《高分子物理Cha》PPT课件

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1、第七章聚合物的粘弹性聚合物的粘弹性本章教学内容、要求及目的教学内容：聚合物粘弹性现象、力学模型及数学描述；时温等效原理；粘弹性的研究方法。重点和要求：聚合物材料在受力情况下所产生的各种粘弹现象、分子运动机理、力学模型及数学描述；时温等效原理及其应用教学目的：了解和掌握聚合物的粘弹性行为，指导我们在材料使用和加工过程中如何利用粘弹性、如何避免粘弹性、如何预测材料的寿命。聚合物的粘弹性现象主要内容：聚合物的粘弹性现象蠕变现象应力松弛现象本讲重点及要求：聚合物材料在受力情况下所产生的蠕变和应力松弛的粘弹现象及分子运动机理。普通粘、弹概念

2、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。7.1材料的粘、弹基本概念Elastic–havingthetendencytogobacktothenormalorprevioussizeorshapeafterbeingpulledorpressed.Viscous–thickandsticky,semi-fluid,thatdoesnotfloweasily材

3、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理想弹性体外力除去后完全不回复牛顿定律Newton’slaw粘度ViscosityIdealviscousliquid理想粘性液体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)理想弹性体的应力取决于，理想粘性体的应力取决于。

4、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，聚合物的这种性能称为粘弹性。聚合物的力学性能随时间的变化统称为力学松弛。最基本的力学松弛现象包括蠕变、应力松弛、滞后和力学损耗等。理想弹性体、理想粘性液体和粘弹性所有物质均具有粘弹二性高聚物粘弹性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

5、同时依赖于形变和形变速率，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。Forpolymers对高聚物非牛顿流体与弹性体有区别Comparison理想粘性体理想弹性体交联高聚物线形高聚物力学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线性粘弹性Linearviscoelasticity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。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Reviewofrelaxationtime（1）分子运

6、动的多样性Varietiesofmolecularmovements（2）分子运动与时间的关系Therelationshipwithtime（3）分子运动与温度的关系Therelationshipwithtemperature多种运动单元多种运动方式Smallmolecules,=10-8~10-10sHighmolecules,=10-1~10-4sTT分子运动三特点Timedependence在一定的温度和外力作用下，高聚物分子从一种平衡态过渡到另一种平衡态需要一定的时间。Temperaturedependence分子

7、运动的温度依赖性EyrigEquationE-松弛所需的活化能activationenergyTT7.2CreepingandRelaxation蠕变和应力松弛7.2.1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。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e1t1t2t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

8、立刻完全回复。如右图：高分子材料蠕变过程包括三个形变过程：（ii）高(滞）弹形变（e2）：anelastic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。如下图