而反射面Kapton薄膜材料（以下簡(jiǎn)稱Kapton膜材）是充氣天線結(jié)構(gòu)的最為重要的部分，其性能直接關(guān)乎結(jié)構(gòu)安全。Kapton膜材的生產(chǎn)制備、反射面安裝、老化、尖銳物的不慎刺劃等往往使其產(chǎn)生一定的初始缺陷，而缺陷導(dǎo)致的應(yīng)力集中會(huì)使得膜材很快發(fā)生撕裂破壞，最終造成充氣天線結(jié)構(gòu)徹底失效。因此該膜材撕裂性能的明晰是開展充氣結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用的一個(gè)先決條件。然而關(guān)于Kapton薄膜的撕裂性能至今未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道，尚處空白階段，其研究難以滿足在航空航天領(lǐng)域的工程應(yīng)用，亟待對(duì)反射面膜材在初始撕裂缺陷下的力學(xué)性能展開相關(guān)研究。本文對(duì)Kapton薄膜進(jìn)行單軸中心撕裂試驗(yàn)，考慮不同切縫角度、不同溫度工況對(duì)其單軸中心撕裂力學(xué)性能的影響，為該類膜材力學(xué)性能研究以及后續(xù)充氣可展天線結(jié)構(gòu)的實(shí)際工程應(yīng)用提供參考。

1 單軸拉伸中心撕裂試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料及試件尺寸

試驗(yàn)采用的Kapton薄膜為美國(guó)杜邦公司生產(chǎn)，型號(hào)為100HN，可在極苛刻溫度環(huán)境-269～400℃下安全使用，其相關(guān)基本參數(shù)如表1所示。

表1 Kapton基本參數(shù)Table 1 Basic par ameters of Kapton foil

Kapton膜材參照塑料薄膜拉伸試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)［12，13］，采用切割樣條法對(duì)Kapton膜材沿膜材長(zhǎng)度方向和垂直膜材長(zhǎng)度方向裁切矩形條狀試樣（如圖1），按照?qǐng)D2所示均勻地在膜材卷每個(gè)方向上選取試樣，距離整卷膜材端部大于等于3 m，距整卷膜材側(cè)邊部大于等于100 mm?？紤]其應(yīng)用于航天領(lǐng)域的充氣天線時(shí)，處于極端惡劣的工作環(huán)境，過(guò)大的切縫長(zhǎng)度會(huì)使天線精度嚴(yán)重降低，故切縫長(zhǎng)度選取為5 mm，夾持端采用2 mm厚的鋁片進(jìn)行加固，試件的尺寸設(shè)置見(jiàn)圖2。試件總長(zhǎng)度為150 mm，寬度為25 mm，厚度25μm，夾持端長(zhǎng)25 mm，有效拉伸區(qū)域?yàn)?00 mm×25 mm。沿膜材機(jī)器展開方向（machined direction，MD）和與其垂直方向（transverse direction，TD）均設(shè)置7個(gè)切縫角度：0°，15°，30°，45°，60°，75°和90°，具體切縫角度如圖3所示。

圖1 帶有切縫的Kapton膜材長(zhǎng)條形試樣Fig.1 Stripped specimen of Kapton foil with a kerf

圖2 膜片試樣裁剪取樣Fig.2 Trimmed specimens for foil samples

圖3 沿MD和TD條形試樣切縫角度示意圖Fig.3 Diagram of stripped specimens with kerf at different angles in MD and TD

根據(jù)充氣天線結(jié)構(gòu)的服役環(huán)境，并結(jié)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)特種環(huán)境復(fù)合材料技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室的高低溫承受范圍，該試驗(yàn)溫度共設(shè)置10種工況，分別為：-70，-40，-10，0，20，50，80，110，140，170℃。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備及加載制度

試驗(yàn)設(shè)備采用INSTRON5965紅外拉伸試驗(yàn)機(jī)（如圖4），夾具采用手動(dòng)楔形夾具，試驗(yàn)機(jī)最大載荷5 k N，配置引伸計(jì)測(cè)量標(biāo)線間的應(yīng)變，拉伸速率為10 mm/min，常速拉伸至破壞。每個(gè)切縫角度下各拉伸5個(gè)試件，以確保試驗(yàn)的可靠性，裁切好的拉伸試樣如圖5所示。試驗(yàn)帶有高低溫環(huán)境箱，高溫環(huán)境采用電加熱營(yíng)造（如圖6），低溫環(huán)境采用液氮制冷（如圖7），最終將環(huán)境箱中的溫度調(diào)節(jié)至試驗(yàn)預(yù)設(shè)溫度。試驗(yàn)開始時(shí)，在夾具中央夾緊試樣，使其縱向中心線通過(guò)夾持面的中心線，保證拉力中心線通過(guò)試樣的中心線。將膜片試樣放入環(huán)境箱，待其達(dá)到目標(biāo)溫度后，保持20 min，使其恒溫穩(wěn)定后開啟試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試樣的拉伸。拉伸初始時(shí)刻，首先對(duì)膜材進(jìn)行預(yù)張拉，預(yù)張力大小約為3 N，接下來(lái)采用上述位移控制將試件常速拉伸至破壞，同步實(shí)時(shí)記錄荷載-位移曲線。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集頻率為20 Hz。

圖4 紅外拉伸試驗(yàn)機(jī)Fig.4 Infrared tensile testing machine

圖5 拉伸前裁切好的試樣Fig.5 Prepared specimens before tensile tests

圖6 高溫加熱示意圖Fig.6 Diagram of heating for high temperature

圖7 液氮制冷低溫示意Fig.7 Diagram of liquid Nitrogen for low temperature

2 不同切縫角度對(duì)膜材中心撕裂性能的影響

2.1 試驗(yàn)現(xiàn)象

在20℃（常溫）的溫度環(huán)境下，對(duì)MD和TD不同切縫角度的Kapton膜材試件進(jìn)行單軸拉伸試驗(yàn)，旨在考察切縫角度對(duì)撕裂性能的影響。其拉斷后試件如圖8所示。

圖8 斷裂后試樣Fig.8 Fractured specimens

加載開始后，初始裂縫隨著荷載的增大而逐漸張開；荷載繼續(xù)增大，裂縫端部應(yīng)力集中開始向試件兩側(cè)發(fā)展，此時(shí)初始裂縫呈橢圓形張開；當(dāng)荷載達(dá)到破壞荷載時(shí)，試件初始裂縫兩側(cè)的膜材被拉斷，破壞截面呈現(xiàn)橫向的“I”形。當(dāng)初始切縫存在傾角時(shí)，切縫端部的材料承受拉應(yīng)力與剪應(yīng)力的共同作用，破壞截面呈現(xiàn)為“Z”字形張開。通過(guò)對(duì)拉斷后的試件觀察可以發(fā)現(xiàn)，切縫的擴(kuò)展方向與切縫的初始角度無(wú)關(guān)，切縫的發(fā)展方向總是與試驗(yàn)儀器的加載方向垂直，該路徑為材料發(fā)生撕裂破壞的耗能最低路徑。同時(shí)在裂縫的發(fā)展過(guò)程中，切縫上下區(qū)域的膜材會(huì)發(fā)生向面外凸出的行為，這種現(xiàn)象被稱為“面外屈曲”［14，15］。

2.2 不同切縫角度Kapton膜材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

不同切縫角度下Kapton膜材單軸中心撕裂應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線、應(yīng)力-切縫角度、應(yīng)變-切縫角度關(guān)系曲線結(jié)果如圖9所示。

圖9 不同切縫角度下Kapton膜材中心撕裂關(guān)系曲線Fig.9 The relationship curves for center tearing tests of Kapton foils with different kerf angles

Kapton膜材具有顯著的非線性特征，力學(xué)性能上體現(xiàn)出各向異性［16，17］，從圖9（a）與（b）中可以得出，已有切縫缺陷的膜材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線依舊具有非線性特征，中心切縫的角度不影響應(yīng)力-應(yīng)變曲線的走勢(shì)，但對(duì)材料的極限抗拉強(qiáng)度和斷裂延伸率有著不利影響。從圖9（c）與（d）中可以得出，切縫角度為0°時(shí)，MD與TD方向的抗拉強(qiáng)度和斷裂延伸率均最小，隨著切縫角度的不斷增大，抗拉強(qiáng)度與斷裂延伸率不斷增大，分析為：定義切縫在垂直于拉伸方向上的投影長(zhǎng)度為等效切縫長(zhǎng)度，在切縫傾角為0°時(shí)，等效切縫長(zhǎng)度為5 mm，此時(shí)等效切縫長(zhǎng)度最大，隨著傾角增大，切縫的等效長(zhǎng)度逐步減小，能夠承擔(dān)荷載的截面反而增大。當(dāng)切縫傾角達(dá)到90°時(shí)，等效切縫長(zhǎng)度為0，缺陷方向與試樣拉伸方向一致，此時(shí)發(fā)生的破壞模式不再是裂縫的發(fā)展，而是同無(wú)切縫缺陷的試樣一樣，截面從切縫的兩端突然被拉斷，依舊呈現(xiàn)“Z”形斷面。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得的Kapton膜材單軸拉伸強(qiáng)度和斷裂延伸率，MD方向的抗拉強(qiáng)度為152.784 MPa，斷裂延伸率為38.705%，TD方向的抗拉強(qiáng)度為160.291 MPa，斷裂延伸率為92.837%。通過(guò)對(duì)圖9中的數(shù)據(jù)曲線分析可知，中心切縫缺陷對(duì)材料力學(xué)性能的最不利影響發(fā)生在0°角切縫處，MD方向Kapton膜材的抗拉強(qiáng)度下降73.31%，斷裂延伸率下降94.12%；TD方向Kapton膜材的抗拉強(qiáng)度下降75.72%，斷裂延伸率下降97.37%。斷裂延伸率εu計(jì)算如下

其中，L（mm）為試件拉伸后長(zhǎng)度，L（0mm）為隔距長(zhǎng)度。

在實(shí)際的工程應(yīng)用中，結(jié)構(gòu)的受力狀況較為復(fù)雜，因此應(yīng)盡量避免膜材出現(xiàn)裂縫缺陷。

3 不同溫度對(duì)膜材中心撕裂性能的影響

Kapton膜材應(yīng)用于航天領(lǐng)域，所處的工作環(huán)境極其惡劣，因此該組試驗(yàn)共進(jìn)行10種溫度工況下的Kapton膜材單軸中心撕裂拉伸，溫度分別為：-70，-40，-10，0，20，50，80，110，140，170℃，中心切縫統(tǒng)一采用0°角裂縫，長(zhǎng)度為5 mm，切縫方向垂直于試樣拉伸方向，旨在考察溫度因素對(duì)膜材中心撕裂性能的影響。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖10所示。

圖10 不同溫度下Kapton膜材單軸中心撕裂關(guān)系曲線Fig.10 The relationship curves for center tearing tests of Kapton foils at different temperatures

從-70℃到170℃，MD方向的抗拉強(qiáng)度從47.9 MPa降至30.8 MPa（圖10（a）中應(yīng)力-應(yīng)變曲線的最后一個(gè)點(diǎn)），約減少35.7%，斷裂延伸率從1.99%升高至3.99%，約增加100.5%；TD方向的抗拉強(qiáng)度從48.9 MPa降至28.1 MPa（圖10（b）中應(yīng)力-應(yīng)變曲線的最后一個(gè)點(diǎn)），約減少42.5%，斷裂延伸率從1.9%升高至4.34%，約增加128.4%，可見(jiàn)溫度對(duì)Kapton膜材的中心撕裂強(qiáng)度和斷裂延伸率都有著較大的影響。具體分析可以發(fā)現(xiàn)，在低溫區(qū)段，隨著溫度從20℃降溫至-70℃的過(guò)程中，隨著溫度的降低，近似彈性段的剛度逐漸增大，這表現(xiàn)為膜材逐步被低溫“硬化”，在材料受拉產(chǎn)生破壞時(shí)，微觀上表現(xiàn)為分子運(yùn)動(dòng)向高彈態(tài)過(guò)渡逐步進(jìn)入玻璃態(tài)的劇烈轉(zhuǎn)變，伴隨著溫度的降低，分子熱運(yùn)動(dòng)大大減弱，分子間的連接鍵逐漸加強(qiáng)，受到外力時(shí)不易斷裂。同時(shí)溫度的降低也會(huì)使得材料韌性降低，脆性增強(qiáng)。具體在拉伸曲線上表現(xiàn)為近似線彈性段的剛度明顯增強(qiáng)，塑性變形占比很小，以至于正要進(jìn)入塑性段，中心撕裂的膜材被拉斷。膜材被拉斷時(shí)，撕裂強(qiáng)度隨溫度降低而逐步增大，斷裂延伸率不斷減小。在高溫區(qū)段，隨著溫度從20℃升溫至170℃，近似彈性段的剛度逐漸降低，這表現(xiàn)為膜材逐步被高溫“燙軟”。在材料受拉產(chǎn)生破壞時(shí)，微觀上表現(xiàn)為分子運(yùn)動(dòng)向活化態(tài)劇烈轉(zhuǎn)變，伴隨著溫度的提升，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間的連接鍵減弱，在有初始裂縫缺陷的前提下，受到外力時(shí)更加易于斷裂。同時(shí)溫度的上升也會(huì)使得材料韌性加強(qiáng)，在拉伸曲線上表現(xiàn)為近似線彈性段斜率顯著降低，曲線逐步開始微彎曲，呈現(xiàn)出較為明顯的塑性變形過(guò)渡段，且塑性流動(dòng)階段平臺(tái)段越來(lái)越長(zhǎng)。因此最終致使膜材被拉斷時(shí)，撕裂強(qiáng)度基本上隨溫度升高而逐步降低，斷裂延伸率不斷地增大。

4 膜材撕裂理論

4.1 Griffith強(qiáng)度理論

上述的試驗(yàn)結(jié)果符合Griffith［18］強(qiáng)度理論的表述，該理論認(rèn)為帶有缺陷材料的強(qiáng)度總是低于不帶缺陷的材料。一個(gè)內(nèi)部沒(méi)有缺陷的試樣，拉伸時(shí)應(yīng)力的分布是均勻的，通過(guò)應(yīng)力表示如圖11（a）所示。對(duì)于有缺陷的試樣，在裂紋、雜質(zhì)、空隙處存在不連續(xù)的約束，缺陷處是空腔，不受應(yīng)力作用，但應(yīng)力在試樣內(nèi)部是連續(xù)的，此時(shí)應(yīng)力就會(huì)繞過(guò)缺陷堆積在缺陷的尖端（如圖11（b）所示），產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，使局部的材料首先達(dá)到其臨界斷裂強(qiáng)度而產(chǎn)生裂紋的擴(kuò)展，最終導(dǎo)致材料破壞。

圖11 試樣內(nèi)部應(yīng)力線分布Fig.11 Stress distribution inside the specimens

Griffith能量理論從能量平衡的觀點(diǎn)提出了裂紋擴(kuò)展的條件：當(dāng)裂紋擴(kuò)展釋放出的彈性應(yīng)變能等于新裂紋形成的表面能時(shí)，裂紋就會(huì)失穩(wěn)擴(kuò)展。

式中，dWe表示裂紋擴(kuò)展釋放出的彈性應(yīng)變能，dWs表示裂紋形成新表面的表面能，dA表示新增裂紋面積。

一個(gè)厚度為t的板，中間裂紋長(zhǎng)度為2a，無(wú)窮遠(yuǎn)處受到垂直于裂紋方向的拉應(yīng)力為σ的作用，如圖12所示。

圖12 帶中心裂紋的無(wú)限長(zhǎng)板件受拉Fig.12 Infinite tensioned plate with a central crack

Griffith根據(jù)文獻(xiàn)［19］的解得到了因裂縫的存在而釋放的彈性應(yīng)變能為

其中，E為彈性模量。

對(duì)于本試驗(yàn)試樣，中心切縫在破壞之前，擴(kuò)展的面積為dS=2tda，式中t為膜材的厚度（mm），a為1/2中心切縫長(zhǎng)度（mm）。假設(shè)2γ為切縫擴(kuò)展單位面積所需要的表面能，則相應(yīng)的裂紋擴(kuò)展形成新表面的表面能為

將（3）和（4）式帶入（2）式可得

上式又可寫為

G被稱為能量釋放率，是與材料性能有關(guān)的參數(shù)，是裂紋發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力，因此又被稱為裂紋擴(kuò)展力。彈性能釋放率存在一個(gè)臨界值，定義為GIC，當(dāng)G≥GIC時(shí)，裂紋才會(huì)發(fā)展。由此可以得出裂紋擴(kuò)展時(shí)的臨界應(yīng)力為

4.2 撕裂理論值與試驗(yàn)值對(duì)比

本試驗(yàn)的試樣寬度較小，切縫的擴(kuò)展階段持續(xù)時(shí)間短暫，臨界撕裂應(yīng)力與最大撕裂應(yīng)力相差不大，因此將最大撕裂應(yīng)力視為切縫開始擴(kuò)展時(shí)的臨界撕裂應(yīng)力，試驗(yàn)結(jié)果如圖9（c）和（d）。通過(guò)單軸拉伸試驗(yàn)所測(cè)得MD方向的彈性模量為2 593.624 MPa，TD方向的彈性模量為2 122.661 MPa。將圖9中得到的試驗(yàn)應(yīng)力值代入（6）式，求解后取平均值得到臨界彈性能釋放率GIC，得到MD方向GIC=10.757，TD方向GIC=12.185。再代入（7）式求得裂紋擴(kuò)展的臨界應(yīng)力的理論預(yù)測(cè)值，理論預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值的對(duì)比如圖13所示。

從圖13中可以看出撕裂理論能夠較好地對(duì)Kapton膜材的單軸中心撕裂強(qiáng)度做出預(yù)測(cè)，對(duì)比圖9與圖13中的數(shù)據(jù)可得到，MD方向最大誤差為5.83%，TD方向最大誤差為6.15%。

圖13 中心撕裂臨界應(yīng)力理論值與試驗(yàn)值對(duì)比Fig.13 Comparison between theoretical and testing values for critical stress of center tearing

5 撕裂斷面形貌分析

圖14所示為常溫下Kapton膜材在0°，15°，30°，60°，75°，90°初始切縫角度下的斷面形貌SEM圖像?？傮w而言有初始切縫的Kapton膜材試件斷面形貌同無(wú)初始缺陷的試件斷面形貌有所差異。無(wú)初始缺陷的Kapton膜斷面（如圖14（a）所示）形貌是典型的脆性斷裂，而有初始切縫的Kapton膜材斷面兼具脆性斷裂和韌性斷裂的特點(diǎn)，且具有不同角度切縫的膜材斷面形貌又表現(xiàn)出一定的差異性。

圖14 Kapton膜在不同初始切縫角度下的斷面形貌Fig.14 Fracture appereance of Kapton foils under different initial kerf angles

當(dāng)初始切縫角度為0°時(shí)，試件斷面形貌整體呈片層狀結(jié)構(gòu)，具有明顯的拔絲現(xiàn)象，呈現(xiàn)為顆粒狀分布，其他區(qū)域則較為光滑平坦；隨著初始切縫角度的增加，斷面上的拔絲現(xiàn)象逐步淡化，同時(shí)韌窩和裂紋條痕開始突顯，條痕呈現(xiàn)出一定的臺(tái)階狀肋形分布；當(dāng)初始切縫角度為90°時(shí)，拔絲現(xiàn)象進(jìn)一步減弱，斷面基本不再有較大的肋形條痕，其形貌呈現(xiàn)出細(xì)密的河流花樣。

當(dāng)初始切縫角度在0°～75°間（圖14（b）～（g）），荷載沿試件拉伸方向施加與裂縫發(fā)展方向垂直，表現(xiàn)為法向應(yīng)力，在加載過(guò)程中發(fā)生的“面外屈曲”會(huì)對(duì)裂縫施加面外的剪切應(yīng)力，該加載情況為混合加載模式Ⅰ-Ⅲ［20］，形成的斷口表面既非光滑也非連續(xù)，典型如圖14（g）中裂紋所示，呈現(xiàn)臺(tái)階狀的彎曲條痕。加載時(shí)，初始切縫兩端處于法向應(yīng)力和剪切應(yīng)力的共同作用下，剪切應(yīng)力使得分子間的內(nèi)聚力屈服，導(dǎo)致分子鏈的相對(duì)滑移；法向應(yīng)力使得分子主鏈強(qiáng)度破壞，導(dǎo)致主鏈的斷裂，上述兩種破壞模式共同作用下導(dǎo)致裂紋的擴(kuò)展。結(jié)合0°至90°切縫角度斷面形貌上的差異以及兩種斷裂模式之間的聯(lián)系，分析可得試件在較小的初始切縫角度時(shí)，裂紋的擴(kuò)展主要取決于分子鏈的相對(duì)滑移；隨著初始切縫角度的增大，剪切應(yīng)力逐漸減弱，分子主鏈的斷裂逐步取代分子鏈的相對(duì)滑移成為裂紋擴(kuò)展的主要模式。正是由于兩種破壞模式的共同作用，使得Kapton膜材中心撕裂斷面形貌呈現(xiàn)出兼具脆性斷裂和韌性斷裂的特點(diǎn)。

6 結(jié)論

以Kapton薄膜材料為研究對(duì)象，選取7種中心切縫角度和10種溫度工況進(jìn)行參數(shù)組織，對(duì)其進(jìn)行單軸中心撕裂試驗(yàn)，獲取了不同切縫角度和不同溫度下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線并對(duì)其破壞機(jī)制進(jìn)行了探討，具體結(jié)論如下：

1）不同切縫角度下，Kapton膜材發(fā)生的中心撕裂破壞，是由于切縫的端部存在應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂縫發(fā)展最終形成的材料破壞；拉伸過(guò)程中伴隨著相鄰切縫的“面外屈曲”，0°角切縫斷面為橫向“I”字形，有傾角切縫斷面呈現(xiàn)為“Z”形截面；切縫角度為0°是最不利情況，隨著切縫的角度的增大，等效切縫長(zhǎng)度逐漸減小，Kapton膜材的撕裂強(qiáng)度和斷裂延伸率均有所提高，但依舊遠(yuǎn)低于對(duì)Kapton膜材正常的力學(xué)性能。

2）不同溫度下，Kapton膜材MD方向和TD方向的中心撕裂強(qiáng)度和斷裂延伸率均有所差異。高溫區(qū)，膜材微觀上表現(xiàn)為分子運(yùn)動(dòng)向活化態(tài)劇烈轉(zhuǎn)變，伴分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間的連接鍵減弱，受到外力時(shí)易于斷裂；低溫區(qū)，材料微觀上表現(xiàn)為分子運(yùn)動(dòng)向高彈態(tài)過(guò)渡逐步進(jìn)入玻璃態(tài)的劇烈轉(zhuǎn)變，分子熱運(yùn)動(dòng)大大減弱，分子間的連接鍵逐漸加強(qiáng)，溫度的降低也會(huì)使得材料韌性降低，脆性增強(qiáng)。

3）在掃描電鏡下觀察不同初始切縫角度下的撕裂斷面，發(fā)現(xiàn)有初始切縫的試件的撕裂斷面形貌兼具脆性斷裂和韌性斷裂的特點(diǎn)，并結(jié)合破壞模式對(duì)上述特點(diǎn)進(jìn)行了闡釋。

4）基于Griffith強(qiáng)度理論提出的計(jì)算膜材撕裂強(qiáng)度的方法，能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出膜材在各等效切縫長(zhǎng)度下的膜材撕裂強(qiáng)度，對(duì)Kapton膜材在實(shí)際工程中的應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。