第三章塑料的力学性能—课.pptVIP

;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;因此高分子的形变行为是与时间有关的粘性和弹性的组合;第一节 概述;常用术语： 力学行为：指施加一个外力在材料上，它产生怎样的形变（响应） 形变性能：非极限情况下的力学行为 断裂性能：极限情况下的力学行为 弹性：对于理想弹性体来讲，其弹性形变可用胡克定律来表示， 即：应力与应变成正比关系，应变与时间无关; 粘性：在外力作用下，分子与分子之间发生位移，理想的粘性流体其流动形变可用牛顿定律来描述：应力与应变速率成正比 普弹性：大应力作用下，只产生小的、线性可逆形变，它是由化学键的键长，键角变化引起的。与材料的内能变化有关：??变时内能增加，形变恢复时，放出能量，对外做功（玻璃态，晶态，高聚物，金属，陶瓷均有这种性能），普弹性又称能弹性。; 高弹性：小的应力作用下可发生很大的可逆形变，是由内部构象熵变引起的，所以也称熵弹性（橡胶具有高弹性） 静态力学性能：在恒应力或恒应变情况下的力学行为 动态力学性能：物体在交变应力下的粘弹性行为 应力松弛：在恒应变情况下，应力随时间的变化 蠕变：在恒应力下，物体的形变随时间的变化 强度：材料所能承受的应力 韧性：材料断裂时所吸收的能量 ;弹 性;断裂性能;1-2 表征材料力学性能的基本物理量;应变;弹 性 模 量; ; 很多塑料产品，如塑料薄膜、纤维、 注射模塑制品等，视加工条件不同，往往表现出不同程度的各向异性，在各个方向有不同的力学性质，表征它们力学性能的材料常数远不止上述几项。如单轴取向的材料，有5个独立的弹性模量，包括纵向杨氏模量、横向杨氏模量、纵向剪切模量、横向剪切模量和体积模量。此外还有纵向泊松比和横向泊松比。;第2节 塑料力学性能对时间的依赖性;一、蠕变;高弹形变 ;ε3 ;如果在一定时间后去除外载，高聚物会逐渐回复到它原来的状态，其蠕变回复过程可以看作是如下两个应力的叠加作用：;如果实验时间很长，上式近似为 ; 讨论：;高聚物的力学松弛现象与模型;2、应力松弛曲线：;和蠕变相类似，在应变开始的瞬时，材料表现出弹性固体的力学行为，遵守胡克定律。此后，对于线性高聚物而言，其应力与时间成指数关系：;蠕变前后分子构象的变化 ;讨论与练习;3.某聚合物的蠕变行为可近似用下式表示: 若已知平衡应变值为600%,而应变开始半小时后可达到300%.试求: (1)聚合物的蠕变推迟时间; (2)应变量达到400%时所需要的时间.;4.有一个线性粘弹体,已知其 (高弹)和 (高弹)分别为5×108Pa·s和108N·m-2,当原始应力为10 N·m-2时求: (1)达到松弛时间的残余应力为多少?松弛10秒钟时的残余应力为多少? (2)当起始应力为109?N·m-2时,到松弛时间的形变率为多少?最大平衡形变率为多少? 该题留作自己练习。; 第四节 塑料粘弹性的力学模型 1、Maxwell模型; 如果以恒定的σ作用于模型， 弹簧与粘壶受力相同： σ= σ1= σ2 形变应为两者之和： ε =ε1 + ε2; ;当t=0 ，σ=σ0 时积分：;蠕变现象一般采用Voigt(Kelvin)模型来模拟： 由虎克弹簧和牛顿粘壶并联而成： 应力由两个元件共同承担，;根据定义σ（t）=σ0应力恒定，;蠕变回复过程：;应力除去后应变从ε（ ∞ ）按指数函数逐渐恢复 t ∞ 时，ε（t） 0;ε3 ;5、蠕变的影响因素;（4）结构 主链钢性：分子运动性差，外力作用下，蠕变小;1、滞后现象;;2、力学损耗（内耗）;高聚物的动态力学性能一般用动态模量和阻尼因子来表示 周期性变化的应力、应变可以用复数形式表示：;E’——贮能模量，表示形变时与应变同相位的回弹力 E”——损耗模量，表示有Π/2 相位差的能量损耗;用类似的方法可以定义复数柔量D*;4、动态力学性能的影响因素; NBR: 侧基-CN，极性大，分子间力大，内摩擦 大，运动 阻力大，δ大，NBR的tgδ与 -CN含量有关 IIR: 侧基-CH3，数目多，动态下内摩擦阻力 大， tgδ大;温度的影响： （固定频率下）;频率的影响：（温度恒定）;lgE;四、广义力学模型与松弛时间;1、广义Maxwell模型;模拟线性