第6章 聚合物的粘弹性-4-15

聚合物的粘弹性普通粘、弹概念粘——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。弹

——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。形变对时间不存在依赖性虎克定律理想弹性体应变在外力的瞬时达到平衡值，除去应力时，应变瞬时回复。弹性模量esEt1t2t1t2σ0ε0tσ0tε0外力除去后完全不回复牛顿流体理想粘性液体受外力应变随时间线性发展，当除去外力时形变不可回复。粘度t1tt20t1tt20σ0σe2εs高聚物粘弹性粘弹性是高聚物的一个重要特征，粘弹性附予高聚物优越的性能。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，应力同时依赖于形变和形变速率，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。弹性与粘性比较弹性 粘性能量储存 能量耗散形变回复 永久形变虎克固体 牛顿流体模量与时间无关 模量与时间有关E(,,T) E(,,T,t)7.1聚合物的力学松弛现象7.1.1蠕变在恒温下施加一定的恒定外力时，材料的形变随时间而逐渐增大的力学现象。高聚物蠕变性能反映了材料的尺寸稳定性和长期负载能力。例如：软质PVC丝钩一定的法码，会慢慢伸长；解下法码，丝慢慢回缩。理想弹性体和粘性体的蠕变和蠕变回复对理想弹性体对理想粘性体t1tt2σ00t1tt2ε0ε0t1tt20σ0σt1tt20ε0ε7.1.1蠕变e1t1t2t普弹形变示意图（i）普弹形变（e1）：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。高分子材料蠕变包括三个形变过程：7.1.1蠕变（ii）高弹形变（e2）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。e2t1t2t7.1.1蠕变（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。e3t1t2t7.1.1蠕变当聚合物受力时，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+e3t2t1tee3e1e2e17.1.1蠕变外力作用时间问题作用时间短(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/)说明什么问题？7.1.1蠕变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7.1.1蠕变蠕变与温度高低的关系：只有在适当的外力作用下，Tg附近有明显的粘弹性现象。而T过低，外力过小，蠕变很小且很慢，在短时间不易觉察。而T过高，外力过大，形变发展很快，也觉察不到蠕变现象。只有在适当外力作用下，Tg以上不远，链段能够运动，内摩尔系阻力也较大，只能缓慢运动，可到明显的蠕变现象。蠕变有重要的实用性，考虑尺寸稳定性。7.1.1蠕变如何防止蠕变？关键：减少链的质心位移链柔顺性大好不好？链间作用力强好还是弱好？交联好不好？聚碳酸酯聚甲醛7.1.1蠕变7.1.