第七章聚合物的黏弹性-PPT.pptx
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1、第七章聚合物的黏弹性1)理想弹性体理想弹性体满足虎克定律满足虎克定律 Hookes law Et1tt200t1tt200弹性模量弹性模量 E 为常数为常数形变对时间不存在依赖性。形变对时间不存在依赖性。2)理想粘性流体理想粘性流体牛顿定律牛顿定律 Newtons law粘度粘度 ViscosityNt1tt200t1tt20 2形变与时间有关形变与时间有关,外力除去后完全不回复。外力除去后完全不回复。弹性与粘性比较弹性弹性 粘性粘性能量储存能量储存能量耗散能量耗散形变回复形变回复永久形变永久形变虎克固体虎克固体牛顿流体牛顿流体模量与时间无关模量与时间无关 模量与时间有关模量与时间有关E(,)
2、E(,T,t)线形黏弹性线形黏弹性3)高聚物得粘弹性高聚物得粘弹性聚合物受力时,应力同时依赖于应变聚合物受力时,应力同时依赖于应变 和应变速率和应变速率 ,即,即具备固、液二性,其力学行为介于理想弹性体和理想粘具备固、液二性,其力学行为介于理想弹性体和理想粘性体之间。聚合物的这种性能称为粘弹性。性体之间。聚合物的这种性能称为粘弹性。t PolymerIdeal elastic solidIdeal viscous liquid7、1聚合物得力学松弛现象v聚合物得力学性能随时间得变化统称为力学松弛聚合物得力学性能随时间得变化统称为力学松弛或黏弹现象。最基本得力学松弛现象包括蠕变、或黏弹现象。最基
3、本得力学松弛现象包括蠕变、应力松弛、滞后与力学损耗等。应力松弛、滞后与力学损耗等。粘弹现象分类粘弹现象分类(根据应力或应变就根据应力或应变就是否交变是否交变)静态粘弹性静态粘弹性动态粘弹性动态粘弹性蠕变、应力松弛蠕变、应力松弛滞后、内耗滞后、内耗7、1、1 蠕变 Creep deformationv概念:在恒温下施加一较小得恒定外力时在恒温下施加一较小得恒定外力时,材料得应变随时间而逐渐增大得力学现象材料得应变随时间而逐渐增大得力学现象称为称为蠕变蠕变v当外力撤除后当外力撤除后,材料形变逐渐回复得过程材料形变逐渐回复得过程蠕变蠕变回复回复。高聚物得蠕变性能就是反映材料得尺寸稳定性与长期负载高聚
4、物得蠕变性能就是反映材料得尺寸稳定性与长期负载能力得量。能力得量。一定力一定力,维持维持一段时间一段时间v高分子材料蠕变曲线就是由三部分贡献得叠加,如图所示。2+3t2t1t 3 3 1 2 1(i)普弹形变普弹形变(1):聚合物受力时聚合物受力时,瞬时发生瞬时发生得高分子链得键长、键角变得高分子链得键长、键角变化引起得形变化引起得形变,形变量较小形变量较小,服从虎克定律服从虎克定律,当外力除去时当外力除去时,普弹形变立刻完全回复。普弹形变立刻完全回复。1 1t1t2t普弹形变示意图普弹形变示意图D1-pliance 柔量柔量可以用理想弹性体可以用理想弹性体来描述来描述(ii)高高(滞滞)弹形
5、变弹形变(2)聚合物受力时聚合物受力时,高分子链通过链段运动产生得形变高分子链通过链段运动产生得形变,形变量比普形变量比普弹形变大得多弹形变大得多,但不就是瞬间完成但不就是瞬间完成,形变与时间相关。当外力除形变与时间相关。当外力除去后去后,高弹形变逐渐回复。高弹形变逐渐回复。2 2t1t2t为松弛时间为松弛时间可用形变与时间关可用形变与时间关系来描述系来描述大家学习辛苦了,还是要坚持继续保持安静继续保持安静(iii)粘性流动粘性流动(3):受力时发生分子链得相对位移受力时发生分子链得相对位移,外力除去后粘外力除去后粘性流动不能回复性流动不能回复,就是不可逆形变。就是不可逆形变。3 3t1 1t
6、2 2t可用可用Newton Liquid 来描述来描述当聚合物受力时当聚合物受力时,以上三种形变同时发生以上三种形变同时发生 1 2+3t2t1t 加力瞬间加力瞬间,键长、键角立即键长、键角立即产生形变回复产生形变回复,形变直线上升形变直线上升通过链段运动通过链段运动,构象变化构象变化,使使形变增大形变增大分子链之间发生质心位移分子链之间发生质心位移蠕变形变为三种应变得加与蠕变形变为三种应变得加与 1 2 3t20t 蠕变回复 Creep recovery撤力一瞬间撤力一瞬间,键长、键角等次级运动立即回复键长、键角等次级运动立即回复,形变形变直线下降直线下降;通过构象变化通过构象变化,使熵变
7、造成得形变回复使熵变造成得形变回复;分子链间质心位移就是永久得分子链间质心位移就是永久得,留了下来。留了下来。蠕变与外力作用时间问题(A)作用时间短作用时间短(t小小),第二、三项趋于零第二、三项趋于零表现为表现为普弹普弹(B)作用时间长作用时间长(t大大),第二、三第二、三项大于第一项项大于第一项,当当t,第二项第二项 0/E2 第三项第三项(0t/)表现为表现为粘性粘性(塑料雨衣变形塑料雨衣变形)蠕变与温度高低及外力大小有关蠕变与温度高低及外力大小有关v温度过低温度过低(在在Tg以下以下)或外力太小或外力太小,蠕变很小蠕变很小,而且很慢而且很慢,在短时间内不在短时间内不易观察到。易观察到。
8、v温度过高温度过高(在在Tg以上很多以上很多)或外力过或外力过大大,形变发展很快形变发展很快,也感觉不出蠕变也感觉不出蠕变现象。现象。v温度在温度在Tg以上不多以上不多,链段在外力下链段在外力下可以运动可以运动,但运动时受得内摩擦又但运动时受得内摩擦又较大较大,只能缓慢运动只能缓慢运动,则可观察到蠕则可观察到蠕变。变。温度升高温度升高外力增大外力增大(t)0tv线形非晶态高聚物线形非晶态高聚物如果如果TTg,只能瞧到蠕变得最后部分。只能瞧到蠕变得最后部分。在在Tg附近附近,可在较短得时间内观察到全部曲线可在较短得时间内观察到全部曲线v交联高聚物得蠕变交联高聚物得蠕变无粘性流动部分无粘性流动部分
9、。v晶态高聚物得蠕变晶态高聚物得蠕变不仅与温度有关不仅与温度有关,而且由于再结晶等情况而且由于再结晶等情况,使蠕变比预期使蠕变比预期得要大。得要大。不同类型高聚物得蠕变行为不同不同类型高聚物得蠕变行为不同线形与交联聚合物得蠕变全过程线形与交联聚合物得蠕变全过程线形聚合物线形聚合物:形变随时间增加而增大形变随时间增加而增大,一直增大一直增大,蠕变不能蠕变不能完全回复。完全回复。交联聚合物交联聚合物:形变随时间增加而增大形变随时间增加而增大,趋于某一值趋于某一值,蠕变可以蠕变可以完全回复。完全回复。t线形聚合物线形聚合物交联聚合物交联聚合物如何防止蠕变?关键关键:减少链得质心位移减少链得质心位移链
10、间作用力链间作用力1交联交联2链柔顺性链柔顺性3方式有三种方式有三种:采用刚性链采用刚性链;加强链间作用力加强链间作用力;或进行交联。或进行交联。7、1、2 应力松弛应力松弛 Stress Relaxationv在恒温下保持一定得恒定应变时在恒温下保持一定得恒定应变时,材料得应材料得应力随时间而逐渐减小得力学现象称为力随时间而逐渐减小得力学现象称为应力应力松弛松弛。加加力力保持一定形变保持一定形变,持续一段时间后持续一段时间后分子重排过程分子重排过程,以分子以分子运动来耗散能量运动来耗散能量,从而从而维持一个定形变所需要维持一个定形变所需要得力逐渐减小得力逐渐减小t交联与线形聚合物得应力松弛交
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