《高聚物流变学》PPT课件

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1、高聚物流变学材料学院方显力0绪论流变学(Rheology)是研究材料变形与流动的科学.聚合物流变学系研究聚合物及其熔体的变形和流动特性。0.1聚合物流变学的研究内容聚合物流变学研究的内容如下：（1）聚合物流变行为与数学模式本课程讨论(a)线性弹性(b)线性粘性（c）非线性弹性（d）非线性粘性（e）线性粘弹性五个数学模式（2）聚合物的流变行为与环境参数的关系（3）材料参数如分子量、分子结构、添加剂的浓度等对聚合物流变性能的影响。（4）聚合物流变性能的表征和测定方法。（5）聚合物流变学的实际应用。0.2聚合物流变行为的特性经典的有关变形的理论不适用于聚合物材料！！！1、经典的力学模式（1）固体

2、的经典模式刚体(Rigidsolid)、线性弹性体（Linearelasticsolid）即胡克弹性体刚体不改变形状，弹性体的形状取决于所施加的力（2）液体的经典模式完全流体(Perfectfluid)和线性粘性流体（Linearviscousfluid）即牛顿流体。完全流体可被认为是粘性流体的特例，即速度梯度很小时的粘性流体2、晶体和液体的热力学含义晶体和液体除其力学意义外，还用来表示材料的热力学性质和分子结构。下图是低分子物质比容随温度变化的曲线低于Tm时，该材料在力学上是线弹性体，高于Tm时，该材料表现为线性粘性流体，熔点时材料从晶相变为液相。3、聚合物的特性（1）在液氮中冷却的硫化

3、天然胶（a）硫化橡胶分解之前是固体，但不结晶（b）高弹态的材料应采用非线性弹性的模式（c）接近Tg时的实验发现硫化橡胶有变形的时间依赖性（Time-dependentbehavior)，需用粘弹性模式来描述这种性质。（2）未硫化的天然胶（a）高温时会流动，施加力大时，不是牛顿流体，需用非线性的粘性流体模式描述（b）温度稍高于Tg时，1、力小，移除，则表现为弹性体2、力不移除，形变随时间增加，且不能恢复，表现为粘性，故称之为粘弹性液体（Viscoelasticliquid）。1流变学的基本概念本章主要介绍流变学中各种物理量的概念，即描述材料发生各种变形或流动时的应力、应变和应变速率1.1简单

4、实验简单实验中，材料是均匀的，各向同性的，而材料被施加的应力及发生的应变也是均匀和各向同性的，即应力、应变与坐标及其方向无关。1.2应变(Strain)1、各向同性的压缩和膨胀（Isotropiccompressionandexpansion）ε是边长变化量与原始长度之比。ε>0,试样膨胀，ε<0,试样被压缩，2、拉伸和单向压缩(Extensionanduniaxialexpansion)3、简单剪切和简单剪切流动(Simpleshearandsimpleshearingflow)对液体来说，变形随时间变化，对简单剪切流动，其变形可用剪切速率（Rateofshear）表示：1.3应力（St

5、ress）用单位面积上所受的力来表示受力情况，称之为应力t，即t=df/dsdf为作用在表面上无限小面积ds上的力。在简单实验中由于力是均匀的，t=f/s1.4应力的分量表示法和应力张量采用应力的分量表示法可完全地描述一个应力的性质：应力方向、大小、作用面。应力分量用两个下标表示。第一个表示该应力作用面，第二个表示应力方向。作用力的方向与作用面垂直，被称为应力的法向分量（Normalcomponent），即两个下标相同的分量为法向分量。作用力的方向与作用面平行，这种分量被称为应力的切向分量（Shearcomponent）可以用一个数组来表示三个方向上的应力矢量由式中九个应力分量组成的数组称

6、为笛卡尔坐标系的应力张量（Stresstensor）。1.5简单实验中的应力张量1、拉伸实验很明显应力txx=f/A其应力张量为2、各向同性的压缩在各向同性压缩实验中，应力在任何方向都与作用面垂直而且大小相同，即在笛卡尔坐标中：式中，p为压力。其他切应力分量均为零，故应力张量为3、简单剪切简单剪试验中，应力与作用面平行。如图如图，x方向上力是平衡的，但会产生一个顺时针方向的力矩，为避免体积单元旋转，必须施加一个反时针方向的力矩，即在x面上施加一个垂直的应力tx顺时针方向的总力矩dL为dL=tyxdxdydz-txydxdydz要使该体积单元平衡，总力矩dL必须为零，即tyx＝txy，因此，

7、在简单剪切实验中，应力张量为1.6接触力（内力）在未分隔的物体内，右面的部分通过分隔面施加着一个均匀分布的力f在左面部分物体上。这就是接触力。因简单实验，力是均匀的，故单元面积dA上所受到的力为txx=f/A若分隔面与z轴平行但与y轴成θ角此时应力矢量tθ=txcosθ=[(f/A)cosθ,0,0]1.7应变张量变形前点P1和P2的相对位置可表示为变形后点P1和P2的相对位置可表示为变形前后P1和P2的相对位置发生变化