《流变学》第三章PART1-2ppt课件

1、第三章聚合物根本流变性质.弹性：线性弹性 非线性弹性粘性：线性粘性 非线性粘性 粘弹性：线性粘弹性 非线性粘弹性本构方程.线性弹性虎克定律与弹性常数 虎克定律表示资料在受力时应力与应变之间存在线性关系式，因此线弹性也称虎克弹性：=c c为弹性常数)1 拉伸或单轴紧缩: E 简单实验中资料弹性常数弹性2 各向同性紧缩:K3 简单剪切: G. 四个弹性常数并不是相互独立的，相互有一定的关系，其中只需两个是独立的，表征一个资料的线性弹性只需其中两个就足够了。.线性弹性变形的特点：1.变形小：只涉及聚合物中化学键的拉伸、键角变化和键的旋转。因此其变形量很小，变形时不涉及链段的运动或整个分子链的位移。2

2、.变形无时间依赖性：变形瞬间发生，不随时间而变化。3.变形在外力移除后完全回复：变形能完全回复，也是瞬时完成，无时间依赖性。4.无能量损失：外力在变形时转化成资料的内能储存起来，外力释放后，内能释放使资料完全回复，在整个变形和回复过程中无能量损失。因此线性弹性也称能弹性。5.应力与应变成线性关系： =E 假定在资料试样上瞬间施加一个应力，然后坚持不变，再在某时辰移除应力，察看线性弹性的特点：.弹性模量.聚合物的弹性模量1.弹性模量谱 弹性模量范围很宽在室温时，因此用途广泛。模量可相差3-4个数量级。玻璃态高聚物的弹性模量为103-105MPa数量级，橡胶和粘弹体的模量为0.1-1MPa。.2.

3、聚合物弹性模量与温度的关系拉伸模量线型聚合物、交联聚合物拉伸模量和温度关系的区别： 交联聚合物在高温下无粘流形状、不会发生流动，温度大于分解温度时，发生分解，橡胶平台随着温度升高略有增大。缘由：区别在于交联聚合物的交联构造，温度升高时，分子链的热运动加剧，回缩力增大，由于交联点的限制，使它的弹性变形减小。.结晶性线性聚合物和线型聚合物的区别：橡胶平台比较宽，平台的模量比较高。缘由：微晶晶格能的限制，橡胶抵抗外力发生变形的才干加强。.3.弹性模量的分子量依赖性：特点：分子量增高，橡胶平台变宽，平台的模量数量级不变。 玻璃化温度坚持不变。缘由：A.分子量升高，分子的相互缠绕机率添加，使物理交联点添

4、加，平台变宽。 B.分子量升高，分子间的相互作用力添加，聚合物的粘流温度添加，平台变宽。.4.交联度对拉伸模量的影响特点：交联度添加，玻璃化温度增高，平台模量上升，交联度上升至构成网状构造时，E几乎坚持不变，直至超越分解温度时发生分解缘由：交联度添加，相邻交联点的分子链长度缩短，分子链的链段活动遭到交联点的约束，导致Tg升高，聚合物在外力作用下的变形减小，拉伸模量上升。 .5.结晶度的影响特点：随着结晶度的提高，橡胶坪台的模量上升，Tg不受结晶度影响 缘由：晶体的晶格起着交联的作用 .线弹性的适用范围限定条件：在变形很小时，以下资料才符合线弹性实际。非聚合物：陶瓷、金属、结晶体、玻璃态资料适用

5、于线弹性模型。聚合物：低于玻璃态温度时的聚合物：交联聚合物：由于分子的交联，它比其它种类的聚合物符合线弹性模型的条件范围要宽，即使在温度比玻璃化温度Tg高很多时仍符合线性弹性。但是在时间较长的实验中出现粘弹性，应变很大时出现非线性弹性。线型和支链聚合物：在温度比Tg高很多时，在各向同性紧缩时符合线弹性，而在拉伸、剪切等其它情况下，会出现线性粘性、粘弹性等。 几乎一切的聚合物在受瞬间应力作用时都符合线弹性。而这个瞬间的长短取决于聚合物的种类和环境等。.聚合物的体积模量1.高于Tg和Tm时聚合物的体积模量：体积模量数值只是在数量级上是正确的 .低于Tg时和高于Tg时的体积模量相差不大，最多大2倍。

6、和其它模量相比，体积模量的变化小得多。3结晶聚合物的体积模量 结晶聚合物的体积模量和无定形聚合物相近，随着结晶度的提高，体积模量增大。4. 偏离线弹性情况：压力很高时会出现非线性弹性2.玻璃态无定形聚合物的体积模量：.非线性弹性-橡胶弹性 概念：施加外力发生大的变形，外力去除后形变可以恢复的弹性资料。与线弹性瞬时恢复不同，橡胶变形恢复不是瞬时的，而需一定时间。 橡胶是轻度交联的聚合物，其流动行为可以用非线性弹性橡胶弹性这一数学方式来描画。.1.形变量大：橡胶分子柔性好，它们的玻璃化温度远低于室温，因此在室温时处于高弹态，链段可以在较大范围内运动，从而能产生很大的变形，如在拉伸时延伸率可达100

7、0%。橡胶弹性的特点2.变形能完全回复：橡胶分子之间由于相互交联，在变形时分子链顺着外立场的方向伸展，分子链由无序形状变为有序的形状。从热力学观念看就是熵减少。应力移除后，交联键恢复到无序形状，变形能完全回复。与线性弹性瞬时回复不同，橡胶变形回复不是瞬时的，而需求一定时间。.3.时间依赖性：橡胶遭到外力时，应变是随时间开展的，但是不会无限制增大而是趋近一个平衡值，即平衡应变e。橡胶变形是靠分子链段运动来实现的，整个分子链从一种平衡形状过渡到与外力相顺应的平衡形状，这个过程需求一定的时间。强调：在非线性弹性这一流变学方式中讨论的是平衡时的应力应变关系，他们已无时间依赖性。橡胶变形的时间依赖性不在

8、非线性弹性中思索，而将在线性弹性这一方式中讨论。.4.小应变时符合线性弹性：小应变时符合线性弹性，但它的模量很低，为0.1-1MPa数量级，比玻璃态聚合物的模量低3-4个数量级。它的体积模量那么仍为103-104MPa,即KG,泊松比=3K-2G/(6K+2G)=0.5。5.变形时有热效应:当把橡胶试样急速拉伸绝热拉伸时，试样温度升高。这种热效应虽然不很剧烈，但随伸长程度的添加而增大。6.弹性模量随温度上升而增大：当温度升高时，分子链的热运动加强，回缩力逐渐变大，弹性形变的才干变小，因此表现为弹性模量随温度的上升而增大。.橡胶弹性的唯象实际 橡胶弹性的唯象实际是指从实验景象出发建立描画橡胶的普

9、通性质的数学表达式，而不涉及其分子构造，其主要目的是寻觅描画橡胶性质的方便途径，而不是为相应的物理或分子意义提供解释或阐明。唯象实际：钱学森称唯象实际是知其然不知其所以然的科学实际 。杨振宁把物理学分为实验、唯象实际和实际架构三个途径，唯象实际是实验景象更概括的总结和提炼，但是无法用已有的科学实际体系作出解释，唯象实际被称作前科学，由于它们也能被实际所证明。而实际架构是比唯象实际更根底的，它可以用数学和已有的科学体系进展解释。 .2. Mooney-Rivlin实际：普通实际以为，对于恣意变形的物体，不论变形的性质，也不管变形有多复杂，变形物体中任一点的应变储能函数W: 1.变形和应力：描画橡

10、胶弹性的变形用拉伸比：应力用工程应力：f/A0线弹性实际的根底是应力是应变的线性函数。在橡胶弹性中应力与应变的关系是非线性的。假设偏离线性较小，有些非线性实际以为应力与应变的关系为二次或三次方程。然而橡胶弹性也不符合这种关系。.Mooney描画弹性的唯象实际：两个假定：A.橡胶是不可紧缩的，在未形变时坚持各向同性B.简单剪切形变的形状方程可以用虎克定律描画Rivlin开展这一实际：不需作任何关于应力应变关系的假定而能得到非线性弹性的应力应变关系。Mooney-Rivlin唯象实际：取W的级数展开式的头两项加以处置.3. Mooney-Rivlin实际的运用：A.拉伸：1。.分析由于资料粘度的改动普通与资料内部构造的改动有关，因此可以以为，当发生剪切变稠时，流体内多半构成了某种构造。 特征大多数胀流性流体为多相混合体系，其中固体物含量较多，且浸润性不好。 举例例如泥沙、沥青、混凝土浆、麻酱、色拉等。高分子资料加工中，有时也遇到此类性质的资料，如聚氯乙烯塑料溶胶、高浓度的高分子资料悬浮液等。.关于泥沙的胀流性行为可以这样了解：通常形状下，不规那么的泥沙颗粒严密堆砌，颗粒间有