《聚合物的黏弹性》PPT课件

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1、第五章聚合物的黏弹性计划学时：6学时ViscoelasticityPropertyofPolymers本章教学要求本章的内容包括：（１）粘弹性的概念、特征、现象（2）粘弹性模型（3）玻尔兹曼迭加原理、时－温等效原理及应用难点：（１）粘弹性的理解（２）时－温等效原理的理解（３）松弛谱的概念掌握内容（1）蠕变、应力松弛及动态力学性质的特征、分子运动机理及影响因素；（2）线性粘弹性的Maxwell模型、Keliv模型、四元件模型。（3）时－温等效原理的理解理解内容（1）粘弹性模型的推导（2）叠加原理及实践意义了解内容松弛谱的概念本章教学要求材料受外力作用时的形变行为

2、：理想的弹性固体服从虎克定律——形变与时间无关瞬间形变，瞬间恢复理想的粘性液体服从牛顿定律——形变与时间成线性关系引言高聚物：分子运动宏观力学性能强烈地依赖于温度和外力作用时间因此，高分子的形变行为是与时间有关的粘性和弹性的组合粘弹性——外力作用下，高聚物材料的形变性质兼具固体的弹性和液体粘性的特征，其现象表现为力学性质随时间而变化的力学松弛现象。所以高聚物常称为粘弹性材料，这是聚合物材料的重要特征。5-1高聚物的力学松弛现象与模型应力松弛蠕变现象滞后现象力学损耗静态粘弹性一、应力松弛1、定义：恒温恒应变下，材料的内部应力随时间的延长而衰减的现象。如：PVC包

3、扎带缚物（含增塑剂），开始扎的紧，慢慢就变松了。动态粘弹性2、应力松弛曲线：时间t应力σ0σ(∞)交联物线形物材料拉伸过程中应力的衰减是由于：分子运动随时间变化而引起的（不平衡构象转向平衡构象），链段缓慢的顺着外力的方向运动，导致的分子间相对位置的调整，减少或消除内部应力。3、原因4、Maxwell模型一个虎克弹簧（弹性）一个牛顿粘壶（粘性）串连说明粘弹性虎克弹簧牛顿粘壶σ1=Eε1σ如何直观的描述应力松弛行为如果以恒定的σ作用于模型，弹簧与粘壶受力相同：σ=σ1=σ2形变应为两者之和：ε=ε1+ε2其应变速率：弹簧：粘壶：Maxwell运动方程模拟应力松弛：

4、根据定义：ε=常数（恒应变下），dε/dt=0分离变量：根据模型：当t=0，σ=σ0时积分：应力松弛方程令τ=η/Et=τ时，σ(t)=σ0/eτ的物理意义为应力松弛到σ0的1/e的时间－-松弛时间t∞，σ(t)0应力完全松弛二、蠕变1、定义：恒温、恒负荷下，高聚物材料的形变随时间的延长逐渐增加的现象。如：PVC丝钩着一定重量的砝码，就会慢慢的伸长，解下砝码后丝会慢慢缩回去。2、蠕变机理与曲线在外力作用下，随着时间的延长，材料相继产生三种形变，并且还可考察形变回复。普弹形变：键长和键角立刻发生小变形。tε高弹形变：分子链通过链段运动逐渐伸展的过程，形变与时间成

5、指数关系。t1t2ε粘性形变：线型聚合物，还会产生分子间的相对滑移，外力除去后粘性流动是不能回复的。t1t2ετ=η/E适当外力下，Tg以上不远，链段在外力下可以运动，摩擦力大，蠕变较明显ε3ε3ε1ε2ε2ε1tε蠕变及蠕变回复曲线实际应用：刚性链；交联可以使材料抗蠕变性能提高。蠕变现象一般采用Voigt(Kelvin)模型来模拟：由虎克弹簧和牛顿粘壶并联而成：应力由两个元件共同承担，Voigt运动方程形变量相同Voigt(Kelvin)模型σ始终满足σ=σ1+σ23、Voigt(Kelvin)模型σ1=Eε1根据定义σ（t）=σ0应力恒定，分离变量：τ—推

6、迟时间（蠕变松弛时间）εε∞t蠕变过程：应力保持不变蠕变方程蠕变回复过程：当积分：εε∞蠕变回复方程蠕变及蠕变回复曲线t应力除去后应变从ε（∞）按指数函数逐渐恢复t∞时，ε（t）0Voigt(Kelvin)模型模拟蠕变行为时，t∞时，ε（t）=ε∞模拟蠕变回复时，t∞时，ε（t）0说明此模型只能模拟交联物蠕变中的高弹形变ε3ε3ε1ε2普弹高弹塑性ε2ε1tε4、多元件模型考虑到聚合物的形变是由三部分组成-----四单元模型，描述线性聚合物的蠕变，P244蠕变时：σt1t25、蠕变的影响因素（1）温度：温度升高，蠕变速率增大，蠕变程度变大因为外力作用下，温度高

7、使分子运动速度加快，松弛加快（2）外力作用大，蠕变大，蠕变速率高（同于温度的作用）tε（3）受力时间：受力时间延长，蠕变增大。T外力（4）结构主链钢性：分子运动性差，外力作用下，蠕变小交联与结晶：交联使蠕变程度减小，结晶也类似于交联作用，使蠕变减小。t100020003000ε（%）聚砜聚苯醚聚碳酸酯改性聚苯醚ABS（耐热级）聚甲醛尼龙ABS0.51.01.52.01、滞后现象试样在交变应力作用下，应变的变化落后于应力的变化的现象汽车速度60公里/小时轮胎某处受300次/分的周期应力作用。三、动态粘弹性动态力学松弛现象ε(t)wtσ(t)σ0粘弹材料的力学响应

8、介于弹性与粘性之间，应变落后于应力一个