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The Viscoelasticity of Polymers;1.理想弹性固体：受到外力作用形变很小，符合胡克定律 ?＝E1?=D1?,E1普弹模量, D1普弹柔量. 特点:受外力作用平衡瞬时达到,除去外力应变立即恢复.;聚合物：力学行为强烈依赖于温度和外力作用时间 在外力作用下，高分子材料的性质就会介于弹性材料和粘性材料之间，高分子材料产生形变时应力可同时依赖于应变和应变速率。;6.力学松弛;力学松弛;本章的主要内容;二、静态粘弹性;举例说明;2.蠕变曲线和蠕变方程;图1 理想弹性体（瞬时蠕变）普弹形变;图2 理想高弹体推迟蠕变;图3 理想粘性流动蠕变;当聚合物受力时，以上三种形变同时发生聚合物的总形变方程:;撤力一瞬间，键长、键角等次级运动立即回复，形变直线下降 通过构象变化，使熵变造成的形变回复 分子链间质心位移是永久的，留了下来;3.不同聚合物的蠕变曲线:;②理想交联聚合物(不存在粘流态);4、蠕变的影响因素;温度过低,远小于Tg蠕变量很小，很慢,短时间内观察不出，T过高(Tg)，外力大，形变太快，也观察不出，只有在适当的?和Tg以上才可以观察到完整的蠕变曲线。因为链段可运动，但又有较大阻力——内摩擦力，因而只能较缓慢的运动。;（4）结构 主链钢性：分子运动性差，外力作用下，蠕变小;5、 提高材料抗蠕变性能的途径:;思考题: 1.交联聚合物的蠕变曲线?;（二）应力松弛Stress Relaxation ;原因: 被拉长时,处于不平衡构象,要逐渐过渡到平衡的构象,即链段随着外力的方向运动以减小或者消除内部应力,如果T很高(Tg),链运动摩擦阻力很小,应力很快松弛掉了,所以观察不到,反之,内摩擦阻力很大,链段运动能力差,应力松弛慢,也观察不到.只有在Tg温度附近的几十度的范围内应力松弛现象比较明显.(链由蜷曲变为伸展,以消耗外力);?0;三.动态粘弹性Dynamic viscoelasticity; 塑料的玻璃化温度在动态条件下,比静态来的高,就是说在动态条件下工作的塑料零件要比静态时更耐热,因此不能依据静态下的实验数据来估计聚合物制品在动态条件下的性能.;60Km/h ~300Hz;问 题;1.滞后现象;③滞后现象与哪些因素有关?;2.内耗:;②定义:由于力学滞后或者力学阻尼而使机械功转变成热的现象.;内耗的情况可以从橡胶拉伸—回缩的应力应变曲线上看出;?;?又称为力学损耗角,常用tan?表示内耗的大小;③内耗的表达;E”;④内耗的影响因素; b.温度:; c.tan?与?关系:;内耗主要存在于交变场中的橡胶制品中，塑料处Tg、Tm以下，损耗小;聚合物的力学性质随时间变化的现象，叫力学松弛。 力学性质受到?，T, t，?的影响， 在不同条件下，可以观察到不同类型的粘弹现象。;蠕变:固定?和T, ? 随t增加而逐渐增大; 对于粘弹性的描述可用两条途径:力学理论和分子理论.力学理论可以用模型的方法,推出微分方程来定性的唯象的描述高聚物的粘弹现象;理想弹簧; 1.Maxwell模型:;应变速率也等于两元件的应变速率之和;应力松弛过程总形变固定所以;t;特点:两单元并联.?=?弹=?粘, ?=?粘+?弹;这与蠕变是一致的,在蠕变过程中,应力是不变的?=?0;模型用途:模拟交联高聚物的蠕变过程. 当F作用到模型上时,由于粘壶的存在,弹簧不能立即被拉开,只能随着粘壶慢慢被拉开,形变是逐渐发展的.外力除去,由于弹簧的回复力,整个模型的形变也慢慢被回复.所以该过程反映了蠕变过程中的一种形变—高弹形变;蠕变过程也可以用蠕变柔量来表示.以起始应力?0除;要描述粘性流动(不可逆的形变)用一个理想粘壶 ,而高弹形变可以用粘壶与理想弹簧并联.;Maxwell和Kelvin模型比较;?要描述一个没有流动的高度交联的橡胶的蠕变过程, 如何设计模型?;在恒力?0作用下,?0=?1=?2;要描述一个完整的蠕变过程, 它包括普弹形变,高弹形变,粘流,我们怎么设计模型?;3.多元模型和松弛时间分布:;利用这个原理，可以根据有限的实验数据来预测高聚物在很宽的负荷范围内的力学性质。;如果应力?1作用的时间为?1，则它引起的形变为：;这两个力 t 时间内相继作用到某一个弹性体上，根据Boltzmann叠加原理，则总的形变是两者的线性加和。;?1;现在考虑具有几个阶跃加荷程序的情况，外力Δ?1， Δ?2， Δ?3……… Δ?n,分别于时间?1， ?2， ?3， ……… ?n作用到试样上，则总形变为：;积分下限取－?是考虑到全部受应力的历史，上式分步积分时假定?（－?）＝0，并引进新变量a＝t－?，得;类似的对应于应力松弛实验，Boltzmann叠加原理给出与蠕变实验完全对应的数学表达式。分别于时间?1， ?2， ?3， …