文档介绍：第五章聚合物的黏弹性
计划学时:6-8学时
主要参考书:
《高分子物理》何曼君等(P343-364)
《高分子物理》刘凤岐等(P289-330)
Viscoelasticity Property of Polymers
材料受外力作用时的形变行为:
理想的弹性固体服从虎克定律——形变与时间无关
瞬间形变,瞬间恢复
理想的粘性液体服从牛顿定律——形变与时间成线性关系
引言
高聚物:
分子运动
宏观力学性能
强烈地依赖于温度和外力作用时间
因此高分子的形变行为是与时间有关的粘性和弹性的组合
粘弹性——外力作用下,高聚物材料的形变性质兼具
固体的弹性和液体粘性的特征,其现象表
现为力学性质随时间而变化的力学松弛现象。
所以高聚物常称为粘弹性材料,这是聚合物材料的
又一重要特征。
5-1高聚物的力学松弛现象与模型
应力松弛
蠕变
滞后
力学损耗
静态粘弹性
一、应力松弛
1、定义:恒温恒应变下,材料的内应变随时间的延长而衰
减的现象。
动态粘弹性
2、应力松弛曲线:
时间t
应力σ0
σ(∞)
交联物
线形物
材料拉伸过程中应力的衰减是由于分子运动随时间而变化引起的,即应力松弛的本质是比较缓慢的链段运动所导致的分子间相对位置的调整。
3、原因
4、Maxwell模型
一个虎克弹簧(弹性)
一个牛顿粘壶(粘性)
串连说明粘弹性
虎克弹簧
牛顿粘壶
σ1=Eε1
σ
如果以恒定的σ作用于模型,
弹簧与粘壶受力相同: σ= σ1= σ2
形变应为两者之和: ε=ε1 + ε2
其应变速率:
弹簧:
粘壶:
Maxwell运动方程
模拟应力松弛:
根据定义: ε=常数(恒应变下),dε/dt=0
分离变量:
根据模型:
当t=0 ,σ=σ0 时积分:
应力松弛方程
令τ=η/E
t=τ时, σ(t) = σ0 /e τ的物理意义为应力松弛到σ0 的
1/e的时间--松弛时间
t ∞,σ(t) 0 应力完全松弛
二、蠕变
1、定义:恒温、恒负荷下,高聚物材料的形变随时间的
延长逐渐增加的现象。
2、蠕变机理与曲线
在外力作用下,随着时间的延长,材料相继产生三种形变,并且还可考察形变回复。
普弹形变:
t
ε