纤维的力学性质 (2).ppt

0t1t2t3t4t5tσσc0t1t2t3tεσc/Et4t5第62页，共100页，星期日，2025年，2月5日四、纤维的动态力学性质许多纺织品如帘子线、传动带、帐篷、降落伞、绳索等都是在动态交变应力作用下工作的。动态力学性质指标直接反映着这些材料的使用性能。纤维高聚物动态交变应力作用下，应变总落后应力相位角?，且0?π/2。虎克弹性体?=0，而牛顿流体?=π/2。s弹性响应e与s完全同步ewt第63页，共100页，星期日，2025年，2月5日粘性响应滞后?/2wtse第64页，共100页，星期日，2025年，2月5日对比弹性和粘性响应0????/20p/2p3p/22pwtStressorstraind第65页，共100页，星期日，2025年，2月5日滞后现象聚合物在交变应力作用下,应变落后于应力变化的现象。其原因在于，链段通过热运动达到新平衡需要时间(受到内摩擦力的作用),导致应变落后于应力变化。外力作用的频率与温度对滞后现象有很大的影响。e1’e1”e1s1拉伸滞后回缩滞后理想弹性体StressStrain第66页，共100页，星期日，2025年，2月5日内耗Internalfriction(力学损耗)类似于Hooke’ssolid,弹性类似于NewtonLiquid,粘性展开运动每个周期中，链段间发生移动,摩擦生热,以热的形式损耗掉的能量。滞后的相角?决定内耗所有能量都耗散掉了所有能量都以弹性能量的形式存储起来，没有热耗散第67页，共100页，星期日，2025年，2月5日内耗的表征Characterizationofinternalfriction展开完全同步，相当于弹性相差90°,相当于粘性应变改写应力表示第68页，共100页，星期日，2025年，2月5日动态模量动态损耗模量动态储能模量第69页，共100页，星期日，2025年，2月5日将在一定振幅的变形?0(或负荷?0)以正弦波?=?0sin?t作用于纤维，其中?为角频率，且纤维始终处于拉伸状态。这时，纤维上的应力亦是正弦交变的，但超前应变一相位角?，即?=?0sin(?t+?),式中?0为应力的幅值。将?式展开可得：上式表明纤维在交变应变?=?0sin?t的作用下，其应力分成两项，第一项与应变同相位，相当于纤维中弹性部分的作用，第二项超前应变π/2，相当于纤维中粘性部分的作用。E’代表弹性部分作用，E’’代表材料中粘性流动的响应，在交变外力作用下，产生能量损耗。外力消耗的功为：动态弹性模量(储能)E’动态损耗模量E’’第70页，共100页，星期日，2025年，2月5日（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。e3t1t2t第30页，共100页，星期日，2025年，2月5日当聚合物受力时，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+e3t2t1tee3e1e2e1第31页，共100页，星期日，2025年，2月5日外力作用时间的影响作用时间短(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/?)第32页，共100页，星期日，2025年，2月5日e1e2e3t20te蠕变回复Creeprecovery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，不可回复。第33页，共100页，星期日，2025年，2月5日线形和交联聚合物的蠕变全过程形变随时间增加而增大，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第34页，共100页，星期日，2025年，2月5日(2)应力松弛StressRelaxation理想弹性体和理想粘性体的应力松弛t1tt2σ00t1tt2ε0ε0t1tt2ε0ε0t1tt2σ00第35页，共100页，星期日，2025年，2月5日交联和线形聚合物的应力松弛高分子链的构象重排和分子链滑移是导致材料蠕变和应力松弛的根本原因。不能产生质心位移,应力只能松弛到平衡值交联聚合物