高分子物理---第七章 聚合物的粘弹性

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1、第7章聚合物的粘弹性TheViscoelasticityofPolymers1普通粘、弹概念粘–同黏：象糨糊或胶水等所具有的、能使一个物质附着在另一个物体上的性质。弹–由于物体的弹性作用使之发射出去。弹簧–利用材料的弹性作用制得的零件，在外力作用下能发生形变（伸长、缩短、弯曲、扭转等），除去外力后又恢复原状。2材料的粘、弹基本概念材料对外界作用力的不同响应情况典型小分子固体–弹性小分子液体–粘性恒定力或形变-静态变化力或形变-动态3形变对时间不存在依赖性虎克定律Hooke’slaw弹性模量EElasticmodulusIdealelasticsolid理想弹

2、性体t1tt2t1tt2σ0σε0ε00esE4外力除去后完全不回复牛顿定律Newton’slawIdealviscousliquid理想粘性液体t1tt20t1tt20σ0σe2ε粘度Viscositys形变与时间有关5弹性与粘性比较弹性粘性能量储存能量耗散形变回复永久形变虎克固体牛顿流体模量与时间无关模量与时间有关E(,,T)E(,,T,t)6理想弹性体（如弹簧）在外力作用下平衡形变瞬间达到，与时间无关；理想粘性流体（如水）在外力作用下形变随时间线性发展。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

3、这种性能称为粘弹性。理想弹性体、理想粘性液体和粘弹性7高聚物粘弹性Theviscoelasticityofpolymers高聚物材料表现出弹性和粘性的结合在实际形变过程中，粘性与弹性总是共存的聚合物受力时，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。8Forpolymers对高聚物而言非牛顿流体与弹性体有区别sIdealviscousliquidPolymertePolymerIdealelasticsolid9Comparisons=const.理想弹性体理想粘性体交联高聚物线形高聚物εt0107.1力学

4、松弛或粘弹现象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117.1.1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12理想弹性体和粘性体的蠕变和蠕变回复对理想弹性体对理想粘性体t1tt2σ00t1tt2ε0ε0t1tt20σ0σt1tt

5、20ε0ε13e1t1t2t普弹形变示意图（i）普弹形变（e1）：聚合物受力时，瞬时发生的高分子链的键长、键角变化引起的形变，形变量较小，服从虎克定律，当外力除去时，普弹形变立刻完全回复。高分子材料蠕变包括三个形变过程：14（ii）高弹形变（e2）：Highelasticdeformation聚合物受力时，高分子链通过链段运动产生的形变，形变量比普弹形变大得多，但不是瞬间完成，形变与时间相关。当外力除去后，高弹形变逐渐回复。e2t1t2t15（iii）粘性流动（e3）：受力时发生分子链的相对位移，外力除去后粘性流动不能回复，是不可逆形变。e3t1t2t16当

6、聚合物受力时，以上三种形变同时发生加力瞬间，键长、键角立即产生形变，形变直线上升通过链段运动，构象变化，使形变增大分子链之间发生质心位移e2+e3t2t1tee3e1e2e117外力作用时间问题作用时间短(t小),第二、三项趋于零作用时间长(t大),第二、三项大于第一项，当t，第二项0/E2<<第三项（0t/)说明什么问题？18e1e2e3t20teCreeprecovery蠕变回复撤力一瞬间，键长、键角等次级运动立即回复，形变直线下降通过构象变化，使熵变造成的形变回复分子链间质心位移是永久的，留了下来19线形和交联聚合物的蠕变全过程形变随时间增

7、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20影响高聚物蠕变的因素聚合物的蠕变行为与其结构、分子量、结晶、交联程度、温度和外力等因素有关。A结构：柔性链聚合物蠕变校明显，而刚性链蠕变较小。PVC具有良好的抗腐蚀性，但蠕变较大，应用中应注意。而含有芳杂环的高分子化合物（PC），具有较好的抗蠕变性能，已成为应用广泛的工程塑料。21B分子量：分子量增大，聚合物的抗蠕变性能变好。因为随着聚合物分子量的增大，分子链之间的缠结点增多（类似于物理交联点），故在一定程度上改变材料的流动和蠕变行为。C交联：交联对高聚物

8、的蠕变性能影响非常大。理想的体型高聚物蠕变曲线仅有普