高分子物理之8浅析.ppt

第八章　聚合物的黏弹性 学习目的与要求 　　掌握聚合物的黏弹性能表现形式；　　　　　　　　　　 　　掌握时间－温度等效原理及应用； 了解描述黏弹性的数学模型：Maxwell模型及Kelvin模型； 了解Boltzmann叠加原理。 　　 本章的主要内容 粘弹性的基本概念 高聚物的黏弹现象 黏弹性的数学模型 Boltzmann叠加原理 时间－温度等效原理 普通粘、弹概念 虎克定律 Hooke’s law 弹 性 与 粘 性 比 较 思考题 理想弹性体的应力取决于 ，理想黏性体的应力取决于 。 高聚物粘弹性 The viscoelasticity of polymers Comparison s = const. 力学松弛或粘弹现象 一、静态粘弹性 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： 思考题 黏弹性表现最为明显的温度是 A. Tg B. Tg 附近 C. Tf 附近 线形和交联聚合物的蠕变全过程 思考题 蠕变与应力松弛速度 A. 与温度无关 B. 随温度升高而增大 C. 随温度升高而减少 外力作用时间问题 理想弹性体和理想粘性体的应力松弛 二.动态粘弹性 Comparing 产生滞后原因 §7-4　高聚物的松弛性质（松弛现象） 　　●影响蠕变、应力松弛的因素 　　 ▲内因 　　规律：分子间作用力↑、链段↑、相对分子质量↑、取代基极性↑、取代基体积↑、交联↑、结晶度↑等均能使蠕变和应力松弛减小。 §6-4　高聚物的松弛性质（松弛现象） 　 §6-4　高聚物的松弛性质（松弛现象） 　 §6-4　高聚物的松弛性质（松弛现象） 　　▲外因 　　规律：温度↑、应力↑，造成蠕变按停止型→稳变型→增长型 转变； 　　　　　填充、增强，降低蠕变值； 　　　　　增塑加入，有利于应力松弛和蠕变发展。 　　 §6-4　高聚物的松弛性质（松弛现象） 　　 §6-4　高聚物的松弛性质（松弛现象） 　　 Maxwell和Kelvin模型比较 图示 Results of Boltzmann superposition Time temperature superpositon Fast noodle 模量变化 时温等效原理示意图 Example —— Polybutadiene Discussion WLF equation Application §8-5　高聚物黏弹的研究方法简介（自学）　 一、静态研究方法 研究高聚物静态黏弹性的实验方法主要有高温蠕变仪和应力松弛仪。 高温蠕变仪具有较高的精度和较宽的温度范围（20～200℃），在恒温恒负荷下检测试样的应变随时间的变化。具体是单丝试样应变随时间的变化可以通过其一端穿过的差动变压器来测量。 应力松弛仪在恒温恒应变条件下测定应力随时间的变化时，拉伸力为与试样连接的弹簧片的弹性力，可以通过差动变压器测定弹簧片的形变量来测定。 二、动态研究方法 研究高聚物动态黏弹性的实验方法主要有自由振动法、共振法、强迫振动非共振法、声波传播法等。 其中自由振动法有：扭摆的扭辫； 共振法有：振簧； 强迫振动非共振法有：黏弹普仪、动态力学分析仪（DMA）等。 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 Kelvin模型的蠕变曲线图 o t §8-3　黏弹性的数学描述 Maxwell Kelvin 应力松弛、线形 蠕变、交联(蠕变回复） 蠕变、交联 应力松弛、线形 适合 不适合 s t t e §8-3　黏弹性的数学描述 基本内容 （1）先前载荷历史对聚合物材料形变性能有影响；即试样的形变是负荷历史的函数 （2）多个载荷共同作用于聚合物时，其最终形变性能与个别载荷作用有关系；即每一项负荷步骤是独立的，彼此可以叠加 8.3.1 Boltzmann叠加原理 §8-3　黏弹性的数学描述 连续化 ??i – 应力的增量 ui – 施加力的时间 柔量 D --- 蠕变，后边项代表聚合物对过去历史的记忆效应 --- 应力松弛，后边项代表聚合物应力松弛行为的历史效应 升高温度与延长时间能够达到同一个结果。 —— 时温等效 观察某种力学响应或力学松弛现象 低温下长时间观察 高温下短时间观察 较高温度下短时间内的粘弹性能等同于较低温度下长时间内的粘弹性能 两种条件下对应的是同一种分子运动机理 §8-4　时间－温度等效原理 E(?,?,T,t) 即模量为时间和温度的函