高分子物理之8全解PPT精品课件

交联高聚物 t
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力学松弛或粘弹现象
4.力学松弛: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
5.线性粘弹性：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 Linear viscoelasticity
粘弹性分类
静态粘弹性 蠕变、应力松弛 动态粘弹性 滞后、内耗
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弹性与粘性比较
弹性 能量储存 形变回复 虎克固体
E
E(,,T) 模量与时间无关
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粘性
能量耗散 永久形变 牛顿流体
d
dt
E(,,T,t)
模量与时间有关
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思考题
• 理想弹性体的应力取决于 性体的应力取决于 。
，理想黏
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理想弹性体、理想粘性液体 和粘弹性
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。
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For polymers 对高聚物而言
Polymer
Ideal viscous liquid
Polymer Ideal elastic solid
非牛顿流体
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t
与弹性体有区别
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ε
0
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Comparison
= const.
理想粘性体
理想弹性体 线形高聚物
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§8-2 高聚物的黏弹现象
一、静态粘弹性 应力或应变恒定，不是时间的函数时，聚合物材料所表
现出来的粘弹现象。
（一）蠕变Creep
1、定义：
在一定的温度和较小的恒定应力（拉力，扭力或压力等）作 用下，材料的形变随时间的增长而逐渐增加的现象。
若除掉外力，形变随时间变化而减小－－称为蠕变回复。 物理意义：蠕变大小反映了材料尺寸的稳定性和长期负载能力。
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思考题
• 黏弹性表现最为明显的温度是 • A. <Tg B. Tg 附近 C. Tf 附近
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Creep recovery 蠕变回复
1 2
3
0
t2
t
1撤力一瞬间，键长、键角等次级运动立即回复，
形变直线下降
2通过构象变化，使熵变造成的形变回复
3分子链间质心位移是永久的，留了下来
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材料的粘、弹基本概念
材料对外界作用力
的不同响应情况
恒定力或形变-静态 变化力或形变-动态
典 小分子固体 – 弹性 型 小分子液体 – 粘性
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§8-1 粘弹性的基本概念
1.理想弹性固体：受到外力作用形变很小，符合胡克定 律 ＝E1, E1普弹模量。 特点:受外力作用平衡瞬时达到,除去外力应变立即恢复。
3.粘弹性: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。
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高聚物粘弹性 The viscoelasticity of polymers
•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，应力同时依赖于应变和应变速 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。
t2
t
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（iii）粘性流动（3）：
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。
3
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t1 t2
3
0
t
t
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当聚合物受力时，以上三种形变同时发生
2+3
1
t1
t2
1
2
0[E 1 1E 1 2(1et/)t]
3
t
1加力瞬间，键长、键角立即产生形变，形变直线上升 2通过链段运动，构象变化，使形变增大 3分子链之间发生质心位移
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2. 蠕变曲线:
理想弹性体和粘性体的 蠕变和蠕变回复
对σ0 理 想 0 t1 弹ε 性体ε0
t2 t
σ
对 σ0
理
想
0 t1
粘
性ε
体 ε0
t2
t
0 t1
t2 t
0 t1
t2
t
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高分子材料蠕变包括三个形变过程：
（i）普弹形变（1）：
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，普弹形变立刻完全 回复。
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3.不同聚合物的蠕变曲线: 线形和交联聚合物的蠕变全过程
线形聚合物
交联聚合物
形变随时间增加而增大， 蠕变不能完全回复
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t 形变随时间增加而增大， 趋于某一值，蠕变可以完 全回复
1
t1
t2
t
普弹形变示意图
1
0
E1
D10
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（ii）高弹形变（2）： High elastic deformation
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。
2
2
0
E2
(1et/)
t1
时
间
不
E
0 t1
ε ε0
t2 t
存 在 依
赖
0 t1
t2 t
性Βιβλιοθήκη Baidu
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牛顿定律 Newton’s law
Ideal viscous liquid 理想粘性液体
.
d
dt
σ
σ0
粘度 Viscosity
形外 变力 与除
1 η
0 t1
ε
2
时去
t2
t
间后
有完
关全
不
回
复
0 t1
t2
t
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§8-1 粘弹性的基本概念
普通粘、弹概念
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。
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。
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2.理想的粘性液体：符合牛顿流体的流动定律的流体,＝ 特点:应力与切变速率呈线性关系,受外力时应变随时间线性 发展,除去外力应变不能恢复。
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虎克定律 Hooke’s law
Ideal elastic solid 理想弹性体
E 弹性模量 E Elastic modulus
形 变
σ
对
σ0
第八章 聚合物的黏弹性
学习目的与要求
掌握聚合物的黏弹性能表现形式； 掌握时间－温度等效原理及应用； 了解描述黏弹性的数学模型：Maxwell模型及Kelvin模型； 了解Boltzmann叠加原理。
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第八章 聚合物的黏弹性
本章的主要内容 • 粘弹性的基本概念 • 高聚物的黏弹现象 • 黏弹性的数学模型 • Boltzmann叠加原理 • 时间－温度等效原理