第5章聚合物的黏弹性.ppt

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 Boltzmann 叠加 聚合物的应力松弛行为是其整个历史上诸松弛过程的线性加和。 蠕变过程，每个负荷对聚合物的变形的贡献是独立的，总得蠕变是各个负荷引起的蠕变的线性加和。 对于应力松弛，每个应变对聚合物的应力松弛的贡献也是独立的，聚合物的总应力等于历史上诸应变引起的应力松弛过程的线性加和。 lgE lgω 粘弹区 橡胶区 玻璃态 lgωg E” E’ tgδ 动态力学图谱 温度谱 频率谱 玻璃化转变频率此区域表现出明显的粘弹行为故称粘弹区 四、广义力学模型与松弛时间 单一模型表现出的是单一松弛行为，单一松弛时间的指数形式的响应，实际高聚物： 结构的多层次性 运动单元的多重性 因此要完善地反映出高聚物的粘弹行为，须采用多元件组合模型来模拟——广义力学模型 不同的单元有不同的松弛时间 1、广义Maxwell模型 取任意多个Maxwell单元并联而成： τ1 τ2 τ3 τi τn E1 E2 Ei En η1 η2 ηi ηn 每个单元弹簧以不同模量E1 、E2…… Ei、En 粘壶以不同粘度η1、η2 ……ηi 、ηn 因而具有不同的松弛时间τ1、τ2 ……τi、τn 四、广义力学模型与松弛时间 模拟线性物应力松弛时： ε0恒定 （即在恒应变下，考察应力随时间的变化） σ 应力为各单元应力之和σ1+σ2+……+σi 2、广义的Voigt模型 若干个Voigt模型串联起来 体系的总应力等于各单元应力 体系的总应变等于各单元应变之和 蠕变时的总形变等于各单元形变加和 蠕变柔量： E1 E2 Ei η1 η2 ηn ηn+1 En ηi 5-2、粘弹性与时间、温度的关系——时温等效原理 一、时温等效原理 从分子运动的松弛特性已知，要使聚合物： 表现出高弹性，需要：合适的温度TTg 一定的时间，链段松弛时间 表现出粘流性，需要：较高的温度T＞Tf 较长的时间，分子链松弛时间 即聚合物分子运动同时具有对时间和温度的依赖性 同一个力学松弛行为：较高温度、短时间下 较低温度长时间下 都可观察到 时温等效 升高温度与延长时间具有相同的力学性能变化效果 时温等效原理： 升高温度与延长时间对分子运动或高聚物的粘弹行为都是等效的，这个等效性可以借助转换因子at，将在某一温度下测定的力学数据转换成另一温度下的数据 例：T1T2两个温度下，理想高聚物蠕变柔量对时间 对数曲线 lgt D(t) lgaT T1 T2 将T1曲线lgt沿坐标移lgaT，即与T2线重叠 D(T1,t1)=D(T2,t2= t1/aT) lgt lgaT tgδ T1 T2 动态下，降低频率与延长时间等效（低温） 增加频率与缩短时间等效（高温度） 移动因子： T时的松弛时间 参考温度Ts的松弛时间 aT是温度T时的粘弹性参数 转换为参考温度Ts时的粘弹性参数时在时间坐标上的移动量。 二、时温等效原理的实用意义 利用时间和温度的这种等效关系，不同温度、时间、频率下测得的力学数据相互换算 例： NR要得到某低温下NR的应力松弛行为，由于温度太低，应力松弛很慢，要得到完整的曲线和数据需要很长时间，此时可利用于时温等效原理，在常温下或较高温度下，测得的应力松弛数据，换算、叠加成低温下的曲线。（叠加曲线见P358） 依据WLF方程： * 第五章 聚合物的黏弹性 计划学时：6学时 Viscoelasticity Property of Polymers