聚合物的粘弹性.ppt

第7章

聚合物的粘弹性TheViscoelasticityofPolymers高聚物粘弹性

7.1力学松弛或粘弹现象线形和交联聚合物的蠕变全过程交联和线形聚合物的应力松弛7.1.2动态粘弹性

次级运动7.3.1Maxwell模型-模拟线性高聚物的应力松弛过程Maxwell模型的缺点7.3.2Kelvin模型-模拟交联高聚物蠕变过程Kelvin模型的缺点7.4波尔兹曼叠加原理7.4粘弹性的时温等效原理

WLF方程**【掌握内容】1．基本概念：蠕变，应力松弛，动态粘弹性,滞后与阻尼，Boltzmann叠加原理，时-温等效原理，松弛(迟后)时间及其松弛(迟后)时间谱。2.高分子材料(包括高分子固体，熔体及浓溶液)的力学行为特性，粘弹性本质。3．描述聚合物粘弹性的力学模型及所描述的聚合物的力学过程。【熟悉内容】1.Maxwell模型与Voigt(或Kelvin)模型的数学推导。2.WLF方程及应用。3.粘弹性的研究方法。?聚合物受力时，应力同时依赖于应变?和应变速率?，即具备固、液二性，其力学行为介于理想弹性体和理想粘性体之间。聚合物的形变与时间有关，但不成线性关系，两者的关系介乎理想弹性体和理想粘性体之间，聚合物的这种性能称为粘弹性。高聚物力学性质随时间而变化的现象称为力学松弛或粘弹现象若粘弹性完全由符合虎克定律的理想弹性体和符合牛顿定律的理想粘性体所组合来描述，则称为线性粘弹性Linearviscoelasticity粘弹性分类静态粘弹性动态粘弹性蠕变、应力松弛滞后、内耗7.1.1静态粘弹性(1)蠕变Creepdeformation在恒温下施加一定的恒定外力时，材料的形变随时间而逐渐增大的力学现象。高聚物蠕变性能反映了材料的尺寸稳定性和长期负载能力形变随时间增加而增大，蠕变不能完全回复形变随时间增加而增大，趋于某一值，蠕变可以完全回复et线形聚合物交联聚合物(2)应力松弛在恒温下保持一定的恒定应变时，材料的应力随时间而逐渐减小的力学现象。不能产生质心位移,应力只能松弛到平衡值高分子链的构象重排和分子链滑移是导致材料蠕变和应力松弛的根本原因。交联聚合物线形聚合物交变应力（应力大小呈周期性变化）或交变应变滞后：是在交变应力的作用力下，应变随时间的变化一直跟不上应力随时间的变化现象。内耗：存在滞后现象时，每一次拉伸-回缩循环中所消耗的功，消耗的功转为热量被释放。滞后现象受到外力时,链段通过热运动达到新平衡需要时间(受到内摩擦力的作用),由此引起应变落后于应力的现象.外力作用的频率与温度对滞后现象有很大的影响.产生滞后原因Tg和Tm转变定认为a转变,其它的转变(松弛)过程按温度从高到低,依次叫b、g、d...,统称为次级松弛tandTabgd7.3黏弹性的力学模型用理想弹簧和理想黏壶，以各种不同方式组合起来，可模拟高聚物的力学松弛过程。理想弹簧Hooke’slaw理想黏壶Newton’slaw由一个理想弹簧和黏壶串联而成，σ＝σ1＝σ2，ε＝ε1＋ε2Maxwell模型的运动方程（1）无法描述聚合物的蠕变。Maxwell模型描述的是理想粘性体的蠕变响应。（2）只能描述线型聚合物的应力松弛,对交联聚合物的应力松弛不适用，因为交联聚合物的应力不可能松弛到零。由一个理想弹簧和黏壶并联而成，当拉力作用在模型上，由于黏壶的存在，弹簧不能立刻被拉开，只能随着黏壶一起慢慢被拉开，因此形变是逐渐发展的，若外力除去，由于弹簧的回复力，使整个模型的形变也慢慢回复。（1）无法描述聚合物的应力松弛。Kelvinelement描述的是理想弹性体的应力松弛响应。（2）不能反映线形聚合物的蠕变，因为线形聚合物蠕变中有链的质心位移，形变不能完全回复。7.3.3四元件模型-模拟线性高聚物蠕变过程形变由三个部分组成：（1）普弹形变由一个弹簧E1来模拟（2）高弹形变由弹簧E2和黏壶η2并联模拟（3）黏性流动由黏壶η3来模拟Basiccontent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