PPT8_高分子物理-第七章.ppt

基本要求 掌握蠕变、应力松弛、滞后和内耗的基本概念，线性和理想交联高聚物的蠕变和回复曲线；线性和交联高聚物的应力松弛曲线，聚合物内耗-温度曲线；聚合物结构与内耗之间的关系；Boltzmann叠加原理、时温等效原理；会用WLF方程进行计算。了解描述粘弹性的力学模型。掌握粘弹性的研究方法和动态力学谱研究聚合物的结构和分子运动。;重 点 蠕变、应力松弛、滞后和内耗的基本概念，线性和理想交联高聚物的蠕变和回复曲线；线性和交联高聚物的应力松弛曲线，聚合物内耗-温度曲线；聚合物结构与内耗之间的关系；Boltzmann叠加原理、时温等效原理；WLF方程。 难 点 正确理解蠕变、应力松弛、滞后和内耗的基本概念，聚合物结构与内耗之间的关系。 ;第一节 粘弹性现象;;;;b.高弹形变(high-elastic deformation);当外力作用时间和链段运动所需的松弛时间有相当数量级时，链段的热运动和链段间的相对滑移，使蜷曲的分子链逐步伸展开来，此时形变成为高弹形变，用?2表示。 ?2较大，除去外力后， ?2逐步恢复。 式中E2为高弹模量。 t’为蠕变松弛时间，其物理意义是指分子链以一个平衡态构象（松弛构象）到另一个平衡态构象（紧张构象）所需时间。 ?(?)为t ?时的平衡应变值。 ;c.塑性形变(plastic deformation);典型的线型非晶态高聚物在Tg以上的蠕变曲线和回复曲线;;;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。 ;;;线型高聚物的应力松弛曲线;高聚物中的应力为什么会松弛掉呢？ 其实应力松弛和蠕变是一个问题的两个方面，都反映了高聚物内部分子运动的三种情况。在外力作用下，高分子链段不得不顺着外力方向被迫舒展，因而产生内部应力，与外力相抗衡。但是，通过链段热运动使有些缠结点散开以致分子链产生相对滑移，调整分子构象，逐渐回复其卷曲状态,内应力逐渐消除，与之相平衡的外力当然也逐渐衰减，以维持恒定的形变。 ; 影响应力松弛的主要因素;影响应力松弛的主要因素;;;滞后：聚合物材料在交变应力作用下，形变落后于应力的现象称为滞后。由于滞后，在每一循环中就有能量的消耗，称之为力学损耗或内耗。这种消耗功实际上转变成热能解释出来，由于聚合物是热的不良导体，热量不易散发出去，导致聚合物本身温度的升高，常常影响材料的使用寿命。 聚合物在交变应力作用下，由于滞后产生内耗可以从拉伸和回缩的循环曲线加以说明。;例如:对天然橡胶缓慢拉伸和缓慢回复时，橡胶经受周期性的拉伸和压缩应力。由于高分子链运动受阻于内摩擦力，所以应变跟不上应力的变化，拉伸曲线OAB和回缩曲线BCO并不重复。如果应变完全跟得上应力的变化，则拉伸和回缩曲线重合（图中虚线ODB）。发生滞后现象时，拉伸曲线上的应变达不到与其应力相对应的平衡应变值（?‘1?1 ）回缩曲线上应变与其应力相对应的平衡应变值（ ?“1 ??1）。;;;;滞后现象和力学损耗，属于动态力学松弛或称动态粘弹性。下面介绍一下弹性模量的计算。;;;;②温度：在Tg以下，形变小，此时形变由键长、键角的改变所引起的，速度较快，能跟得上应力变化，?小，因而内耗小。随温度升高向高弹态过渡时，由于链段开始运动，此时体系粘度较大，链运动受到的摩擦阻力大，因此高弹形变显著落后于应力变化，?较大，内耗较大。当温度进一步升高，虽然形变大，但体系粘度下降，链段运动比较自由，?变小。因而在玻璃化转变区域将出现一个内耗的极大值，称为内耗峰。 ;;③频率：频率低，高分子链运动完全跟得上外力变化，内耗小，显弹性。 频率高，高分子链运动跟不上外力变化 ，内耗小，显刚性。 在中间区域，链运动有些跟不上外力的变化，显粘弹性内耗大。;第二节 波尔兹曼叠加原理和时温等效原理;;; ;;;;;; 3.WLF方程由来;;;第三节 粘弹性的数学描述-模型理论;;2.Kelvin模型（Voigt模型） Kelvin模型是将弹簧和粘壶并联的一种组合形式，主要用来描述高聚物的蠕变行为。;;;Maxwell模型主要用来描述应力松弛。 Kelvin模型主要用来描述高聚物的蠕变行为。;;;描述蠕变;;三、参数模型描述应力松弛时;第四节 粘弹性的研究方法;1.动态扭摆法;;2.粘弹普仪;第五节 动态力学谱研究聚合物的分子结构和分子运动;2．共聚物的