聚合物的变形

第9章聚合物的流变性流变学是研究材料流动和变形规律的一门科学。

聚合物液体流动时，以粘性形变为主，兼有弹性形变，故称之为粘弹体，它的流变行为强烈地依赖于聚合物本身的结构、分子量及其分布、温度、压力、时间、作用力的性质和大小等外界条件的影响。

9.1牛顿流体与非牛顿流体9.1.1非牛顿流体描述液体层流行为最简单的定律是牛顿流动定律。

凡流动行为符合牛顿流动定律的流体，称为牛顿流体。

牛顿流体的粘度仅与流体分子的结构和温度有关，与切应力和切变速率无关。

式中：——剪切应力，单位：牛顿/米2(N/㎡)；——剪切速率，单位：s-1；——剪切粘度，单位：牛顿•秒/米2(N•s/㎡)，即帕斯卡•秒(Pa•s)。

非牛顿流体：不符合牛顿定律的液体，即η是或时间t的函数。

包括：１、假塑性流体(切力变稀体)η随的↗而↙例：大多数聚合物熔体２、膨胀性流体(切力变稠体)η随的↗而↗例：泥浆、悬浮体系、聚合物胶乳等。

３、宾汉流体。

τ<τy，不流动；τ>τy，发生流动。

按η与时间的关系，非牛顿流体还可分为：（1）触变体：维持恒定应变速率所需的应力随时间延长而减小。

（2）流凝体：维持恒定应变速率所需的应力随时间延长而增加。

牛顿流体，假塑性流体与膨胀性流体的应力－应变速率关系可用幂律方程来描述：式中：K为稠度系数n：流动指数或非牛顿指数n＝1时，牛顿流体 k＝η； n>1 时，假塑性流体； n<1 时，膨胀性流体。

定义表观粘度9.2聚合物的粘性流动9.2.1聚合物流动曲线聚合物的流动曲线可分为三个主要区域：图9-1 聚合物流动曲线１、第一牛顿区低切变速率，曲线的斜率n＝1，符合牛顿流动定律。

该区的粘度通常称为零切粘度，即的粘度。

２、假塑性区(非牛顿区)流动曲线的斜率n<1，该区的粘度为表观粘度ηa，随着切变速率的增加，ηa值变小。

通常聚合物流体加工成型时所经受的切变速率正在这一范围内。

３、第二牛顿区在高切变速率区，流动曲线的斜率n＝1，符合牛顿流动定律。

聚合物在成型过程中的物理化学变化是什么
聚合物是由重复单元组成的大分子化合物，广泛应用于各个领域，比如塑料制品、纤维材料、涂料等。

在聚合物制品的生产中，成型过程是其中一个关键的阶段，涉及到聚合物在物理和化学上的变化。

在成型过程中，聚合物会经历一系列复杂的物理化学变化，这些变化直接影响着最终制品的性能和品质。

首先，在成型过程中，聚合物会发生熔融或溶解。

对于热塑性聚合物来说，成型过程通常是将聚合物加热至熔融状态，随后通过模具冷却成型。

在这个过程中，聚合物链之间的相互作用会发生改变，从而改变了聚合物的结构和性质。

而对于热固性聚合物来说，成型过程通常是将聚合物加热至可塑化状态，通过化学交联反应形成永久性的结构。

其次，在成型过程中，聚合物会发生流变行为。

流变是指聚合物在受力作用下表现出的变形特性，包括黏弹性和塑性等。

在成型过程中，聚合物会受到外力的作用，导致分子链的流动和排列，从而改变了聚合物的结构和形态。

这种流变行为直接影响着聚合物制品的成型性能和工艺条件的选择。

此外，在成型过程中，聚合物会发生氧化或降解反应。

由于聚合物长期暴露在高温、高湿、紫外线等环境下，会引起聚合物分子链的氧化或断裂，从而降低了聚合物的性能和寿命。

因此，在成型过程中需要控制好成型温度、湿度和光照等条件，以减少聚合物的氧化和降解反应。

总的来说，在聚合物的成型过程中，物理化学变化是不可避免的。

了解聚合物在成型过程中的变化规律，可以帮助生产者优化工艺参数，提高产品质量，满足市场需求。

因此，在聚合物制品生产中，需要不断探索聚合物物理化学变化的规律，以推动行业发展和技术创新。

1。

第5章聚合物的转变与松弛5.1高聚物的分子运动特点高聚物的结构比小分子化合物复杂的多，因而其分子运动也非常复杂。

主要有以下几个特点：１、运动单元的多重性。

除了整个分子的运动(即布朗运动)外还有链段、链节、侧基、支链等的运动(称微布朗运动)。

２、运动的时间依赖性。

从一种状态到另一种状态的运动需要克服分子间很强的次价键作用力(即内摩擦)，因而需要时间，称为松弛时间，记作。

当时，，因而松弛时间的定义为：变到等于的分之一时所需要的时间。

它反映某运动单元松弛过程的快慢。

由于高分子的运动单元有大有小，不是单一值而是一个分布，称“松弛时间谱”。

３、运动的温度依赖性。

升高温度加快分子运动，缩短了松弛时间。

式中：为活化能；为常数5.2聚合物的热转变与力学状态①线形非晶态聚合物的温度-形变曲线：将一定尺寸的非晶态聚合物在一定应力作用下，以一定速度升高温度，同时测定样品形变随温度的变化，可以得到温度－形变曲线(也称为热－机械曲线)。

如果用模量对温度作图曲线上有两个斜率突变区，分别称为玻璃化转变区和粘弹转变区。

在这两个转变区之间和两侧，聚合物分别呈现三种不同的力学状态，依温度自低到高的顺序分别为：玻璃态，高弹态，粘流态。

两种转变区及三种力学状态的特征及分子运动机理如下：１、玻璃态由于温度较低，分子热运动能低，链段的热运动能不足以克服主链内旋转的势垒，因此，链段处于被“冻结”状态。

只有侧基、链节、短支链等小运动单元的局部振动及键长，键角的变化，因此弹性模量很高(1010～1011dyn/cm2)，形变很小(0.1～1%)，具有虎克弹性行为，质硬而脆，类似玻璃，因而称为玻璃态。

２、玻璃化转变区这是一个对温度十分敏感的区域，在3～5范围内几乎所有性质都发生突变(例如热膨胀系数、模量、介电常数、折光指数等)。

从分子运动机理看，在此温度链段已开始“解冻”，即链段的运动被激发。

由于链段绕主链轴的旋转使分子的形态不断变化，即由于构象的改变，长链分子可以外力作用下伸展(或卷曲)，因此弹性模量迅速下降3～4个数量级，形变迅速增加。

聚合物温度形变曲线
聚合物温度形变曲线是指将聚合物样品放置在恒定的机械载荷下，随着温度的升高而测得的形变曲线。

一般来说，聚合物的形变曲线可以分为三个阶段。

第一阶段称为玻璃化转变区，此时聚合物已经过玻璃化转变，随着温度的升高，聚合物的模量逐渐下降。

第二阶段称为弹性区，此时聚合物处于弹性状态，当受到外界的拉伸或压缩时，聚合物能够发生弹性变形。

第三阶段称为塑性区，此时聚合物已经过弹性极限，受到外界加大的载荷后，聚合物将发生塑性变形。

总的来说，聚合物温度形变曲线是聚合物性能研究中非常重要的一种实验方法，能够为聚合物的应用提供重要的参考依据。

聚合物材料的力学性能与变形行为分析聚合物材料是一类具有广泛应用前景的材料，它们以其轻质、高强度和易加工性而备受关注。

在工程应用中，了解聚合物材料的力学性能和变形行为对于设计和优化材料结构具有重要意义。

本文将从力学性能和变形行为两个方面对聚合物材料进行分析。

一、力学性能的分析聚合物材料的力学性能主要包括强度、韧性、刚度和耐久性等指标。

首先讨论聚合物材料的强度。

聚合物材料的强度通常以拉伸强度、弯曲强度和压缩强度来表示。

拉伸强度指的是在拉伸加载下，材料能够承受的最大应力。

弯曲强度是指材料在弯曲加载下，能够承受的最大应力。

压缩强度则是指材料在受到压缩力作用时能够承受的最大应力。

这些强度指标既反映了聚合物材料的抗拉强度、抗弯强度和抗压强度，也对于材料的应用范围和使用寿命有着重要影响。

其次，韧性是评价聚合物材料的抗断裂能力的指标。

韧性可以通过测量断裂伸长率、断裂能量以及冲击韧性等来表征。

断裂伸长率是指材料在拉伸断裂时，断裂前后的长度差与断裂前的原始长度之比。

断裂能量则是指材料在断裂过程中吸收的能量。

冲击韧性则是评价材料在冲击加载下的抗冲击性能。

此外，刚度是描述聚合物材料抵抗变形的能力。

聚合物材料的刚度可以通过弹性模量来表征，弹性模量越大，意味着材料越难发生变形，刚度越高。

刚度与材料的应变硬化特性和空隙率等因素密切相关。

最后，耐久性是指材料在长期使用过程中能够保持其力学性能稳定的能力。

聚合物材料的耐久性主要包括抗疲劳性、耐腐蚀性和耐温性等。

抗疲劳性指材料在反复加载下不断延伸其使用寿命。

耐腐蚀性和耐温性则是指材料在恶劣环境条件下能够保持其性能不受损害。

二、变形行为的分析聚合物材料的变形行为是指材料在外界力的作用下产生的形变和位移现象。

聚合物材料的变形行为可以分为弹性变形、塑性变形和破坏性变形。

弹性变形是指材料在受力作用下，能够恢复到原始形状的变形过程。

聚合物材料的弹性变形主要受到材料的弹性模量和材料结构的影响。

聚合物的变形机理聚合物的变形机理？哎呀，听起来挺复杂的，但其实没啥大不了的。

想象一下你手里拿着一根橡皮筋，轻轻一拉，它就变长了，松开又恢复成原状。

好像挺简单是吧？但这就是聚合物变形的一种表现。

聚合物其实就是由许多小分子链条组成的材料，这些链条就像是一群“亲密无间”的朋友，手牵手站成一排。

它们并不像你想象中那样硬邦邦的，反而是有些“随和”的，能在外界的压力下伸展，甚至断裂，变化无常。

你可以把聚合物想象成是一根根由小分子“编织”的绳子，绳子受力时会变长，受到拉力或压缩时又可能“断开”。

聚合物的变形机理其实是有点意思的。

举个简单的例子，像我们常见的塑料袋。

它为什么会被扯破？就是因为它的分子链在拉伸时，就好像一个个小朋友在绳子上玩，玩得太激烈了，结果某个小朋友突然“断掉”了，整个塑料袋就被撕裂了。

塑料袋里面的那些分子链，本身是有弹性的，当你对它施加拉力的时候，分子链会拉伸，变长，就像被拉开的橡皮筋一样。

不过有意思的是，这些分子链并不是像弹簧那样无限制地拉伸。

它们的极限就像是一根绳子，拉得太长，它就会断，或者说变形得不再恢复。

你看，聚合物的变形，分为很多种情况。

第一种就是“弹性变形”。

大家应该都有过这种经历：你把一个弹力球压扁了，松开手它又会恢复成原来的样子。

这就是聚合物在外力作用下发生弹性变形，像橡胶就是典型的例子。

这里面的分子链就像一个个小齿轮，它们被压缩时相互靠近，但一旦力被解除，它们就会重新恢复原位，像弹簧一样反弹回来。

然后还有一种就叫“塑性变形”，嗯，这个有点像你捏泥巴的过程，捏捏捏，泥巴就变形了，捏得太狠就变成一团死泥。

塑性变形发生的时候，聚合物的分子链并不是简单地弹回去，而是发生了永久性的位移。

它们就像在外力的驱使下“滑行”，从一个位置滑到另一个位置，留下了变形的痕迹。

这就解释了为什么有些塑料瓶，咱们用力捏一下之后，它就再也恢复不了原样了。

也有一种叫做“断裂变形”的情况。

这就像那根橡皮筋，拉得太狠，啪的一声断掉。