聚合物的力学性能.pptVIP

§3.2粘弹性的力学模型一、基本力学元件为了从现象上模拟材料的粘弹行为，采用两种基本力学元件：力学模型的方法是把这两种元件按一定方式组合起来，建立组合体系的运动方程，并用来描述实际材料的粘弹性。串联模型，外力作用于模型时，弹簧和粘壶所受的应力相同，总应变为两者的加和。即F二、Maxwell模型由两个基本力学元件串联而成，用来描述应力松驰。Maxwell模型的蠕变过程总应变速率等于两个力学元件的应变速率之和：添加标题Maxwell模型的运动微分方程添加标题对应力松弛过程，ε=常数，dε/dt=0，所以添加标题当t=0,σ=σ(0),在σ(0)～σ(t)间积分具有时间量纲，是材料粘弹性的表征。表明：松弛时间既与粘性系数有关，又与弹性模量有关，这说明松弛过程是弹性行为和粘性行为共同作用的结果。即：随着时间t的增加，应力σ逐渐减小，当t→∞时，σ→0.可以很好的描述应力松弛过程。形变固定时应力随时间的变化て为σ下降到0.368σ（0）所需的时间-称为应力松弛时间。σ三、Kelvin模型由两个基本元件并联—描述蠕变行为。这就是Kelvin模型的运动方程对于蠕变来说σ是一定值，即在恒定应力下，对式上求解得：非晶聚合物在不同温度下或不同外力作用下都显示出同样的三种力学状态和两个转变，表示温度和时间对高聚物的力学松弛时间，也就是对粘弹性行为有某种等效作用。即：在一定温度下改变t和在一定t下改变T对聚合物力学性质的变化具有等效作用。3.3粘弹性同时间、温度的关系—时温等效原理即表明时间的对数与T之间有某种定量的等效关系。从分子运动的观点可知，欲观察到高分子材料的某种力学响应或力学松驰行为，可以通过两种途径来实现。当作用力一定时：T1t1D(T1，t1)T1ω1T2t2D(T2，t2)T2ω2聚合物的同一力学松弛现象，既可以在较高温度，较短力作用时间下表现出来。也可以在较低温度，较长力作用时间下表现出来。即温度和时间对聚合物粘弹性影响具有等效性。所谓等效是在分子运动，粘弹行为或力学响应基点上讲的等效。这个等效性可以借助于一个转换因子来实现，即借助于转换因子可以将在一个温度下测定的力学数据变换成另一个温度下的力学数据。这就是时温等效原理。移动因子（平移因子、转换因子）时温等效原理，也就是时间和温度的换算原理，下面从定量方面说明时间和温度的等效性。时间和温度的等效性借助因子aT来实现。移动因子：是温度T时的粘弹性参数转换为参考温度T0时的粘弹性参数在时间或频率坐标上的移动量，它同T0和T有关。由图可知：lgaT=lgt－lgt0=lgt/t0aT=t/t0如在T、T0两个温度下，高聚物的模量-时间曲线，沿横坐标平移logαT，就可以将这两条直线完全重叠。T＜T0，t＞t0T、t为试验温度和时间，T0、t0为参考温度和时间二、移动因子（平移因子、转换因子）时间和温度的等效性借助因子aT来实现也可以说，aT定义为某温度时的力作用时间t与参考温度时的力作用时间t0之比。时温等效原理的数学表达式为：E（T、lgt）=E（T0、lgt-lgaT）即：E（T、t）=E（T0、t/aT）表明改变温度的效果等同于时间标尺上乘上一个因子若：以Tg作为参考温度,WLF方程为以T0=Tg+50℃作为参考温度,WLF方程为WLF方程一般在TgTTg+100℃范围内使用,可有效地处理非晶态聚合物粘弹态和高弹态区域的粘弹性问题.WLF方程的意义在于:是时温转换的定量描述。Tg的时间依赖性的定量描述.在较低温度下，聚合物粘度与温度依赖关系的定量描述。可以将某一温度下测定的力学性能转换为另一温度下的力学性能。用WLF方程可验证玻璃态是等粘态和等自由体积状态。添加标题添加标题添加标题添加标题添加标题时温等效原理的应用绘制叠加（组合）曲线对于非晶聚合物，在不同温度下获得的粘弹性数据，包括蠕变、应力松驰、动态力学试验样、均可通过沿着时间轴平移叠合在一起。聚异丁烯应力松驰叠合曲线如上图所示，左边的一组曲线是在192k～323k，10-2～102hr范围测定的PＩB的应力松驰曲线。要把它们变换成某一温下的宽广时间范围的曲线。步骤如下：1）、选择参考温度T0如298k2）、根据aT的定义算出不同(T－T0)时的移动因子aT，并作出lgaT～～(T－T0)图。3）、水平位移—把参考温度的