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聚合物动态力学分析 材料与化工学院 焦明立 目录 基本原理 动态力学分析仪器 实验技术 动态力学分析技术的应用 高聚物线性粘弹性 静态粘弹性 蠕变：应力恒定，研究应变与时间的关系 应力松弛：应变恒定，研究应力与时间的关系 动态粘弹性 应力或应变随时间变化（一般为正弦变化）研究相应的应变或应力随时间的变化。 动态粘弹性 滞后 形变落后于应力的变化 发生滞后现象 弹、粘性材料动态交变应力与应变的关系 滞后原因 产生原因：链单元运动需要克服分子间的相互作用，因此需要一定的时间。 愈大表示链单元运动愈困难 影响因素： 柔性链 大 分子结构 内因 刚性链 小 分子间作用 外因 外力作用频率、环境温度 链段运动时温度的影响 温度在Tg以下很低时 链段运动速度很慢，在应力增长的时间内链段运动来不及发展，无滞后 温度很高时-到达高弹态，但小于Tf 链段运动很快，形变几乎不落后应力的变化，滞后现象几乎不存在 ★在某一温度下（ Tg上下几十度范围内），链段能运动，但又跟不上应力变化，滞后现象比较严重 ★增加频率与降低温度对滞后影响相同 ★降低频率与升高温度有相同影响 力学损耗 形变落后于应力的变化，发生滞后现象 每一循环变化中要消耗功，称为力学损耗，即内耗。 损耗功 以应力～应变关系作图时，所得的曲线封闭成环，称为滞后环或滞后圈 此圈越大 力学损耗越大 损耗角 力学损耗的分子运动机制 拉伸时外力对高聚物做功 改变分子链的构象 提供链段运动克服内 分子链卷曲 伸展 “摩擦”所需的能量 损耗 高聚物对外做功 改变分子链的构象 提供链段运动克服内 分子链伸展 卷曲 “摩擦”所需的能量 应力的分解 复数模量 复数模量 储能模量： （反映材料形变时的回弹能力） 实数部分 损耗模量： （反映材料形变时的内耗状况） 虚数部分 复数模量 复数模量与力学损耗 力学损耗 称力学损耗角正切 力学损耗影响因素 分子结构 链段运动阻碍大 损耗大 空间位阻 次价力作用 （侧基体积大、数量多） （氢键、极性基团存在） 链段运动阻碍小 损耗小 外界条件 温度和外力作用频率 利用此可研究高聚物的分子运动 动态粘弹性和松弛时间 当外力作用时间 t 时： 1/ 运动单元跟不上外力作用的变化 即：运动单元对外力作用无响应 因此，不产生力学损耗 tg 0 动态粘弹性和松弛时间 外力作用时间 t 时： 1/ t 下一运动单元的松弛时间 运动单元完全跟得上外力作用的变化 即：运动单元对外力作用无滞后现象 所以 0 tg 0 同样不产生力学损耗 动态粘弹性和松弛时间 当外力作用时间 t 时： 运动单元介于上述两种情况之间 运动单元产生的力学损耗将达到最大 即： tg 与外力作用时间的关系 存在一个峰值 动态粘弹性研究分子运动 测定tg ~ log 时 在恒定的温度下（通常为室温） 分子运动的松弛 时间也为一恒定值 当测量频率 变化到1/ ~ 松弛时间 时 力学损耗tg 出现损耗峰 频率对聚合物温度谱的影响 动态粘弹性研究分子运动 实际使用时是测定： 力学