第七章聚合物的粘弹性概述.ppt

材料的粘、弹基本概念 牛顿定律Newton’s law 高聚物粘弹性 The viscoelasticity of polymers 作用时间问题 线形和交联聚合物的蠕变回复 只有在适当的外力作用下，Tg附近有明显的粘弹性现象。 而T过低，外力过小，蠕变很小且很慢，在短时间不易觉察。 而T过高，外力过大，形变发展很快，也觉察不到蠕变现象。只有在适当外力作用下，Tg以上不远，链段能够运动，内摩尔系阻力也较大，只能缓慢运动，可到明显的蠕变现象。 △蠕变有重要的实用性，考虑尺寸稳定性。 如何防止蠕变？ 交联和线形聚合物的应力松弛 △应力松驰的原因：链段热运动，缠结点散开，分子链相互滑移，内应力逐渐消除。交联聚合物不产生质心运动，只能松驰到平衡值。 △应力松驰与温度的关系： 温度过高，链段运动受到内摩擦力小，应力很快松驰掉了，觉察不到。 温度过低，链段运动受到内摩擦力很大，应力松驰极慢，短时间也不易觉察。 只有在Tg附近，聚合物的应力松驰最为明显。 △应用中，要考虑应力松驰，剩余应力。 7.1.3 滞后与内耗 7.1.3.1用简单三角函数来表示 弹性响应 For viscoelastic polymers 定义：聚合物在交变应力作用下应变落后于应力的现象称滞后现象。由于发生滞后现象，在每一循环变化中，作为热损耗掉的能量与最大储存能量之比称为力学内耗。  滞后原因 7.1.3.2力学损耗 Internal friction 内耗的定义 影响滞后现象的因素： 1.本身的化学结构。 刚性分子滞后现象小，柔性分子现象严重； 2.外界条件影响。 a.只有外力作用的频率不太高时，链段可以运动但又跟不大上，才较明显滞后现象； b.改变温度，只有在某一温度，约Tg上下几十度的范围内链段能充分运动，但又跟不上，滞后现象严重。 Characterization of internal friction 内耗的表征 储能(实数)模量 E’ 和损耗(虚数)模量 E’’ Physical meanings 损耗角正切 7.1.3.3 影响内耗的因素 （2） 频率 （3）分子结构 ①顺丁橡胶，无取代基，链段运动的内摩擦阻力小，内耗较小。 ②丁苯橡胶，丁腈橡胶，有较大苯侧基和极性大的氰侧基，内摩擦阻力大，内耗较大。 ③丁基橡胶，聚代侧基数目多，内耗最大。 △内耗大的橡胶，吸收冲击能量较大，回弹性就较差。 7.2 粘弹性的数学模型 理想粘性体 - Dashpot 粘壶 7.2.1 Maxwell element Maxwell element 受力分析 Kinetic equation 运动方程 蠕变分析 Creep Analysis Relaxation time 松弛时间 松弛时间物理含义 Maxwell element 7.2.2 Kelvin element Kelvin element 受力分析 Kinetic equation 运动方程 应力松弛分析 stress relaxation 蠕变分析 Discussion Kelvin element还可以描述蠕变回复 The shortcoming of Kelvin element The comparing between Maxwell and Kelvin elements 7.2.3多元件模型 7.2.4 松驰时间谱和推迟时间谱 ①广义Maxwell模型：（n-1）个Maxwell单元和一个弹簧并联。 E（τ）松驰时间谱： 高聚物的运动单元的多重性、复原性，力学松驰过程不只一个松驰时间，而是一个很宽的连续谱。 ②广义的kelvin模型 定义：Ｄ(τ’)为推迟时间谱 力学模型只能帮助我们认识粘弹性现象，不能揭示高分子结构与粘弹性的关系。 从实验求得分布曲线。 7.2.5 Boltzmann’s superpositon 波尔兹曼叠加原理 Ｂoltzmann叠加原理描述： 高聚物的力学松驰行为是其整个历史上诸松驰过程的线性加和的结果。对于蠕变过程，每个负荷对高聚物的变形的贡献是独立的，总的蠕变是各个负荷起的蠕变的线性加和，对于应力松驰过程，每个应变对高聚物的应力松驰的贡献也是独立的，高聚物的总应力等于历史上诸应变引起的应力松驰过程的线性加和。 图示 7.3 时温等效原理Time temperature superpositon Time-Temperature superposition Example —— Polybutadiene 讨论 Discussion 图 时温等效作图法示意图 上——蠕变柔量；下——力学损耗因子 WLF方程 WLF equation 在室温下几年的应力松驰是不能实现的，可在高温条件下短期内完成；