高聚物的弹性和力学松弛解析课件.ppt

1、高分子材料加工基础2023-1-272形变性能形变性能断裂性能断裂性能弹性粘性粘弹性强度韧性高分子材料加工基础2023-1-273n 应变应变n 当材料受到外力作用而所处的条件不能使其产生惯性位移，材料的几何形状和尺寸所发生的变化。n 附加内力附加内力n 材料发生宏观变形时，其内部分子间及分子内各原子间的相对位置和距离就发生变化，使原子间或分子间原有的引力平衡受到破坏，因而产生一种恢复平衡的力。这种力简称为附加内力。n 应力应力n 平衡时，附加内力和外力相等，方向相反，单位面积上的附加内力（外力）称为应力。高分子材料加工基础2023-1-274n 拉伸拉伸n在简单拉伸的情况下，材料受到的外力是

2、垂直于截面积的大小相等、方向相反并作用在同一直线上的两个力。高分子材料加工基础2023-1-275高分子材料加工基础2023-1-276P高分子材料加工基础2023-1-277普弹形变高弹形变高分子材料加工基础2023-1-278高分子材料加工基础2023-1-279)21(3)1(2BGE泊松比，泊松比，0.20.5 高分子材料加工基础2023-1-2710。拉伸回缩高分子材料加工基础2023-1-27111）弹性模量小比其它固体物质小得多钢：2105 MPa ；PE:2102 MPa 结晶物；PS:2.5103 MPa;橡胶:0.2-8 MPa。2）形变量大 可达1000%,一般在500%

3、左右,而普通金属材料的形变量1。高分子材料加工基础2023-1-27123）弹性模量随温度上升而增大 温度升高，链段运动加剧，回缩力增大，抵抗变形的能力升高。4）高弹形变有时间依赖性力学松弛特性高弹形变时分子运动需要时间。橡胶：拉伸放热（外力做功、内摩擦、结晶）回缩吸热5）形变过程有明显的热效应与普弹形变热效应相反高分子材料加工基础2023-1-2713高分子材料力学性能的最大特点高弹性高弹性粘弹性粘弹性高分子材料加工基础2023-1-2714n 理想的弹性固体理想的弹性固体 服从虎克定律形变对时间不存在依赖性。n 理想的粘性液体理想的粘性液体 服从牛顿定律形变与时间成线性关系。Edtd.高分

4、子材料加工基础2023-1-2715理想弹性体理想粘性体交联高聚物线形高聚物高分子材料加工基础2023-1-2716n 粘弹性粘弹性n高聚物的形变与时间有关，但不成线性关系，两者的高聚物的形变与时间有关，但不成线性关系，两者的关系介乎理想弹性体和理想粘性体之间，这种性能称关系介乎理想弹性体和理想粘性体之间，这种性能称为为粘弹性粘弹性。n 粘弹性的表现粘弹性的表现n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，其表现为力学松弛现象力学松弛现象。高分子材料加工基础2023-1-2717静态力学松弛动态力学松弛四、高聚物的力学松弛现象四、高聚物的力学松弛现象u力学松弛力学松弛应力松

5、弛蠕变滞后力学损耗力学松弛高分子材料加工基础2023-1-27181 1）定义）定义2 2）应力松弛曲线：）应力松弛曲线：时间时间应力应力交联高聚物交联高聚物线形高聚物线形高聚物高分子材料加工基础2023-1-2719 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）应力松弛的原因交联交联高分子材料加工基础2023-1-2720恒温、恒负荷下，高聚物材料的恒温、恒负荷下，高聚物材料的形变形变随时间的延长随时间的延长逐渐增逐渐增加加的现象。的现象。2 2）蠕变曲线）蠕变曲线蠕变蠕变1 1）蠕变的定义）蠕变的定义线型高

6、聚物交联高聚物时间形变高分子材料加工基础2023-1-2721 1 2+3t2t1 普弹形变（键长、键角变化）普弹形变（键长、键角变化）高弹形变（链段运动）高弹形变（链段运动）塑性形变（分子链质心位移）塑性形变（分子链质心位移）tt 1 2 3t0 回复曲线高分子材料加工基础2023-1-2722形变随时间增加而增形变随时间增加而增大，大，蠕变不能完全回蠕变不能完全回复复形变随时间增加而增形变随时间增加而增大，趋于某一值，大，趋于某一值，蠕蠕变可以完全回复变可以完全回复线形交联高分子材料加工基础2023-1-2723n 蠕变和应力松弛的根本原因蠕变和应力松弛的根本原因n外力作用下，高分子链自身

7、产生的缓慢构象重排和分子链外力作用下，高分子链自身产生的缓慢构象重排和分子链滑移。滑移。n分子链的柔顺性：高，应力松弛速度快，抗蠕变性差；n分子间作用力：高，应力松弛速度慢，抗蠕变性好；n交联或结晶：应力松弛速度慢，抗蠕变能力好。高分子材料加工基础2023-1-2724高分子材料加工基础2023-1-27254.2.1 滞后现象滞后现象n定义定义n试样在交变应力作用下，应变的变化落后于应力的变化的现象n汽车速度60公里/小时，轮胎某处受300次/分的周期应力作用。(t)0()sin()twtwt(t)0()sintwt234.2 动态力学松弛动态力学松弛高分子材料加工基础2023-1-2726

8、受到外力作用时，链段运动要受到内摩擦阻力的作用，链段通过热运动达到新平衡需要时间，由此引起应变落后于应力的现象。应力应变00”高分子材料加工基础2023-1-2727n 内耗（力学损耗）：内耗（力学损耗）：n聚合物在交变应力作用下，产生滞后现象，使机械能转变为热能的现象。n力学损耗的大小通常用tg来表示，称为损耗角正切或阻尼因子。应力应变面积大小为单位体积内材料在每一次拉伸-回缩循环中所消耗的功高分子材料加工基础2023-1-2728BR NR SBR NBR IIR高分子材料加工基础2023-1-2729n 温度温度n 温度很低，分子运动很弱，形变小，磨擦消耗的能量少，内耗低n 温度很高，分

9、子运动快，应变能跟上应力变化，从而小，内耗低。n 温度适中（Tg附近）时，分子可以运动但跟不上应力变化，增大，内耗大tg形变及内耗 Tg Tf 温度高分子材料加工基础2023-1-2730loglog()n 频率频率n 频率很快，分子运动跟不上应力的交换频率，磨察消耗的能量小，内耗小。n 频率很慢，分子运动时间很充分，应变跟上应力的变化，小，内耗小。n 频率适中时，分子可以运动但跟不上应力频率变化，增大，内耗大。高分子材料加工基础2023-1-2731升高温度升高温度与与延长时间延长时间能够达到同一个结果。能够达到同一个结果。形变-温度形变-时间时温等效时温等效高分子材料加工基础2023-1-2732高分子材料加工基础2023-1-2733