第八章聚合物的高弹性和粘弹性1.ppt

本章内容;;The definition of rubber;8.1 高弹性的热力学分析;结论是否正确呢? 靠实验来验证.后部分不能直接测定需作一变换.;橡胶热力学 状态方程;3.0;由图可得到如下的结果: (1)不同拉伸比的直线的斜率并不相同,拉伸比增大时,斜率也增大.表明形变增大时,张力的温度敏感性变大.同时由于;由(8)得到的结论: 橡胶在T和V不变的情况下,伸长或者回缩不会引起内能的变化,只会引起熵值的改变.;这就是说在外力作用下，橡胶的分子链由原来的蜷曲状态（S1）变为伸展状态（S2），熵值由大变小 △ S ＝ S1－ S2 0 说明形变终态是个不稳定的体系，当外力除去后，就会自发的回复到初态，这说明为什么橡胶的高弹形变可恢复。同时说明高弹性主要是由橡胶内熵的贡献 ——高弹性的本质是熵弹性;（3）在拉伸的过程中，内能不变，在 V 不变下 -fdl=TdS=dQ 当拉伸时dl 0， ? dQ 0 体系是放热 当压缩时dl 0，f 0，?dQ 0 放热 当回缩时dl 0， dS 0， ?dQ 0 吸热;热力学分析小结;8.2 高弹性的分子理论;交联点由四个有效链组成;高斯链 Gaussian chain;构象数 ?;仿射形变 Affine deformation;The change of free energy ?F;Uniaxial elongation 单轴拉伸;N0=N/(A0l0) - 单位体积内的网链数;一般固体物质符合虎克定律;橡胶形变时体积不变，泊松比?为0.5;交联点随时间在不断的波动，这种波动不受临近链的阻碍。波动的程度不受宏观变形的影响应变，所谓虚拟即指联结点的位置捉摸不定。储能函数表达式：;两种理想模型的比较;3、联结点约束的模型;4、滑动-环节模型; Swelling effect 溶胀效应;交联橡胶的溶胀包括两部分：;化学位达平衡;If the volume fraction of polymer ?2 is very small;弹性自由能;求偏导;Application;1.弹性形变大 可达1000％，金属1％ ;3.形变需要时间－力学松弛特性： 链段的运动需要克服分子间的内摩擦力，达到平衡位置需要一定的时间。;普通粘、弹概念; 材料的粘、弹基本概念;形变对时间不存在依赖性;外力除去后完全不回复;弹 性 与 粘 性 比 较;理想弹性体（如弹簧）在外力作用下平衡形变瞬间达到，与时间无关；理想粘性流体（如水）在外力作用下形变随时间线性发展。 聚合物的形变与时间有关，但不成线性关系，两者的关系介乎理想弹性体和理想粘性体之间，聚合物的这种性能称为粘弹性。;高聚物粘弹性 The viscoelasticity of polymers;对高聚物而言：;Comparison s = const.;力学松弛或粘弹现象;1、静态粘弹性 (1) 蠕变;理想弹性体和粘性体的蠕变和蠕变回复;e1; （ii）高弹形变（e2）： High elastic deformation 聚合物受力时，高分子链通过链段运动产生的形变，形变量比普弹形变大得多，但不是瞬间完成，形变与时间相关。当外力除去后，高弹形变逐渐回复。; （iii）粘性流动（e3）： 受力时发生分子链的相对位移，外力除去后粘性流动不能回复，是不可逆形变。;当聚合物受力时，以上三种形变同时发生;外力作用时间问题;蠕变与温度和外力的关系;;;不同聚合物蠕变性能比较;;;;聚合物蠕变的危害性;;线形和交联聚合物的蠕变全过程;ε;如何防止蠕变？;(2) Stress Relaxation 应力松弛; ;分子解释：; 外力作用 链段运动 构象改变 构象熵减小 沿外力方向伸展(压缩) 不稳定状态 外力去除链段热运动回复 高聚物具有收缩(回弹)弹性应力 随时间推移不稳定状态逐渐变为稳定状态 高聚物弹性应力随时间逐渐减小;应力松驰与时间的关系;应力松驰现象明显的温度区间;;交联和线形聚合物的应力松弛;;应力松弛和蠕变的联系与区别;2、 动态粘弹性;例子;;;产生滞后原因;滞后现象表现最明显的条件;损耗的功?W;（2） 内耗(力学损耗);一、内耗的定义;运动每个周期中，以热的形式损耗掉的能量。;内耗的表征 ;动态模量;储能模量 E’ 和损耗模量 E’’;Physical meanings;损耗角正切;影响内耗的因素;DMTA results;(2) 频率;储能模量、损耗模量和损耗因子之间的关系;(3) 次级运动的影响;用来分析分子结构运动的特点;PS;For plastics;内耗的应用价值;;;8.5 粘弹性