《流变学》资料自整

1、 第一章粘性材料应力不能保持恒定，而是以某一速率减小到零，其速率取决于施加的起始应力值和材料的性质。这种现象称为应力松弛。应力不变，材料却可随时间继续变形，这种性能就是蠕变或流动。影响聚合物加工的流变性能主要包括聚合物的流动性、弹性和断裂特性。高分子典型的流变行为1)魏森贝格效应（韦森堡效应，包轴效应）1)无管虹吸现象2)挤出胀大效应（巴拉斯效应）3)剪切变稀：剪切应力增大，粘度下降。4)二次流动：有利于物料混合均匀.5)减阻现象：高分子聚合物稀溶液的湍流摩擦阻力比纯溶剂的阻力明显减小，这个异常现象称为湍流减阻现象或Toms效应。6)不稳定流动和熔体破裂现象 聚合物流变行为的特性 (1)多样性

2、 (2)高弹性 (3)时间依赖性流变学在高聚物加工中的应用1.指导聚合，以制得加工性能优良的聚合物 2.对评定聚合物的加工性能、分析加工过程、正确选择加工工艺条件、指导配方设计均有重要意义。3.对设计加工机械和模具有指导作用。 第二章黏度:黏度是流体内部反抗这种流动的内摩擦阻力,与分子间的缠绕程度和分子间的相互作用有关.单位: Pas表观粘度又可以分为剪切黏度和拉伸黏度 剪切黏度：表观黏度并不完全反映高分子不可逆形变的难易程度.表 征流动性的好坏, 越大, 流动性越差, 越小越好.拉伸黏度: 与液体弹性相关定义:当聚合物熔体从任何形式的管道中流出，垂直于流动方向的聚合物横断面积上所承受的拉应力

3、与拉伸应变速率的比值与剪切过程中的黏度相似。只是速度梯度方向平行于流动方向高分子液体的拉伸黏度非常复杂。变化规律有多种类型：一种是与拉伸应力几乎无关，如聚甲基丙烯酸甲酯、共聚甲醛、尼龙66属于这种情况；一种是随拉伸应力的增加而减小，如聚丙烯在应力为108 Pa时的拉伸黏度只有应力为105 Pa时的1/5；还有一种是随拉伸应力的增加而增加，如低密度聚乙烯。均质性：材料的性质与材料采取的部位无关，即材料的性质是均匀的。各向同性：材料的性质与方向无关，液体、非晶体、多晶体等。各向异性：单晶、非均质材料、取向高聚物等。E为常数，以Euler的名字命名，称为杨氏模量或拉伸弹性模量 其倒数D称为拉伸柔量：

4、E表示材料的刚性。E越大，产生相同的应变需要的应力越大，即材料不易变形，刚性高 泊松比是材料横向应变与纵向应变的比值，也叫横向变形系数，它是反映材料横向变形的弹性常数。空气的泊松比为0，水的泊松比为0.5 线形弹性变形的特点变形小变形无时间依赖性变形在外力移除后完 全回复无能量损失，（线性弹性称为能弹性 ）应力与应变成线性关系 无定形线形聚合物的拉伸模量与温度的关系 交联聚合物（橡胶）的拉伸模量与温度的关系 结晶性线形聚合物的拉伸模量与温度的关系 无定型线形聚合物的拉伸模量与分子量的关系（ABt*时，即外力作用时间比松驰时间长得很多时，液体的总形变中以粘性形变为主。反之将以弹性形变为主。第四章

5、1.在外力作用下，高分子材料的性质就会介于弹性材料和黏性材料之间，高分子材料产生形变时应力可同时依赖于应变和应变速率。2.黏弹性:聚合物材料组合了固体的弹性和液体的黏性两者的特征，这种行为叫做黏弹性。黏弹性的表现： 力学松弛/蠕变3.线性黏弹性： 组合了服从虎克定律的理想弹性固体的弹性和服从牛顿流动定律的理想液体的黏性两者的特征，就是线性黏弹性。4.高分子材料的形变性质与时间有关，介于理想弹性体和理想黏性体之间，因此高分子材料常被称为黏弹性材料。黏弹性是高分子材料的一个重要性质。5.理想弹性体：服从虎克定律 理想黏性体：服从牛顿定律6.蠕变：在较小的恒定外力作用下（拉伸、压缩等），材料的形变随

6、时间逐渐增大的现象。若除掉外力，形变随时间变化而减小称为蠕变回复。如挂东西的塑料绳慢慢变长。7.应力松弛：在恒定形变下，材料的应力随时间逐渐衰减的现象。也就是说，实现同样的形变量，所需的力越来越少。8.蠕变过程包括三种分子运动（后面的运动类型肯定包含前面的运动类型）普通弹性形变（理想的弹性）：由键角、键长、侧基基团或链节运动引起的形变特点：形变小、模量大、可逆、瞬时完成高弹形变（推迟弹性形变）：由分子链段运动引起的可逆形变特点：形变大、模量小、可逆、完成需要时间（松弛过程）黏性流动：分子链之间产生相对滑移运动引起的不可逆形变特点：形变很大、模量极小、不可逆、松弛过程9.不同聚合物的蠕变曲线:线

7、性结晶聚合物10.观察到完整的蠕变曲线只有在适当的形变和 Tg 以上才可以观察到完整的蠕变曲线。因为此时链段可运动，但又有较大阻力11.应力松弛：只有在Tg温度附近的几十度的范围内应力松弛现象比较明显。消除应力的办法是退火或溶胀12.静态黏弹性蠕变和应力松弛；动态黏弹性滞后现象和内耗动（都是研究应力或应变随时间变化，只是静态粘弹性强调恒定应力或恒定应变下，另一因素随时间的变化）13.蠕变的影响因素1）温度：温度升高，蠕变速率增大，蠕变程度变大。因为外力作用下，温度高使分子运动速度加快，松弛加快2）外力作用大，蠕变大，蠕变速率高（同于温度的作用）3）受力时间：受力时间延长，蠕变增大。4）结构：主

8、链刚性导致分子运动性差，外力作用下，蠕变小。13.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。14提高材料抗蠕变性能（刚性）的途径:.A 玻璃化温度高于室温,且分子链引入苯环等刚性链；B 交联 ；C 增大分子间作用力15.滞后现象：聚合物在交变应力的作用下,形变落后于应力变化的现象.产生原因: 形变由链段运动产生,链段运动时受内摩擦阻力作用,外力变化时,链段的运动还跟不上外力的变化,所以形变落后于应力滞后现象的影响因素：a.化学结构:刚性链滞后现象小,柔性链滞后现象大.b.温度：当W不变的情况下,T很高滞后几乎不出现,温度很低,也无滞后.在Tg附近的温度下，链段既可运动又

9、不太容易，此刻滞后现象严重。C.外力作用频率W: 外力作用频率低时,链段的运动跟的上外力的变化,滞后现象很小.外力作用频率很高时,链段根本来不及运动,聚合物好像一块刚性的材料,滞后也很小外力作用频率不太高时,链段可以运动,但是跟不上外力的变化,表现出明显的滞后现象.16.高聚物受到交变力作用时会产生滞后现象，上一次受到外力后发生形变在外力去除后还来不及恢复，下一次应力又施加了，以致总有部分弹性储能没有释放出来。这样不断循环，那些未释放的弹性储能都被消耗在体系的自摩擦上，并转化成热量放出。这种由于力学滞后而使机械功转换成热的现象，称为内耗力学损耗影响因素：（同滞后现象）1）分子结构：链段运动阻碍

10、大（空间位阻（侧基体积大、数量多）、次价力作用（氢键、极性基团存在）损耗大2）外界条件：温度和外力作用频率（各分三种情况）17.分子运动状况取决于：1）外部因素：外力作用频率；2）内部因素：分子运动松弛时间（运动单元大松弛时间大；运动单元小松弛时间小）18.分子运动状况与力学损耗 tg有关：1）当外力作用时间 t 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 02）外力作用时间 t 时：W1/ 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既tg0 同样不产生力学损耗当外力作用时间 t介于上述两种情况之间运动单元产生的力学损

11、耗将达到最大19.tg与分子运动1）位置：因所以 T1所对应的分子运动其运动单元较大；T2所对应的分子运动其运动单元较小2）大小：3）数量：实际使用时是测定：力学损耗 tg与温度 T 的关系。原因：频率W的变化范围可达812个数量级，测量仪器很难达到。内耗（同滞后现象，同力学损耗）的影响因素 3）结构因素:链刚性内耗大,链柔性内耗小：链段运动阻碍大（空间位阻（侧基体积大、数量多）、次价力作用（氢键、极性基团存在）内耗大BR(顺丁橡胶) NR（天然橡胶） SBR（丁苯橡胶） NBR(丁腈橡胶)b.温度：TTg：很小,内耗小.T Tg：内摩擦阻力很大, 高弹形变明显落后于应力的变化, ?较大,内耗

12、较大.TTg：链段运动能力增大,?变小内耗变小.因此在玻璃化转变区Tg出现一个内耗极大值.TTf:黏流态,分子间产生滑移内耗大.c.tan与W关系:第五章 时温等效原理和叠加原理第六章 动态力学研究方法1.动态试验还有超过大多数其他力学试验的另一优点，即试验可在短时间内在一宽广的温度范围内进行；并且从这些结果可以预计材料的总的行为，许多其他力学性能也能被估计出。2.动态力学试验是测量材料对周期性的力或变化着的力的响应或形变的试验。3.力学阻尼所给出的是当材料受到形变时以热的形式而损耗的能量。4.理想弹性材料没有力学阻尼。近乎理想弹性的材料，如钢弹簧或橡皮筋被拉伸时，它们将能量以位能的形式贮藏起

13、来。当所加负荷除去时，位能转变成动能，材料就缩回到原来的尺寸。粘性液体是另一个极端的例子，这里，用来使它们变形的能量全部损耗成热，因为液体不能象弹簧那样贮藏位能，所以它们具有很高的阻尼，高聚物是粘弹性材料的例子，它们同时具有粘性液体和弹性弹簧的某些特性。因而，当这样的材料受到形变时，部分能量成为位能贮藏起来，而另一部分则成为热而损耗。作为热损耗掉的能量表现为力学阻尼。阻尼会导致材料模量下降。5.力学损耗峰或内耗峰:这些内耗峰的位置和形状与聚合物中各种尺寸的运动单元的运动有密切关系,所以内耗峰的位置和形状具有“指纹”特征，可以用来表征聚合物分子运动。（DMN图的不同区域，运动单元不同，损耗不同；峰的数量和高低代表吸收的能量，表征韧性越好，峰最高点Tg；Tg以下，链段运动能力强，应变跟得上应力变化，基本无损耗。之后是整条分子链运动，运动困难，应变基本跟不上应力变化，损耗增加）第七章 聚合物的松弛转变及其分子机理1.在低温时，链段的分子运动被冻结，形变主要是由高分子链中原子的化合键角的弯曲所产生，因而模量很高，而材料几乎是完全弹性的。一个完全弹性的弹簧将能量作为位能贮藏，并不将任何能量损耗成热。因此，弹性材料或硬弹簧的阻尼很低。在玻璃化转变区以上的温度时，阻尼又是很低。一种好的橡