第二十讲 动态粘弹性chapter 7-3.ppt

用来分析分子结构运动的特点 PMMA - Tg转变 ?- 酯基的运动 ?-甲基的运动 ?- 酯甲基的活动 PS - Tg转变 ?- 苯基的转动 ?- 曲柄运动 ?- 苯基的振动 ? ? ? ? 373K 325K 130K 38~48K For plastics 次级运动越多说明外力所做功可以通过次级运动耗散掉 ——抗冲击性能好 本讲小结 晶态聚合物的分子运动 晶区引起的松弛转变对应的分子运动可能有， (1)晶区的链段运动； (2)晶型转变。例如聚四氟乙烯在室温附近出现了从三斜晶系向六方晶系的转变； (3)晶区中分子链沿晶粒长度方向的协同运动，这种松弛与晶片的厚度有关； (4)晶区内部侧基或链端的运动，缺陷区的局部运动，以及分子链折叠部分的运动。 支化 本章小结 概念： 蠕变、应力松驰、滞后与内耗、时温等效原理、Bolzmann叠加原理。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第二十讲 动态粘弹性 主要内容： 动态粘弹性表述及内耗、滞后等原因 本讲重点及要求：聚合物材料在动态外力作用下的动态粘弹性能 教学目的：学习各种描述高分子材料动态粘弹性的方法及在实际中的应用。 7.6 Dynamic viscoelasticity 动态粘弹性 动态粘弹性 交变应力（应力大小呈周期性变化）或应变下的粘弹性行为。有滞后现象和力学损耗等。 7.6.1用简单三角函数来表示 最大值 ?t 弹性响应 完全同步 最大值 ?t 粘性响应 滞后?/2 最大值 ?t Comparing ?t 粘弹 相位差 ? 0? ? ? ?/2 For viscoelastic polymers 应变落后于应力相角30° 聚合物在交变应力作用下, 应变落后于应力的现象称为滞后。 滞后原因 这是由于受到外力作用时，链段通过热运动达到新平衡需要时间，由此引起应变落后于应力的现象。 Stress Strain 橡胶的拉伸-回缩循环的应力-应变曲线 影响滞后现象的因素： 本身的化学结构：刚性分子滞后现象小，柔性分子现象严重； 外力作用的频率的影响：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； 温度的影响：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。 影响滞后现象的因素： 本身的化学结构：刚性分子滞后现象小，柔性分子现象严重； 外力作用的频率的影响：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； 温度的影响：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。 损耗的功?W “滞后圈”： 　　橡胶的拉伸－回缩循环的应力应变曲线所构成的闭合曲线常称为滞后圈”．滞后圈的大小恰为单位体积的橡胶在每一个拉伸－压缩循环中所损耗的功。 内耗的定义 ——所有能量都以弹性能量的形式存储起来，没有热耗散。 If 滞后的相角? 决定内耗 ——所有能量都耗散掉了 If 力学内耗： Internal friction dissipation 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。 △内耗tgδ与分子结构的关系 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，取代侧基数目多，内耗最大。 △内耗大的橡胶，吸收冲击能量较大，回弹性就较差。 产生内耗“滞后圈”的原因：克服内摩擦阻力而转化为热。 滞后现象与内耗 动态力学行为：在交变应力或交变应变作用下，聚合物材料的应变或应力随时间的变化。 例如：许多齿轮、阀片、传送带、轮胎等不停地承受交变载载荷作用。 滞后现象:聚合物在交变应力作用下应变落后于应力的现象。 力学内耗：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。 “滞后圈”： 橡胶的拉伸－回缩循环的应力应变曲线所构成的闭合曲线常称为滞后圈”．滞后圈的大小恰为单位体积的橡胶在每一个拉伸－压缩循环中所损耗的功。 Application 应用 Tire of plane Racing car 动态模量 △正交变化的应力： 对于理想弹性体，　　　　　　　　　 无相位差，无能量损耗。 对于理想粘性液体，　　　　　　　　　 有相位差，功全部损耗成热 对于聚合物（部分弹性部分粘性） 相位差δ，损耗部分能量。 引入动态模量的概念 　　　　　　　　　　　时 　　　　　　　 展开定义： 　　　　　　　实数模量，储能模量，一反映弹性形变。 　　　　　　　虚数模量，损耗模量，→反映粘性形变。 常用tgδ＝ E