第七章聚合物的粘弹性 - ok.pptVIP

高分子物理 (Polymer Physics);引 言;形变对时间不存在依赖性;Ideal viscous liquid 理想粘性液体;弹性与粘性比较;实际材料同时显示弹性和粘性，即所谓的粘弹性（Viscoelasticity）。与其他材料相比，聚合物材料的粘弹性表现的更为显著。 线性粘弹性 非线性粘弹性;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，高分子材料的性质介于弹性材料和粘性材料之间，高分子材料产生形变，应力同时依赖于应变和应变速率。聚合物的这种既有弹性有粘性的性质称为粘弹性。;力学松弛 ;本章内容;蠕变 Creep;理想弹性体和粘性体的蠕变和蠕变回复;高分子的蠕变;（ii）高弹形变;（iii）粘性流动;当聚合物受力时，以上三种形变同时发生;高分子的蠕变回复;恒定应力下的蠕变柔量函数;聚合物蠕变柔量与时间的关系; 玻璃态 ?1 蠕变量很小,工程材料,作结构材料的Tg远远高于室温 高弹态 ?1+?2 粘流态 ?1+?2+?3 存在永久形变;线形和交联聚合物的蠕变全过程;分子量和交联如何影响高分子蠕变曲线？;蠕变的影响因素; 温度过低，远小于Tg，蠕变量很小，很慢，表现出弹性，短时间内观察不出 T过高(Tg)，外力大，形变太快，表现粘性，观察不出 在适当的?和Tg以上附近温度，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。;蠕变的影响因素;如何防止蠕变？;应力松弛 stress relaxation;理想弹性体和理想粘性体的应力松弛;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.;E0;材料在日常生活中，除了受到恒定的力或者应变之外，更多的情况下是受到交变的力或者应变的作用，比如：;滞后和内耗;滞后和内耗;滞后和内耗;粘性响应;滞后和内耗;滞后和内耗;滞后和内耗;滞后和内耗;滞后和内耗;滞后和内耗;滞后和内耗;滞后和内耗;滞后和内耗;滞后和内耗;滞后和内耗;力学性能的分子解释;频率的影响：（温度恒定）;温度的影响：（固定频率下）;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:;7.2 粘弹性的数学描述;理想弹簧;粘弹性的力学模型;特点：应力相等，应变相加;受力分析;1;蠕变分析;应力松弛分析;松弛时间的物理含义;Maxwell模型适合描述线性聚合物的应力松弛;Maxwell 模型的不足;Kelvin 模型;t=0;1;应力松弛分析;蠕变分析;蠕变到最大应变的0.682倍时所需的时间称为推迟时间。;蠕变回复;;Kelvin模型的不足;Maxwell和Kelvin模型比较;有一未硫化生胶，已知其η=109Pas，E=108Pa，做应力松弛实验，当所加的原始应力为10Pa时，求此实验开始后5s时的残余应力为多少？;一块橡胶，直径60mm，长度200mm，当作用力施加于橡胶下部，半个小时后拉长300%（最大伸长600%）。问：（1）松弛时间，（2）如果伸长至400%需要多少时间？;多元件模型;广义Maxwell模型;广义Maxwell模型;广义的Kelvin模型;7.2.2 波尔兹曼叠加原理 ;原理：polymer力学松弛行为是其整个历史上诸松弛过程的线性加和的结果 高聚物的蠕变是其整个负荷历史的函数，每个负荷对高聚物蠕变的贡献是独立的，因而总的效应等于各个负荷效应的加和，最终的形变是各负荷所贡献形变的简单的加和;连续化;例 有一线形聚合物试样，其蠕变行为近似可用四元力学模型来描述，蠕变试验时先加一应力σ=σ0，经5秒钟后将应力σ增加为2σ0，求到10秒钟时试样的形变值．;同一个力学松弛行为：较高温度、短时间下 较低温度、长时间下;同一个力学松弛行为：较高温度、短时间下 较低温度、长时间下;对于非晶聚合物，在不同温度下获得的粘弹性数据，包括蠕变、应力松弛、动态力学试验，均可通过沿着时间轴平移叠合在一起。;lgw;讨论 Discussion;时温等效原理;Example —聚异丁烯;例对聚异丁烯(PIB)在25℃10小时的应力松弛达到模量106MPa．利用WLF方程，在－20℃下要达到相同的模量需要多少时间．对PIB的Tg=－70℃;例 一PS试样其熔体黏度在160℃时为1