[物理]第七八章 高聚物的力学性能.ppt

7.3 聚合物的断裂理论和理论强度 7.3.1 断裂的分子理论 ?0、U0、和?是决定聚合物强度特征的常数，k是Boltmann常数， 7.3.2 非线性断裂理论 表面功参数 7.3.3 微裂纹 银纹 第八章 聚合物的高弹性和黏弹性 8.2.2 虚拟网络模型 ……………… 8.2.3 联结点受约束模型 ……………… 8.2.4 滑动-环节模型 ……………… 8.3 交联网络的溶胀 总结： 1.基本概念 应变与应力，弹性模量，泊松比，屈服点，强迫高弹形变, 粘弹性，力学松弛（蠕变、应力松弛、滞后、力学损耗），时温等效原理 2.基本问题 (1)几种常用力学性能指标及计算方法 (2)高聚物高弹性的本质 (2)高聚物粘弹性的力学模型 (3)时温等效原理 的WLF方程计算 习题： 新书P218: 1, 2, 3, 4, 5 P257: 11, 12 （3）滞后现象 高聚物在交变应力作用下，形变落后于应力变化的现象就称为滞后现象。 高聚物的滞后现象与其本身的化学结构有关，一般刚性分子的滞后现象小，柔性分子的滞后现象严重。 滞后现象还受到外界条件的影响，如果外力作用的频率、温度。增加外力的频率和降低温度对滞后现象有着相同的影响。 滞后现象的发生是由于链段在运动时要受到内摩擦力的作用，当外力变化时，链段的运动还跟不上外力的变化，所以形变落后于应力，有一个相位差。当然δ愈大说明链段运动愈困难，愈是跟不上外力的变化。 （4）力学损耗 当应力的变化和形变的变化相一致时，没有滞后现象，每次形变所作的功等于恢复原状时取得的功，没有功的消耗。如果形变的变化落后于应力的变化，发生滞后现象，则每一循环变化中就要消耗功，称为力学损耗，有时也称为内耗。 δ称为力学损耗角，常用力学损耗角正切tanδ来表示内耗的大小。 内耗的大小与高聚物本身的结构有关:取代基团的大小与极性…… 内耗与温度的关系 内耗与频率的关系 前面讨论的蠕变和应力松弛，是静态力学松弛过程，而在交变的应力，应变作用下发生的滞后现象和力学损耗，则是动态力学松弛，因此有时也称后一类力学松弛为高聚物的动态力学性质或动态粘弹性。 (E′为实数模量、贮存模量 ，E″称为虚数模量、损耗模量) 复数模量图解 典型粘弹性固体E′、E″与频率的关系 频率谱 温度谱 力学图谱 Rheometric Scientific DMTA 8.5 粘弹性的力学模型 Maxwell模型:Maxwell模型由一个理想弹簧和一个理想粘壶串联而成 ，Maxwell模型对模拟应力松弛过程特别有用。 Voigt(或Kelvin)模型:Voigt模型是由一个理想弹簧和一个理想粘壶并联而成的 ，可以用来模拟交联高聚物的蠕变过程。 8.6 粘弹性与时间、温度的关系——时温等效原理 从高分子运动的松弛性质已经知道，要使高分子链段具有足够大的活动性，从而使高聚物表现出高弹形变，或者要使整个高分子能够移动而显示出粘性流动，都需要一定的时间(用松弛时间来衡量)。温度升高，松弛时间可以缩短。因此，同一个力学松弛现象，既可在较高的温度下，在较短的时间内观察到，也可以在较低的温度下较长的时间内观察到。因此升高温度与延长观察时间对分子运动是等效的，对高聚物的粘弹行为也是等效的。这个等效性可以借助于一个转换因子αT来实现，即借助于转换因子可以将在某一温度下测定的力学数据，变成另一温度下的力学数据。这就是时温等效原理。 移动因子 分别表示温度为T和Ts时的松驰时间 和 如果实验是在交变力场下进行的，则类似地有降低频率与延长观察时间是等效的，增加频率与缩短观察时间是等效的 。 时温等效作图法示意图 上:蠕变柔量，下:力学损耗因子 实验证明，很多非晶态线型聚合物基本上符合这条曲线。据此，Williams，Landel和Ferry提出了如下经验方程（WLF方程 ） 当选择Tg作为参考温度时，则C1和C2具有近似的普适值(大量实验值的平均值)；C1＝17.44，C2=51.6。 logαT与（T-Ts）的关系曲线 T=Tg T=Ts(普适) 8.7 Boltzmann叠加原理 Boltzmann叠加原理是高聚物粘弹性的一个简单、但又非常重要的原理。这个原理指出，高聚物的力学松弛行为是其整个历史上诸松弛过程的线性加和的结果。对于蠕变过程，每个负荷对高聚物的变形的贡献是独立的，总的蠕变是各个负荷引起的蠕变的线性加和，对于应力松弛，每个应变对高聚物的应力松弛的贡献也是独立的，高聚物