力学松弛-粘弹性.ppt

第三节 粘弹性 3-1 松弛现象 3-2 蠕变 3-3 应力松弛 3-4 滞后 3-5 力学损耗 3-6 测定粘弹性的方法 3-7 粘弹性模型 3-8 粘弹性与时间、温度的关系（时温等效） 3-9 波尔兹曼迭加原理 3-1 高聚物的力学松弛现象 力学松弛——高聚物的力学性能随时间的变化统称力学松弛 最基本的有：蠕变 应力松弛 滞后 力学损耗 ①理想弹性体受外力后，平衡形变瞬时达到，应变正比于应力，形变与时间无关 ②理想粘性体受外力后，形变是随时间线性发展的，应变速率正比于应力 ③高聚物的形变与时间有关，这种关系介于理想弹性体和理想粘性体之间，也就是说，应变和应变速率同时与应力有关，因此高分子材料常称为粘弹性材料。 3-2 蠕变 蠕变：在一定的温度和恒定的外力作用下（拉力，压力，扭力等），材料的形变随时间的增加而逐渐增大的现象。 蠕变过程包括下面三种形变： 普弹形变、高弹形变、粘性流动 ⑴普弹形变 高分子材料受到外力作用时，分子链内部键长和键角立刻发生变化，形变量很小，外力除去后，普弹形变立刻完全恢复，与时间无关。 应力 普弹形变 普弹形变模量 示意图 ⑵高弹形变 是分子链通过链段运动逐渐伸展的过程，形变量比普弹形变大得多，形变与时间成指数关系，外力除去高弹形变逐渐恢复。 应力 高弹形变 高弹形变模量 松弛时间 示意图 ⑶粘性流动 分子间无交联的线形高聚物，则会产生分子间的相对滑移，它与时间成线性关系，外力除去后，粘性形变不能恢复，是不可逆形变 应力 本体粘度 示意图 高聚物受到外力作用时，三种形变是一起发生的，材料总形变为 由于 是不可逆形变，所以对于线形高聚物来讲，外力除去后，总会留下一部分不可恢复的形变。 ⑷三种形变的相对比例依具体条件不同而不同 时，主要是 时，主要是 和 时， ， ， 都较显著 ⑸蠕变与温度高低及外力大小有关 温度过低（在 以下）或外力太小，蠕变很小，而且很慢，在短时间内不易观察到 温度过高（在 以上很多）或外力过大，形变发展很快，也不易观察到蠕变 温度在 以上不多，链段在外力下可以运动，但运动时受的内摩擦又较大，则可观察到蠕变 ⑹不同种类高聚物蠕变行为不同 线形非晶态高聚物 如果 时作试验只能看到蠕变的起始部分，要观察到全部曲线要几个月甚至几年 如果 时作实验，只能看到蠕变的最后部分 在 附近作试验可在较短的时间内观察到全部曲线 交联高聚物的蠕变 无粘性流动部分 晶态高聚物的蠕变 不仅与温度有关，而且由于再结晶等情况，使蠕变比预期的要大 ⑺应用 各种高聚物在室温时的蠕变现象很不相同，了解这种差别对于系列实际应用十分重要 可以看出： 主链含芳杂环的刚性链高聚物，具有较好的抗蠕变性能，所以成为广泛应用的工程塑料，可用来代替金属材料加工成机械零件。 蠕变较严重的材料，使用时需采取必要的补救措施。 例1：硬PVC抗蚀性好，可作化工管道，但易蠕变，所以使用时必须增加支架。 例2：PTFE是塑料中摩擦系数最小的，所以有很好的自润滑性能，但蠕变严重，所以不能作机械零件，却是很好的密封材料。 例3：橡胶采用硫化交联的办法来防止由蠕变产生分子间滑移造成不可逆的形变。 3-3 应力松弛 定义：对于一个线性粘弹体来说，在应变保持不变的情况下，应力随时间的增加而逐渐衰减，这一现象叫应力松弛。（Stress Relax） 例如：拉伸一块未交联的橡胶到一定长度，并保持长度不变，随着时间的增加，这块橡胶的回弹力会逐渐减小，这是因为里面的应力在慢慢减小，最后变为0。因此用未交联的橡胶来做传动带是不行的。 起始应力