PPT7第七章聚合物的粘弹性概要.ppt

第7章聚合物的粘弹性 The Viscoelasticity of Polymers 普通粘、弹概念 虎克定律 Hooke’s law 弹 性 与 粘 性 比 较 高聚物粘弹性 The viscoelasticity of polymers Comparison s = const. 7.1 力学松弛或粘弹现象 理想弹性体和粘性体的蠕变和蠕变回复 高分子材料蠕变包括三个形变过程： 外力作用时间问题 线形和交联聚合物的蠕变全过程 影响高聚物蠕变的因素 聚合物的蠕变行为与其结构、分子量、结晶、交联程度、温度和外力等因素有关。 A 结构：柔性链聚合物蠕变校明显，而刚性链蠕变较小。 PVC具有良好的抗腐蚀性，但蠕变较大，应用中应注意。而含有芳杂环的高分子化合物（PC），具有较好的抗蠕变性能，已成为应用广泛的工程塑料。 B 分子量：分子量增大，聚合物的抗蠕变性能变好。因为随着聚合物分子量的增大，分子链之间的缠结点增多（类似于物理交联点），故在一定程度上改变材料的流动和蠕变行为。 C 交联：交联对高聚物的蠕变性能影响非常大。 理想的体型高聚物蠕变曲线仅有普弹和高弹形变，回复曲线最终能回复到零，不存在永久变形，所以说，交联是解决线型高弹态高聚物蠕变的关键措施。 但是实际上交联橡胶不能满足上述条件，即使是充分交联的橡胶，也总有一定的蠕变量。 这是因为分子链的末端链段基本上没有被交联的网络所束缚，再加上网络本身不完善，所以完全不产生蠕变是不可能的，不过，只要非常小的交联就能大大减小蠕变。 D 结晶：结晶聚合物的蠕变能力。总的来说较小，但与结晶度有关，并且结晶度随温度变化而变。如果认为所有结晶高聚物同温度下抗蠕变能力均较非晶高聚物强，将是错误的。例如:非晶PS的蠕变很不明显，因为PS的Tg远高于室温，链运动极为困难。 E 温度：蠕变与温度有关。 T≤Tg，蠕变较慢。短时间内只能观察到起始部分；T≥Tg，蠕变太快，只能看到曲线右边上升部分。T在T g附近时，链段在外力作用下可以运动，同时运动时受到摩擦阻力较大，只能缓慢运动，所以在一定时间内可以观察到整个蠕变曲线。 F 外力：适当外力。外力小蠕变不明显，外力太大，往往拉断材料 如何防止蠕变？ 理想弹性体和理想粘性体的应力松弛 交联和线形聚合物的应力松弛 影响应力松弛的主要因素 影响应力松弛的主要因素有温度和交联 温度：温度对应力松弛的影响较大。T≥Tg时，链运动受到内摩擦力很小，应力很快松弛掉。T≤Tg时，如常温下塑料，虽然链段受到很大应力，但由于内摩擦力很大，链运动能力较弱，应力松弛很慢，几乎不易察觉，只有Tg附近几十度范围内，应力松弛现象才较明显。 交联：橡胶交联后，应力松弛大大地被抑制，而且应力一般不会降低到零。其原因：由于交联的存在，分子链间不会产生相对位移，高聚物不能产生塑性形变。 和蠕变一样，交联是克服应力松弛的重要措施。 影响应力松弛的主要因素 7.1.2 动态粘弹性Dynamic viscoelasticity 粘性响应 Comparing 产生滞后原因 损耗的功?W (3) 内耗 Internal friction (力学损耗) 内耗的定义 Application 应用 Characterization of internal friction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 DMA result - for frequency (3) 次级运动的影响 用来分析分子结构运动的特点 PS For plastics (4) 链结构的影响 刚性链内耗小，柔性链内耗大。 柔性链分子的内耗还与侧基数目、极性等因素有关。 BR无取代基，链运动内摩擦阻力小，内耗小，适宜做轮胎。 SBR有庞大侧基，NBR有极性基团，内耗均较大。 内耗大的橡胶，回弹性差。 7.2 线性粘弹性Linear viscoelasticity 理想弹性体 - Spring 弹簧 理想粘性体 - Dashpot 粘壶 7.2.1 Maxwell element Kinetic equation 运动方程 (1) 蠕变分析 Creep Analysis (2) 应力松弛分析 Stress Relaxation Analysis Relaxation time 松弛时间 t的物理含义 应力松弛时间越短，松弛进行得越快；即?越小，越接近理想粘性；?越大，越接近理想弹性。 Maxwell 模型的缺点 7.2.2 Kelvin element Kinetic equation 运动方程 (1)应力松弛分析 蠕变分析 Discussion 蠕变回复 The