第六章高聚物的力学性质(2)

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1、6-1 常规力学性能力学性能弹弹 性性粘弹性粘弹性非线性粘弹性非线性粘弹性线性粘弹性线性粘弹性高弹性高弹性普弹性普弹性动动 态态静静 态态粘粘 性性Deformation形变性能形变性能ElasticityHigh elasticityViscosityviscoelasticityL i n e a r viscoelasticityStaticDynamicNon-Linear viscoelasticity应力松弛应力松弛蠕蠕 变变滞滞 后后力学损耗力学损耗断裂性能断裂性能韧韧 性性强强 度度FractureToughnessStrength 000lllll0AFA0l0l lAFF

2、AF真00ln0llldldll真)1ln(lnln000lllll真)1 (真真,真,真应力真应力- -应变曲线应变曲线工程应力工程应力- -应变曲线应变曲线 tan0AFA0FF 000VVVVVVA0 EGVPK 00llmm轴向应变横向应变 受受力力方方式式简单简单简单简单均匀均匀参数参数受受力力特特点点外力外力F是与截面是与截面垂直，大小相等，垂直，大小相等，方向相反，作用方向相反，作用在同一直线上的在同一直线上的两个力。两个力。外力外力F是与界面是与界面平行，大小相平行，大小相等，方向相反等，方向相反的两个力。的两个力。材料受到的材料受到的是围压力。是围压力。,FFFF0l应变应变

3、拉伸应变：拉伸应变： 真应变：真应变： 剪切应变：剪切应变： 是偏斜角是偏斜角压缩应变：压缩应变： 应力应力张应力：张应力：真应力：真应力： 剪切应力：剪切应力： 压力压力P00lll lliildl0tgr 0VV0AFAF0AFs弹弹性性模模量量杨氏（拉伸）模量：杨氏（拉伸）模量： 泊淞比泊淞比： 剪切模量：剪切模量：压缩（体积）模量：压缩（体积）模量：柔柔量量拉伸柔量：拉伸柔量： 剪切柔量：剪切柔量： 可压缩度：可压缩度： 00llAFEm ml l横向单位宽度的减小纵向单位宽度的增加tgAFrGs0VPVPB0ED1GJ1B1 具有橡胶弹性的条件：具有橡胶弹性的条件：长链长链 交联交联

4、足够柔性足够柔性l 0 Original lengthf tensile forcedl extended length拉伸P所处大气压dV体积变化 L0=5.65A01/2或或11.3A0 1/2 橡胶在等温拉伸中体积不变， 即dV=0dU =TdS+fdl对l求偏导flSTlUPTPT,dU =TdS-PdV+fdl内能变化熵变化dG=dU+PdV+VdP-TdS-SdTdG=VdP-SdT+fdlG=U+PV-TSdU =TdS-PdV+fdlPTlGf,lPTGS,lPPTPTlPlGTTGl,PTlGf,lPTGS,lPPTTflS,lPPTTflS, ,()()*TVTVUSllf

5、T,()()*TVlVfUlTfT77%33%11%4%固定拉伸时的张力温度曲线固定拉伸时的张力温度曲线f)(KT,()T VUlVlTf,)(0T,()T VSfTl 橡胶弹性是熵弹性回弹动力是熵增fdl =-TdS拉伸 dl0, dS0Q0 回缩 dl0 Q0 dU=0dV=0dU =TdS-PdV+fdlQ=TdS乙丙橡胶：CH2CH2CHCH2CH3CH2CHCH2CHC丙烯睛丙烯酸酯胶：CNOROCH2CH2SSSSOCH2OSiCH3CH3gTgTgTgTgTgTgTgTgTgT材料对外界作用力作用力的不同响应情况小分子固固体 弹弹性小分子液液体 粘粘性恒定力或形变恒定力或形变-静

6、态静态变化力或形变变化力或形变-动态动态虎克定律 Ideal elastic solid 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。E弹性模量弹性模量 E EElastic modulusElastic modulusIdeal viscous liquid 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。dtd.粘度粘度 Viscosity蠕变应力松弛滞后力学损耗静态粘弹性动态粘弹性形变形变时间时间交联高聚物交联高聚物理想弹性体理想弹性体理想粘性体理想粘性体线性高聚物线性高聚物Gt00.10.20.30.40.5020406080100TimeStrai

7、n/0texx)1 (/0teEArrhenius Equation 阿累尼乌斯方程E - 松弛所需的活化能 activation energyT T RTEe/0蠕变蠕变 Creep deformation 111G11t2tt22G)1 (22teG221tt2t3t3332t1ttteGGt321321)1 (33 3 31221t123123(1)tetGG 1 2 3t0t gTT 1gTT 21321fTTgTgTgTgTgTgTgT交联聚合物交联聚合物线形聚合物线形聚合物1PSF2聚苯醚聚苯醚3PC4改性聚苯醚改性聚苯醚5ABS（耐热）（耐热）6POM7尼龙尼龙8ABS2.01.

8、51.00.5123456 （ ）78 小时小时 1000 200023时几种高聚物蠕变性能时几种高聚物蠕变性能t交联聚合物交联聚合物线形聚合物线形聚合物0te te0gTT gTT gTtsin-1-0.500.51090180270360degreeStress(MPa)最大值最大值tEtsintEEsin/完全同步完全同步-0.500.5090180270360degreeStrain (%)最大值最大值ttEsin/)2/sin()/(t)sin(0t相位差 0 /2-1.5-1-0.500.511.50306090120 150 180 210 240 270 300 330 360

9、degreestrain(t)wt(t)00( )sintwt0( )sin()twt23 00sinsin()22wttwt对弹性材料：（t）形变与时间 无关，与应力同相位对牛顿粘性材料：（t）应变落后于应力020( )sin()twt 越大，说明滞后现象越严重。 gTsincoscossin00tt类似于Hookes solid,相当于弹弹性类似于Newton Liquid,相当于性链段间发生移动，摩擦生热，消耗能量，称为内耗链段间发生移动，摩擦生热，消耗能量，称为内耗)sin(0t展开。sinW00W090maxW 内耗的情况可以从橡胶拉伸回缩的应力应变曲线上看出1 0 20 0回缩拉伸

10、硫化橡胶拉伸回缩应力应变曲线拉伸曲线下面积为外力对橡胶所作的拉伸功回缩曲线下面积为橡胶对外力所作的回缩功面积之差损耗的功 :结构简单，没有侧基，分子间力小，链段运动容易，内摩擦阻力小，松弛时间短，小，内耗tg小:结构含有较大刚性的苯基，体积效应大，链段运动内摩擦阻力大，内耗tg 大大 TTf，TgTftan T频率的影响：（温度恒定）（1）交变应力的频率小时： （相当于高弹态） 链段完全跟得上交变应力的变化，内耗小，E小，E” 和tg都比较低都比较低. .（2 2）交变应力的频率大时：）交变应力的频率大时： （相当于玻璃态）（相当于玻璃态） 链段完全跟不上外力的变化，不损耗能量，链段完全跟不上

11、外力的变化，不损耗能量，EE大，大， E”E”和和tg00（3 3）频率在一定范围内时：频率在一定范围内时： 链段可运动链段可运动，但又跟不上外力的变化，表现出明显的，但又跟不上外力的变化，表现出明显的 能量损耗，因此能量损耗，因此E”E”和和tg在某一频率下有一极大值在某一频率下有一极大值lgElg粘弹区橡胶区玻璃态lggE”Etg动态力学图谱温度谱频率谱玻璃化转变频率此区域表现出明显的粘弹行为故称粘弹区玻璃化转变频率此区域表现出明显的粘弹行为故称粘弹区)2sin(sinsincoscossinsincos)cossinsin(cos)(00000ttttttt)sin()(0ttttsin