lgy流变学5--线性粘弹性.ppt

第5章 线性粘弹性;弹性与粘性比较;高分子粘弹性体;s;5.1 线性粘弹性;（1）正比性：线性粘弹性体在任一时刻应变与应力成正比 ;（2）加和性：应变史是各个独立的应力史产生的相应应变史的加和;线性粘弹性材料应变史ε(t）是各个独立的应力史产生的相应的应变史ε(t1）与ε(t2）的加和 ;5.2 静态粘弹现象;理想弹性体和粘性体的蠕变;（s = const）;（i）瞬时弹性形变（普弹形变）： 键长、键角的瞬时形变，服从虎克定律，可逆形变。;当聚合物受力时，以上三种形变同时发生;线形聚合物：蠕变不能完全回复（粘弹性液体）;几种高聚物在室温下的蠕变性能比较 A、聚砜、聚苯醚、聚碳酸酯等主链含有芳杂环的刚性链高聚物，具有较好的抗蠕变性能，可作为工程塑料，制作机械零件。 B、聚氯乙烯容易蠕变，但其抗腐蚀性好，用其作化工管道、容器、塔等设备时，必须加支架以防止蠕变。 C、聚四氟乙烯容易蠕变，但其摩擦系数小，虽不能用其作机械零件，却是很好的密封材料，作生料带、密封垫片。 D、橡胶制品交联，也是由于线型高分子易滑移而产生蠕变，交联可使橡胶制品抗蠕变。;恒定应力下的拉伸蠕变柔量D(t):;聚合物蠕变的lgD(t) –lgt曲线;对理想弹性体;交联和线形聚合物的应力松弛;?0;蠕变与应力松弛是聚合物粘弹性的不同表现形式;2. 聚合物应力松弛的模量 –时间曲线;3. 蠕变柔量与松弛模量的关系;5.3 动态粘弹现象;0? ? ? ?/2;聚合物在交变应力作用下, 应变落后于应力变化的现象称为滞后现象。由于发生滞后现象在每一循环过程中损耗掉的能量称为力学损耗。;⑴高聚物的滞后现象与其本身的化学结构有关：通常刚性分子滞后现象小（如塑料）；柔性分子滞后现象严重（如橡胶） ⑵滞后现象还受到外界条件的影响;例1：对于作轮胎的橡胶，则希望它有最小的力学损耗才好 顺丁胶：内耗小，结构简单，没有侧基，链段运动的内摩擦较小；丁苯胶：内耗大，结构含有较大刚性的苯基，链段运动的内摩擦较大；丁晴胶：内耗大，结构含有极性较强的氰基，链段运动的内摩擦较大 内耗大的橡胶回弹性差;2. 动态模量;复数柔量D*;复数剪切模量： ;对应的剪切贮能模量：;复数粘度（动态粘度）： ;（1）温度:;lgω ; 本构方程又称状态方程, 是从物理概念和数学推理出发，建立描述材料流变性关系的的张量分析式。是描述一类材料所遵循的与材料结构属性相关联的力学响应规律的方程，它表现了流变过程中材料本身的结构特征，故称本构方程。 ;弹簧能很好地描述理想弹性体力学行为（虎克定律）;1. Maxwell 模型：弹簧与粘壶串联;(1) 蠕变分析 Creep Analysis;(2) 应力松弛分析 ;松弛时间： ? =?/E;(3) 动态力学分析;令τ =η/E, 复数模量E*为;Maxwell模型的动态力学行为;2. Kelvin(或Voigt) 模型：并联;(1) 应力松弛分析;（2）蠕变分析;蠕变过程也可以用蠕变柔量来表示.;(3) 动态力学分析;3. 四元件模型;优点：可反映弹性与粘性同时存在的力学行为（描述聚合物的蠕变全过程）， 不足：只有一个松弛时间，不能完全反映高聚物粘弹性的真实变化情况。因为链段有大小，对应的松弛时间不同;5.4.3 四元件模型;优点：可反映弹性与粘性同时存在的力学行为（描述聚合物的蠕变全过程）， 不足：只有一个松弛时间，不能完全反映高聚物粘弹性的真实变化情况。因为链段有大小，对应的松弛时间不同;5.4.4 多元件模型;（1）广义Maxwell模型;模拟线性物应力松弛： ε0恒定 ，σ 应力为各单元应力之和σ1+σ2+……+σi ;（2）广义的kelvin模型;蠕变时的总形变等于各单元形变加和;应力松弛模量 蠕变柔量;如果应力?1作用的时间为?1，则它引起的形变：;现在考虑具有几个阶跃加荷程序的情况，外力Δ?1，Δ?2，Δ?3……… Δ?n,分别于时间?1， ?2， ?3， ……… ?n作用到试样上，则总形变为：;写成积分式;应力松弛实验，Boltzmann叠加原理给出与蠕变实验完全对应的数学表达式。分别于时间?1， ?2， ?3， ……… ?n作用到试样上应变Δ?1， Δ?2， Δ?3 ……… Δ?n。;静态粘弹实验;（１）拉伸蠕变试验机 （塑料） 　原理：对试样施加恒定的外力（加力可以是夹具固定，自试样下面直接挂荷重），测定应变随时间的变化;（２）剪切蠕变（交联橡胶） 　材料受的剪切应力在这种恒切应力下测定应变随时间的变化。;2. 应力松弛 拉伸应力松弛 （橡胶和低模量高聚物的应力松弛实验） ;3. 动态粘弹性 ;对数减量（力学阻尼）;; 曲线 振幅为极大值的 时的频率f1和f