聚合物的黏弹性与蠕变.ppt

* * * * * * * * * * * * 主要影响因素 　　材料特性，如材料的热膨胀系数、导热系数、弹性模量、材料固有强度、断裂韧性等。一般地讲，热膨胀系数越小，材料因温度变化而引起的体积变化小，相应产生的温度应力小，抗热震性越好；热导率大，材料内部的温差越小，由温差引起的应力差越小，抗热震性越好；材料固有强度越高，承受热应力而不致破坏的强度越大，抗热震性好；弹性模量越大，材料产生弹性变形而缓解和释放热应力的能力越强，抗热震性越好。 　　陶瓷结构，如材料的内部组织结构和几何形状等。一般地讲，材料组织相对疏松，有一定气孔率，有适当的微裂纹存在，都可以提高断裂能，使材料在热冲击下不致被破坏。另外，形状相对简单、外形相对均匀的构件抗热震性能要好于形状复杂、结构不均匀的构件。 * 陶瓷材料不可避免存在微裂纹，可用断裂力学来考虑。 * 课后作业： 1、和常温力学性能相比，金属材料在高温下的力学行为有哪些特点？造成这种差别的原因何在？ 2、试说明金属蠕变断裂的裂纹形成机理与常温下金属断裂的裂纹形成机理有何不同？ 3、提高材料的蠕变抗力有哪些途径？  28 材料力学性能 材料与机电学院 艾建平 E-mail: ai861027@163.com 第7章 材料在高温条件下的力学性能 材料受外力作用时的形变行为： 理想的弹性固体服从虎克定律——形变与时间无关 瞬间形变，瞬间恢复 理想的粘性液体服从牛顿定律——形变与时间成线性关系 聚合物的黏弹性与蠕变 高聚物： 分子运动 宏观力学性能 强烈地依赖于温度和外力作用时间 29 形变对时间不存在依赖性 虎克定律 Hooke’s law Ideal elastic solid 理想弹性体 应变在外力的瞬时达到平衡值，除去应力时，应变瞬时回复。 弹性模量 E Elastic modulus 聚合物的黏弹性与蠕变 30 外力除去后完全不回复 牛顿定律 Newton’s law Ideal viscous liquid 理想粘性液体 受外力应变随时间线性发展，当除去外力时形变不可回复。 粘度 ? Viscosity 聚合物的黏弹性与蠕变 31 聚合物的黏弹性与蠕变 （1）温度的影响 高分子的形变行为是与时间、温度有关的黏性和弹性的组合 黏弹性——外力作用下，高聚物材料的形变性质兼具固体的弹性和液体黏性的特 征，其现象表现为力学性质随时间而变化的力学松弛现象。 图7.18 非晶聚合物的温度-形变曲线示意图 非晶聚合物的形变-时间曲线 32 （2）聚合物蠕变 在恒温下施加一定的恒定外力时，材料的形变随时间而逐渐增大的力学现象。 。 例如：软质PVC丝钩一定的法码，会慢慢伸长；解下法码，丝慢慢回缩。 聚合物的黏弹性与蠕变 蠕变的意义：高聚物蠕变性能反映了材料的尺寸稳定性和长期负载能力。 33 聚合物材料蠕变包括三个形变过程 聚合物的黏弹性与蠕变 34 聚合物材料蠕变包括三个形变过程 聚合物的黏弹性与蠕变 35 聚合物材料蠕变包括三个形变过程 聚合物的黏弹性与蠕变 36 e1 e2+e3 t2 t1 t e e3 e1 高聚物受到外力作用时，以上三种变形是一起发生材料的总形变为： 加力瞬间，键长、键角立即产生形变回复，形变直线上升 通过链段运动，构象变化，使形变增大 分子链之间发生质心位移 聚合物的力学松弛 聚合物的黏弹性与蠕变 37 作用时间问题 (A) 作用时间短(t小），第二、三项趋于零 (B) 作用时间长(t大），第二、三项大于第一项，当t??，第二项? ?0 / E2 第三项（?0t/?) 表现为普弹 表现为粘性 聚合物的黏弹性与蠕变 38 蠕变恢复 撤力一瞬间，键长、键角等次级运动立即恢复，形变直线下降； 通过构象变化，使熵变造成的形变恢复； 分子链间质心位移是永久的，留了下来； 聚合物的黏弹性与蠕变 39 应力松弛 在恒温下保持一定的恒定应变时，材料的应力随时间而逐渐减小的力学现象。 例如：拉伸一块未交联的橡胶，至一定长度，保持长度不变，随时间的增加，内应力慢慢减小至零。 聚合物的黏弹性与蠕变 40 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。 高分子链的构象重排和分子链滑移是导致材料蠕变和应力松弛的根本原因 聚合物的黏弹性与蠕变 41 材料承受温度骤变而不破坏的能力，称为抗热震性。 材料的热震失效，可分为： 热震断裂：热震引起的突然断裂，瞬时断裂； 热震损伤：在热冲击循环作用下，材料先