《高分子物理》全套PPT課件

高分子物理全套PPT課件,高分子物理,高分子,物理,全套,PPT,課件 聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7本章教學內(nèi)容、要求及目的本章教學內(nèi)容、要求及目的教學內(nèi)容：教學內(nèi)容：聚合物粘彈性現(xiàn)象、力學模型及數(shù)學描述；聚合物粘彈性現(xiàn)象、力學模型及數(shù)學描述；聚合物材料在受力情況下所產(chǎn)生的各種粘彈現(xiàn)象、聚合物材料在受力情況下所產(chǎn)生的各種粘彈現(xiàn)象、分子運動機理、力學模型及數(shù)學描述；分子運動機理、力學模型及數(shù)學描述；教學目的：教學目的：了解和掌握聚合物的粘彈性行為，指導我們在材料了解和掌握聚合物的粘彈性行為，指導我們在材料使用和加工過程中如何利用粘彈性、如何避免粘彈使用和加工過程中如何利用粘彈性、如何避免粘彈性、如何預測材料的壽命。性、如何預測材料的壽命。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7本講主要內(nèi)容：本講主要內(nèi)容：聚合物的粘彈性現(xiàn)象聚合物的粘彈性現(xiàn)象蠕變現(xiàn)象蠕變現(xiàn)象應力松弛現(xiàn)象應力松弛現(xiàn)象滯后和內(nèi)耗滯后和內(nèi)耗本講重點及要求：聚合物材料在受力情況下所產(chǎn)本講重點及要求：聚合物材料在受力情況下所產(chǎn)生的粘彈性（包括蠕變現(xiàn)象、應力松弛現(xiàn)象、滯生的粘彈性（包括蠕變現(xiàn)象、應力松弛現(xiàn)象、滯后現(xiàn)象、力學損耗）及分子運動機理。后現(xiàn)象、力學損耗）及分子運動機理。靜態(tài)粘彈性現(xiàn)象靜態(tài)粘彈性現(xiàn)象動態(tài)粘彈性動態(tài)粘彈性 聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7普通普通粘粘、彈彈概念概念粘粘 同黏：象糨糊或膠水等所具有的、能使同黏：象糨糊或膠水等所具有的、能使一個物質附著在另一個物體上的性質。一個物質附著在另一個物體上的性質。彈彈 由于物體的彈性作用使之彈出去。由于物體的彈性作用使之彈出去。彈簧彈簧 利用材料的彈性作用制得的零件，在外利用材料的彈性作用制得的零件，在外力作用下能發(fā)生形變（伸長、縮短、彎曲、扭轉力作用下能發(fā)生形變（伸長、縮短、彎曲、扭轉等），除去外力后又恢復原狀。等），除去外力后又恢復原狀。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7材料的粘、彈基本概念材料的粘、彈基本概念材料對外界作用材料對外界作用力力的不同響應情況的不同響應情況恒定力或形變恒定力或形變-靜態(tài)靜態(tài)變化力或形變變化力或形變-動態(tài)動態(tài)聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7形變對時間不存在依賴性形變對時間不存在依賴性虎克定律虎克定律 Hookes law彈性模量彈性模量 EElastic modulusIdeal elastic solid 理想彈性體理想彈性體聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7外力除去后完全不回復外力除去后完全不回復牛頓流動定律牛頓流動定律Newtons law粘度粘度 ViscosityIdeal viscous liquid 理想粘性液體理想粘性液體聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7彈彈性與性與粘粘性比較性比較彈性彈性粘性粘性能量儲存能量儲存能量耗散能量耗散形變回復形變回復永久形變永久形變虎克固體虎克固體牛頓流體牛頓流體模量與時間無關模量與時間無關模量與時間有關模量與時間有關E(,T)E(,T,t)聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7 理想彈性體（如彈簧）在外力作用下平衡形變理想彈性體（如彈簧）在外力作用下平衡形變瞬間達到，與時間無關；理想粘性流體（如水）在瞬間達到，與時間無關；理想粘性流體（如水）在外力作用下形變隨時間線性發(fā)展。外力作用下形變隨時間線性發(fā)展。聚合物的形變與時間有關，但不成線性關系，聚合物的形變與時間有關，但不成線性關系，兩者的關系介于理想彈性體和理想粘性體之間，聚兩者的關系介于理想彈性體和理想粘性體之間，聚合物的這種性能稱為合物的這種性能稱為粘彈性粘彈性。聚合物的力學性能隨時間的變化統(tǒng)稱為聚合物的力學性能隨時間的變化統(tǒng)稱為力學松力學松弛弛。最基本的力學松弛現(xiàn)象包括蠕變、應力松弛、。最基本的力學松弛現(xiàn)象包括蠕變、應力松弛、滯后和力學損耗等。滯后和力學損耗等。理想彈性體、理想粘性液體和粘彈性理想彈性體、理想粘性液體和粘彈性聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7高聚物粘彈性高聚物粘彈性 The viscoelasticity of polymers高聚物材料表現(xiàn)出彈性和粘性的結合。高聚物材料表現(xiàn)出彈性和粘性的結合。在實際形變過程中，粘性與彈性總是共存的。在實際形變過程中，粘性與彈性總是共存的。聚合物受力時，應力同時依賴于形變聚合物受力時，應力同時依賴于形變 和形變和形變速率速率，即具備固、液二性，其力學行為介于理，即具備固、液二性，其力學行為介于理想彈性體和理想粘性體之間。想彈性體和理想粘性體之間。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7For polymers 對高聚物對高聚物非牛頓流體非牛頓流體與彈性體有區(qū)別與彈性體有區(qū)別聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7Comparison交聯(lián)高聚物交聯(lián)高聚物線形高聚物線形高聚物理想粘性體理想粘性體理想彈性體理想彈性體交聯(lián)高聚物交聯(lián)高聚物聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性77.1 聚合物的力學松弛聚合物的力學松弛或或粘彈現(xiàn)象粘彈現(xiàn)象高聚物力學性質隨時間而變化的現(xiàn)象稱為高聚物力學性質隨時間而變化的現(xiàn)象稱為力學力學松弛或粘彈現(xiàn)象。松弛或粘彈現(xiàn)象。線性粘彈性線性粘彈性 Linear viscoelasticity若粘彈性完全由符合虎克定律的理想彈性體和符若粘彈性完全由符合虎克定律的理想彈性體和符合牛頓定律的理想粘性體所組合來描述，則稱為合牛頓定律的理想粘性體所組合來描述，則稱為線性粘彈性線性粘彈性。粘彈性分類粘彈性分類靜靜態(tài)粘彈性態(tài)粘彈性動動態(tài)粘彈性態(tài)粘彈性蠕變、應力松弛蠕變、應力松弛滯后、內(nèi)耗滯后、內(nèi)耗聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7按外力（按外力（）、形變（）、形變（）、溫度（）、溫度（T）和時間（）和時間（t）四參量）四參量變化關系不同，有四種力學行為，它們是固定兩個參量研究變化關系不同，有四種力學行為，它們是固定兩個參量研究另兩個參量之間的關系（表另兩個參量之間的關系（表7-1）。）。表表7-1力學性質四參量之間的關系力學性質四參量之間的關系聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性77.1.1 蠕變?nèi)渥?Creep deformation 在恒溫下施加一定的恒定外力時，材料的形在恒溫下施加一定的恒定外力時，材料的形變隨時間而逐漸增大的力學現(xiàn)象。變隨時間而逐漸增大的力學現(xiàn)象。高聚物蠕變性能反映了材料的尺寸穩(wěn)定性和長期負載能力。高聚物蠕變性能反映了材料的尺寸穩(wěn)定性和長期負載能力。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7理想彈性體和粘性體的蠕變和蠕變回復理想彈性體和粘性體的蠕變和蠕變回復對理想對理想彈性體彈性體對理想對理想粘性體粘性體聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7t1t2t普彈形變示意圖普彈形變示意圖（i）普彈形變（普彈形變（1）：）：理想的彈性即瞬時的響應理想的彈性即瞬時的響應 聚合物受力時，瞬時發(fā)生聚合物受力時，瞬時發(fā)生的高分子鏈的鍵長、鍵角變化的高分子鏈的鍵長、鍵角變化引起的形變，形變量較小，服引起的形變，形變量較小，服從虎克定律，當外力除去時，從虎克定律，當外力除去時，普彈形變立刻完全回復。如右普彈形變立刻完全回復。如右圖：圖：高分子材料蠕變過程包括高分子材料蠕變過程包括三三個形變過程：個形變過程：1 1聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7（ii）高高(滯滯)彈形變（彈形變（2）：）：anelastic 聚合物受力時，高分子鏈通過鏈段運動產(chǎn)生的形變，形聚合物受力時，高分子鏈通過鏈段運動產(chǎn)生的形變，形變量比普彈形變大得多，但不是瞬間完成，形變與時間相變量比普彈形變大得多，但不是瞬間完成，形變與時間相關。當外力除去后，高彈形變逐漸回復。如下圖：關。當外力除去后，高彈形變逐漸回復。如下圖：t1t2t高彈形變示意圖高彈形變示意圖 2 2聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7（iii）粘性流動粘性流動（3）：）：受力時發(fā)生分子鏈的相對位移，外力除去后粘受力時發(fā)生分子鏈的相對位移，外力除去后粘性流動不能回復，是不可逆形變。性流動不能回復，是不可逆形變。3 3t1t2t粘性流動示意圖粘性流動示意圖Viscose flow聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7當聚合物受力時，以上三種形變同時發(fā)生當聚合物受力時，以上三種形變同時發(fā)生t2t1tFor polymer deformation加力瞬間，鍵長、鍵角立即產(chǎn)生形變回復，形變直線上升加力瞬間，鍵長、鍵角立即產(chǎn)生形變回復，形變直線上升通過鏈段運動，構象變化，使形變增大通過鏈段運動，構象變化，使形變增大分子鏈之間發(fā)生質心位移分子鏈之間發(fā)生質心位移 2+3 1聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7三種形變的相對比例依具體條件不同而不同三種形變的相對比例依具體條件不同而不同 時，主要是時，主要是 時，主要是時，主要是 和和 時，時，都較顯著都較顯著 聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7作用時間問題作用時間問題(A)作用時間短作用時間短(t小），小），第二、三項趨于零第二、三項趨于零(B)作用時間長作用時間長(t大），第二、三項大），第二、三項大于第一項，當大于第一項，當t，第二項第二項 0/E2 第三項（第三項（0t/)表現(xiàn)為普彈表現(xiàn)為普彈(打碎熔體）打碎熔體）表現(xiàn)為粘性（塑料雨衣變形）表現(xiàn)為粘性（塑料雨衣變形）聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7 1 2 3t0t Creep recovery 蠕變回復蠕變回復撤力一瞬間，鍵長、鍵角等次級運動立即回撤力一瞬間，鍵長、鍵角等次級運動立即回復，形變直線下降。復，形變直線下降。通過構象變化，使熵變造成的形變回復。通過構象變化，使熵變造成的形變回復。分子鏈間質心位移是永久的，留了下來。分子鏈間質心位移是永久的，留了下來。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7蠕變與溫度高低及外力大小有關蠕變與溫度高低及外力大小有關溫度過低（在溫度過低（在 以下）或外力太小，蠕變很小，以下）或外力太小，蠕變很小，而且很慢，在短時間內(nèi)不易觀察到。而且很慢，在短時間內(nèi)不易觀察到。溫度過高（在溫度過高（在 以上很多）或外力過大，形變以上很多）或外力過大，形變發(fā)展很快，也不易觀察到蠕變。發(fā)展很快，也不易觀察到蠕變。溫度在溫度在 以上不多，鏈段在外力下可以運動，以上不多，鏈段在外力下可以運動，但運動時受的內(nèi)摩擦又較大，則可觀察到蠕變。但運動時受的內(nèi)摩擦又較大，則可觀察到蠕變。P182圖圖7-3聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7不同種類高聚物蠕變行為不同不同種類高聚物蠕變行為不同線形非晶態(tài)高聚物線形非晶態(tài)高聚物如果如果 時作試驗只能看到蠕變的起始部分，時作試驗只能看到蠕變的起始部分，要觀察到全部曲線要幾個月甚至幾年。要觀察到全部曲線要幾個月甚至幾年。如果如果 時作實驗，只能看到蠕變的最后部時作實驗，只能看到蠕變的最后部分。分。在在 附近作試驗可在較短的時間內(nèi)觀察到全部附近作試驗可在較短的時間內(nèi)觀察到全部曲線。曲線。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7交聯(lián)高聚物的蠕變交聯(lián)高聚物的蠕變 無粘性流動部分無粘性流動部分 晶態(tài)高聚物的蠕變晶態(tài)高聚物的蠕變 不僅與溫度有關，而且由于再結晶等情況，使蠕不僅與溫度有關，而且由于再結晶等情況，使蠕變比預期的要大。變比預期的要大。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7線形線形和和交聯(lián)交聯(lián)聚合物的蠕變?nèi)^程聚合物的蠕變?nèi)^程形變隨時間增加而增大，形變隨時間增加而增大，蠕變不能完全回復蠕變不能完全回復形變隨時間增加而增大，形變隨時間增加而增大，趨于某一值，蠕變可以完趨于某一值，蠕變可以完全回復全回復聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7線形線形和和交聯(lián)交聯(lián)聚合物的蠕變回復聚合物的蠕變回復交聯(lián)聚合物交聯(lián)聚合物線形聚合物線形聚合物蠕變的本質：分子鏈的質心位移蠕變的本質：分子鏈的質心位移聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7如何防止蠕變？如何防止蠕變？關鍵：減少鏈的質心位移關鍵：減少鏈的質心位移鏈柔順性大好不好？鏈柔順性大好不好？鏈間作用力強好還是弱好？鏈間作用力強好還是弱好？交聯(lián)好不好？交聯(lián)好不好？聚碳酸酯聚碳酸酯PC Polycarbonate聚甲醛聚甲醛 POM Polyformaldehyde 強好強好弱好弱好好好不好不好好好不好不好聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7應用應用 各種高聚物在室溫時的蠕變現(xiàn)象很不相同，了解這種差別各種高聚物在室溫時的蠕變現(xiàn)象很不相同，了解這種差別對于實際應用十分重要對于實際應用十分重要1PSF2聚苯醚聚苯醚3PC4改性聚苯醚改性聚苯醚5ABS（耐熱）（耐熱）6POM7尼龍尼龍8ABS2.01.51.00.5123456 （）78 小時小時 1000 200023時幾種高聚物蠕變性能時幾種高聚物蠕變性能聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7 可以看出：可以看出：主鏈含芳雜環(huán)的剛性鏈高聚物，具有較好的抗主鏈含芳雜環(huán)的剛性鏈高聚物，具有較好的抗蠕變性能，所以成為廣泛應用的工程塑料，可蠕變性能，所以成為廣泛應用的工程塑料，可用來代替金屬材料加工成機械零件。用來代替金屬材料加工成機械零件。蠕變較嚴重的材料，使用時需采取必要的補救蠕變較嚴重的材料，使用時需采取必要的補救措施。措施。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7例例1：硬：硬PVC抗蝕性好，可作化工管道，但易蠕變，抗蝕性好，可作化工管道，但易蠕變，所以使用時必須增加支架。所以使用時必須增加支架。例例2：PTFE是塑料中摩擦系數(shù)最小的，所以有很是塑料中摩擦系數(shù)最小的，所以有很好的自潤滑性能，但蠕變嚴重，所以不能作機械好的自潤滑性能，但蠕變嚴重，所以不能作機械零件，卻是很好的密封材料。零件，卻是很好的密封材料。例例3：橡膠采用硫化交聯(lián)的辦法來防止由蠕變產(chǎn)生：橡膠采用硫化交聯(lián)的辦法來防止由蠕變產(chǎn)生分子間滑移造成不可逆的形變。分子間滑移造成不可逆的形變。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性77.1.2 Stress Relaxation 應力松弛應力松弛在恒溫下保持一定的恒定應變時，材料內(nèi)部的應力在恒溫下保持一定的恒定應變時，材料內(nèi)部的應力隨時間而逐漸減小的力學現(xiàn)象。隨時間而逐漸減小的力學現(xiàn)象。例如：拉伸一塊未交聯(lián)的橡膠至一定長度，并保持例如：拉伸一塊未交聯(lián)的橡膠至一定長度，并保持長度不變。隨著時間的增長，橡膠的回彈力逐漸減長度不變。隨著時間的增長，橡膠的回彈力逐漸減小到零。這是因為其內(nèi)部的應力在慢慢衰減，最后小到零。這是因為其內(nèi)部的應力在慢慢衰減，最后衰減到衰減到0。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7理想彈性體和理想粘性體的應力松弛理想彈性體和理想粘性體的應力松弛對理想對理想彈性體彈性體對理想對理想粘性體粘性體聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7交聯(lián)和線形聚合物的應力松弛交聯(lián)和線形聚合物的應力松弛交聯(lián)聚合物交聯(lián)聚合物線形聚合物線形聚合物不能產(chǎn)生質心不能產(chǎn)生質心位移，應力只位移，應力只能松弛到平衡能松弛到平衡值值高分子鏈的構象重排和分子鏈滑移是導致材高分子鏈的構象重排和分子鏈滑移是導致材料蠕變和應力松弛的根本原因。料蠕變和應力松弛的根本原因。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7對于對于線型線型高聚物對于對于體型體型交聯(lián)高聚物應力松弛和蠕變是一個問題的兩個方面，都反映了應力松弛和蠕變是一個問題的兩個方面，都反映了應力松弛和蠕變是一個問題的兩個方面，都反映了應力松弛和蠕變是一個問題的兩個方面，都反映了高聚物內(nèi)部分子的三種運動情況：當高聚物一開始高聚物內(nèi)部分子的三種運動情況：當高聚物一開始高聚物內(nèi)部分子的三種運動情況：當高聚物一開始高聚物內(nèi)部分子的三種運動情況：當高聚物一開始被拉長時，其中分子處于不平衡的構象，要逐漸過被拉長時，其中分子處于不平衡的構象，要逐漸過被拉長時，其中分子處于不平衡的構象，要逐漸過被拉長時，其中分子處于不平衡的構象，要逐漸過渡到平衡的構象，也就是鏈段要順著外力的方向來渡到平衡的構象，也就是鏈段要順著外力的方向來渡到平衡的構象，也就是鏈段要順著外力的方向來渡到平衡的構象，也就是鏈段要順著外力的方向來運動以減少或消除內(nèi)部應力。運動以減少或消除內(nèi)部應力。運動以減少或消除內(nèi)部應力。運動以減少或消除內(nèi)部應力。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7應力松弛的分子運動機理應力松弛的分子運動機理 外力作用外力作用 鏈段運動鏈段運動 構象改變構象改變 構象熵減小構象熵減小 沿外力方向伸展沿外力方向伸展(壓縮壓縮)不穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生內(nèi)部應力與外力抗衡不穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生內(nèi)部應力與外力抗衡 鏈段熱運動調整構象鏈段熱運動調整構象 纏結點散開，分子鏈產(chǎn)生相對纏結點散開，分子鏈產(chǎn)生相對滑移滑移 恢復其卷曲的原狀恢復其卷曲的原狀 內(nèi)應力逐漸消除內(nèi)應力逐漸消除 隨時間推移不穩(wěn)定狀態(tài)逐漸變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)隨時間推移不穩(wěn)定狀態(tài)逐漸變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài) 相應外力也逐漸衰減相應外力也逐漸衰減聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7應力松弛的分子運動機理應力松弛的分子運動機理 時間足夠長（松弛過程能充分完成）時間足夠長（松弛過程能充分完成）使不穩(wěn)定態(tài)使不穩(wěn)定態(tài) 成為穩(wěn)定態(tài)成為穩(wěn)定態(tài) 應力松應力松弛弛聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7（1）如果如果 ，如常溫下的橡膠，鏈段易運動，如常溫下的橡膠，鏈段易運動，受到的內(nèi)摩擦力很小，分子很快順著外力方向受到的內(nèi)摩擦力很小，分子很快順著外力方向調整，內(nèi)應力很快消失（松弛了），甚至可以調整，內(nèi)應力很快消失（松弛了），甚至可以快到覺察不到的程度快到覺察不到的程度（2）如果如果 ，如常溫下的塑料，雖然鏈段受，如常溫下的塑料，雖然鏈段受到很大的應力，但由于內(nèi)摩擦力很大，鏈段運到很大的應力，但由于內(nèi)摩擦力很大，鏈段運動能力很小，所以應力松弛極慢，也就不易覺動能力很小，所以應力松弛極慢，也就不易覺察到察到聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7（3 3）如果溫度接近如果溫度接近 （附近幾十度），應力松弛可（附近幾十度），應力松弛可以較明顯地被觀察到，如軟以較明顯地被觀察到，如軟PVCPVC絲，用它來縛物，絲，用它來縛物，開始扎得很緊，后來就會慢慢變松，就是應力松開始扎得很緊，后來就會慢慢變松，就是應力松弛比較明顯的例子。弛比較明顯的例子。（4 4）只有交聯(lián)高聚物應力松弛不會減到零（因為不只有交聯(lián)高聚物應力松弛不會減到零（因為不會產(chǎn)生分子間滑移），而線形高聚物的應力松弛會產(chǎn)生分子間滑移），而線形高聚物的應力松弛可減到零?？蓽p到零。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7影響蠕變和應力松弛的因素有：影響蠕變和應力松弛的因素有：（1）結構（內(nèi)因）：一切增加分子間作用力的因結構（內(nèi)因）：一切增加分子間作用力的因素都有利于減少蠕變和應力松弛，如增加相對分素都有利于減少蠕變和應力松弛，如增加相對分子質量，交聯(lián)，結晶，取向，引入剛性基團，添子質量，交聯(lián)，結晶，取向，引入剛性基團，添加填料等。加填料等。（2）溫度或外力（外因）：溫度太低（或外力太溫度或外力（外因）：溫度太低（或外力太?。?，蠕變和應力松弛慢且小，短時間內(nèi)觀察不小），蠕變和應力松弛慢且小，短時間內(nèi)觀察不到；溫度太高（或外力太大），形變發(fā)展很快，到；溫度太高（或外力太大），形變發(fā)展很快，形變以黏流為主，也觀察不到。只有在玻璃化轉形變以黏流為主，也觀察不到。只有在玻璃化轉變區(qū)才最明顯。變區(qū)才最明顯。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性77.1.3滯后與內(nèi)耗滯后與內(nèi)耗動態(tài)黏彈性現(xiàn)象動態(tài)黏彈性現(xiàn)象是在交變應力或交變應變作用下，是在交變應力或交變應變作用下，聚合物材料的應變或應力隨時間的變化。主要討聚合物材料的應變或應力隨時間的變化。主要討論滯后（論滯后（retardation）和力學損耗（內(nèi)耗，）和力學損耗（內(nèi)耗，internal friction）兩種現(xiàn)象。）兩種現(xiàn)象。所謂所謂滯后滯后，是在交變應力的作用下，應變隨時間，是在交變應力的作用下，應變隨時間的變化一直跟不上應力隨時間的變化的現(xiàn)象。的變化一直跟不上應力隨時間的變化的現(xiàn)象。所謂所謂內(nèi)耗內(nèi)耗，是存在滯后現(xiàn)象時，每一次拉伸，是存在滯后現(xiàn)象時，每一次拉伸-回縮回縮循環(huán)中所消耗的功，消耗的功轉為熱量被釋放。循環(huán)中所消耗的功，消耗的功轉為熱量被釋放。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7滯后現(xiàn)象（滯后現(xiàn)象（Delay）高聚物作為結構材料，在實際應用時，往往受到高聚物作為結構材料，在實際應用時，往往受到交變力的作用。例如輪胎，傳動皮帶，齒輪，消交變力的作用。例如輪胎，傳動皮帶，齒輪，消振器等，它們都是在交變力作用的場合使用的。振器等，它們都是在交變力作用的場合使用的。以輪胎為例，車在行進中，它上面某一部分一會以輪胎為例，車在行進中，它上面某一部分一會兒著地，一會離地，受到的是一定頻率的外力，兒著地，一會離地，受到的是一定頻率的外力，它的形變也是一會大，一會小，交替地變化。它的形變也是一會大，一會小，交替地變化。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7動態(tài)粘彈性的應用動態(tài)粘彈性的應用 動態(tài)粘彈性現(xiàn)象（力學松弛）對動態(tài)粘彈性現(xiàn)象（力學松弛）對“高聚高聚物結構物結構”比較敏感。比較敏感。利用動態(tài)粘彈性可研究：利用動態(tài)粘彈性可研究：*高聚物的玻璃化轉變高聚物的玻璃化轉變 *高聚物的支化、結晶和交聯(lián)高聚物的支化、結晶和交聯(lián) *高聚物的次級松弛等高聚物的次級松弛等聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性71.滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因：鏈段運動需要克服分子間的相互作用，因此需鏈段運動需要克服分子間的相互作用，因此需要一定的時間。要一定的時間。影響因素影響因素：內(nèi)因內(nèi)因分子結構分子結構 鏈段運動愈困難鏈段運動愈困難,則則 愈大愈大 外因外因外力作用頻率、環(huán)境溫度等外力作用頻率、環(huán)境溫度等聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7外力作用的頻率外力作用的頻率如果外力作用的頻率低，鏈段能夠來得及運動，如果外力作用的頻率低，鏈段能夠來得及運動，形變能跟上應力的變化，則滯后現(xiàn)象很小。形變能跟上應力的變化，則滯后現(xiàn)象很小。只有外力的作用頻率處于某一種水平，使鏈段只有外力的作用頻率處于某一種水平，使鏈段可以運動，但又跟不上應力的變化，才會出現(xiàn)可以運動，但又跟不上應力的變化，才會出現(xiàn)明顯的滯后現(xiàn)象明顯的滯后現(xiàn)象聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7溫度的影響溫度的影響溫度很高時，鏈段運動很快，形變幾乎不落后溫度很高時，鏈段運動很快，形變幾乎不落后應力的變化，滯后現(xiàn)象幾乎不存在。應力的變化，滯后現(xiàn)象幾乎不存在。溫度很低時，鏈段運動速度很慢，在應力增長溫度很低時，鏈段運動速度很慢，在應力增長的時間內(nèi)形變來不及發(fā)展，也無滯后。的時間內(nèi)形變來不及發(fā)展，也無滯后。只有在某一溫度下（只有在某一溫度下（上下幾十度范圍內(nèi)），上下幾十度范圍內(nèi)），鏈段能充分運動，但又跟不上應力變化，滯后鏈段能充分運動，但又跟不上應力變化，滯后現(xiàn)象就比較嚴重?，F(xiàn)象就比較嚴重。增加頻率與降低溫度對滯后有相同的影響。增加頻率與降低溫度對滯后有相同的影響。降低頻率與升高溫度對滯后有相同的影響。降低頻率與升高溫度對滯后有相同的影響。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性72、力學損耗、力學損耗輪胎在高速行使相當長時間后，立即檢查內(nèi)層溫輪胎在高速行使相當長時間后，立即檢查內(nèi)層溫度，為什么達到燙手的程度？度，為什么達到燙手的程度？高聚物受到交變力作用時會產(chǎn)生滯后現(xiàn)象，上一高聚物受到交變力作用時會產(chǎn)生滯后現(xiàn)象，上一次受到外力后發(fā)生形變在外力去除后還來不及恢次受到外力后發(fā)生形變在外力去除后還來不及恢復，下一次應力又施加了，以致總有部分彈性儲復，下一次應力又施加了，以致總有部分彈性儲能沒有釋放出來。這樣不斷循環(huán)，那些未釋放的能沒有釋放出來。這樣不斷循環(huán)，那些未釋放的彈性儲能都被消耗在體系的自摩擦上，并轉化成彈性儲能都被消耗在體系的自摩擦上，并轉化成熱量放出。熱量放出。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7這種由于力學滯后而使機這種由于力學滯后而使機械功轉換成熱的現(xiàn)象，稱械功轉換成熱的現(xiàn)象，稱為為力學損耗或內(nèi)耗力學損耗或內(nèi)耗。以應力應變關系作圖時，以應力應變關系作圖時，所得的曲線在施加幾次交所得的曲線在施加幾次交變應力后就封閉成環(huán)，稱變應力后就封閉成環(huán)，稱為滯后環(huán)或滯后圈，此圈為滯后環(huán)或滯后圈，此圈越大，力學損耗越大越大，力學損耗越大回縮曲線回縮曲線拉伸曲線拉伸曲線聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7損耗的功損耗的功 WW面積大小為單位體積材料在每一面積大小為單位體積材料在每一次拉伸次拉伸-回縮循環(huán)中所消耗的功回縮循環(huán)中所消耗的功聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7例例1：對于作輪胎的橡膠，則希望它有最小的力：對于作輪胎的橡膠，則希望它有最小的力學損耗才好。學損耗才好。順丁膠：內(nèi)耗小，結構簡單，沒有側基，鏈段運順丁膠：內(nèi)耗小，結構簡單，沒有側基，鏈段運動的內(nèi)摩擦較小。動的內(nèi)摩擦較小。丁苯膠：內(nèi)耗大，結構含有較大剛性的苯基，鏈丁苯膠：內(nèi)耗大，結構含有較大剛性的苯基，鏈段運動的內(nèi)摩擦較大。段運動的內(nèi)摩擦較大。丁晴膠：內(nèi)耗大，結構含有極性較強的氰基，鏈丁晴膠：內(nèi)耗大，結構含有極性較強的氰基，鏈段運動的內(nèi)摩擦較大。段運動的內(nèi)摩擦較大。丁基膠：內(nèi)耗比上面幾種都大，側基數(shù)目多，鏈丁基膠：內(nèi)耗比上面幾種都大，側基數(shù)目多，鏈段運動的內(nèi)摩擦更大。段運動的內(nèi)摩擦更大。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7例例2：對于作為防震材料，要求在常溫附近有較大的力對于作為防震材料，要求在常溫附近有較大的力學損耗（吸收振動能并轉化為熱能）。學損耗（吸收振動能并轉化為熱能）。對于隔音材料和吸音材料，要求在音頻范圍內(nèi)有對于隔音材料和吸音材料，要求在音頻范圍內(nèi)有較大的力學損耗（當然也不能內(nèi)耗太大，否則發(fā)較大的力學損耗（當然也不能內(nèi)耗太大，否則發(fā)熱過多，材料易于熱態(tài)化）。熱過多，材料易于熱態(tài)化）。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7復數(shù)模量與力學損耗復數(shù)模量與力學損耗概述概述聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7矢量圖矢量圖聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7復數(shù)模量復數(shù)模量實數(shù)部分：實數(shù)部分：儲能模量儲能模量 （反映材料形變時的回彈能力）（反映材料形變時的回彈能力）虛數(shù)部分：虛數(shù)部分：損耗模量損耗模量 （反映材料形變時的內(nèi)耗狀況）（反映材料形變時的內(nèi)耗狀況）聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7力學損耗力學損耗 稱力學損耗角正切稱力學損耗角正切聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7損耗角正切損耗角正切也可以用來也可以用來表示內(nèi)耗表示內(nèi)耗=0，tg =0,沒有熱耗散沒有熱耗散=90，tg =,全耗散掉全耗散掉 討討論論聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7力學損耗的分子運動機制力學損耗的分子運動機制拉伸時外力對高聚物做功拉伸時外力對高聚物做功改變分子鏈的構象改變分子鏈的構象 提供鏈段運動克服提供鏈段運動克服內(nèi)內(nèi)分子鏈卷曲分子鏈卷曲 伸展伸展 “摩擦摩擦”所需的能所需的能量量 損耗損耗 回彈時高聚物對外做功回彈時高聚物對外做功改變分子鏈的構象改變分子鏈的構象 提供鏈段運動克服提供鏈段運動克服內(nèi)內(nèi)分子鏈伸展分子鏈伸展 卷曲卷曲 “摩擦摩擦”所需的能所需的能量量聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7一個形變周期的損耗一個形變周期的損耗聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7內(nèi)耗的定義內(nèi)耗的定義內(nèi)耗：內(nèi)耗：運動每個周期中，以熱的形式損耗掉的能量。運動每個周期中，以熱的形式損耗掉的能量。所有能量都以彈性能量的形式存儲起來，沒所有能量都以彈性能量的形式存儲起來，沒有熱耗散。有熱耗散。If滯后的相角滯后的相角 決定內(nèi)耗決定內(nèi)耗所有能量都耗散掉了所有能量都耗散掉了If聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7力學損耗影響因素力學損耗影響因素分子結構分子結構 鏈段運動阻礙大鏈段運動阻礙大 損耗大損耗大 空間位阻空間位阻 次價力作用次價力作用 （側基體積大、數(shù)量多）（側基體積大、數(shù)量多）（氫鍵、極性基團存在）（氫鍵、極性基團存在）順丁橡膠順丁橡膠損耗小損耗小;丁苯橡膠、丁腈橡膠丁苯橡膠、丁腈橡膠損耗大損耗大 對作為輪胎的橡膠希損耗??；阻尼材料（消音防對作為輪胎的橡膠希損耗小；阻尼材料（消音防震等）希損耗較大。震等）希損耗較大。外界條件外界條件 溫度和外力作用頻率溫度和外力作用頻率 利用此可研究高聚物的分子運動。利用此可研究高聚物的分子運動。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7（1）溫度溫度溫度很高，分子運動溫度很高，分子運動快，應變能跟上應力變快，應變能跟上應力變化，從而化，從而 小，內(nèi)耗小。小，內(nèi)耗小。溫度很低，分子運動溫度很低，分子運動很弱，不運動，從而磨很弱，不運動，從而磨察消耗的能量小，察消耗的能量小，內(nèi)耗內(nèi)耗小小溫度適中時，分子可溫度適中時，分子可以運動但跟不上應力變以運動但跟不上應力變化，化，增大，內(nèi)耗大增大，內(nèi)耗大TgTftan T聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7DMA results for temperatureTtg 聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7（2）頻率）頻率基本原理基本原理 *動態(tài)力學損耗動態(tài)力學損耗 外力作用頻率外力作用頻率 *分子運動狀況取決于分子運動狀況取決于 外部因素：外力作用頻率外部因素：外力作用頻率 內(nèi)部因素：分子運動松弛時間內(nèi)部因素：分子運動松弛時間 運動單元大運動單元大松弛時間大松弛時間大 運動單元小運動單元小松弛時間小松弛時間小 *分子運動狀況與力學損耗分子運動狀況與力學損耗 tg 有關。有關。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7損耗模量損耗模量損耗因子損耗因子儲能模量儲能模量聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7當外力作用時間當外力作用時間 t 1/運動單元跟不上外力作用的變化運動單元跟不上外力作用的變化 即：運動單元對外力作用無響應即：運動單元對外力作用無響應 因此，因此，不產(chǎn)生力學損耗。不產(chǎn)生力學損耗。tg 0聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7外力作用時間外力作用時間 t 時：時：所以所以 所對應的分子運動其運動單元較大所對應的分子運動其運動單元較大 所對應的分子運動其運動單元較小所對應的分子運動其運動單元較小 聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7tg 與分子運動與分子運動大小：大?。簍g 峰大則表示相應的分子運動峰大則表示相應的分子運動“強強”tg 峰小則表示相應的分子運動峰小則表示相應的分子運動“弱弱”數(shù)量數(shù)量：tg 峰的數(shù)量即分子運動單元的數(shù)目峰的數(shù)量即分子運動單元的數(shù)目聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7（3）次級運動的影響）次級運動的影響TgTg 以下的轉變稱為次級松弛以下的轉變稱為次級松弛Tg聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7用來分析分子結構運動的特點用來分析分子結構運動的特點PMMA a-Tg轉變轉變-酯基的運動酯基的運動-甲基的運動甲基的運動-酯甲基的活動酯甲基的活動聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7PSa-Tg轉變轉變-苯基的轉動苯基的轉動-曲柄運動曲柄運動-苯基的振動苯基的振動 373K325K130K3848K聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7For plastics次級運動越多說明外力所做功可次級運動越多說明外力所做功可以通過次級運動耗散掉以通過次級運動耗散掉抗沖擊性能好抗沖擊性能好聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7 3、動態(tài)粘彈性研究分子運動動態(tài)粘彈性研究分子運動實際使用時是測定：實際使用時是測定：力學損耗力學損耗 tg 與與溫度溫度 T 的關系的關系 原因：頻率原因：頻率 的變化范圍可達的變化范圍可達812個個 數(shù)量級，測量儀器很難達到。數(shù)量級，測量儀器很難達到。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7動態(tài)粘彈性研究分子運動動態(tài)粘彈性研究分子運動 測定測定tg log 時時 在恒定的溫度下（通常為室溫）在恒定的溫度下（通常為室溫）分子運動的松弛分子運動的松弛 時間也為一恒定值時間也為一恒定值 當測量頻率當測量頻率 變化到變化到1/松弛時間松弛時間 時時 力學損耗力學損耗tg 出現(xiàn)損耗峰出現(xiàn)損耗峰聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7動態(tài)粘彈性研究分子運動動態(tài)粘彈性研究分子運動測定測定tg 溫度溫度 T 時時 在某一固定的頻率在某一固定的頻率 下測量下測量 當溫度當溫度 T 變化時變化時 分子運動的松弛時間分子運動的松弛時間 也隨之變化也隨之變化 同樣，當變化到松弛時間同樣，當變化到松弛時間 1/時時 力學損耗力學損耗 tg 出現(xiàn)損耗峰出現(xiàn)損耗峰聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性77.2.1力學模型力學模型理想彈性體理想彈性體 （理想彈簧）（理想彈簧）理想粘性體理想粘性體 （理想粘壺）（理想粘壺）7.2 粘彈性的數(shù)學描述粘彈性的數(shù)學描述聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性71Maxwell模型（串聯(lián)模型）模型（串聯(lián)模型）應力松弛應力松弛聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7串聯(lián)模型的動作過程串聯(lián)模型的動作過程初始狀態(tài)初始狀態(tài)加一個恒定應變加一個恒定應變(應力松弛應力松弛)隨彈簧形變回復隨彈簧形變回復,回彈應力減小回彈應力減小彈簧形變?nèi)炕貜蛷椈尚巫內(nèi)炕貜?回彈應力為回彈應力為0聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7串聯(lián)模型的動作過程串聯(lián)模型的動作過程聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7對于應力松弛對于應力松弛 恒定恒定 則有則有：當當 t=0 時時 積分可得：積分可得：應力松弛時間應力松弛時間聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7應用應用Maxwell模型來模擬應力松弛過程特別有用（但模型來模擬應力松弛過程特別有用（但不能用來模擬交聯(lián)高聚物的應力松弛）不能用來模擬交聯(lián)高聚物的應力松弛）Maxwell模型來模擬高聚物的動態(tài)力學行為（模型來模擬高聚物的動態(tài)力學行為（不行）不行）(P192圖圖7-17與與P187圖圖7-9比較）比較）Maxwell模型用于模擬蠕變過程是不成功的模型用于模擬蠕變過程是不成功的聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性72Kelvin模型（并聯(lián)模型）模型（并聯(lián)模型）蠕變?nèi)渥兙酆衔锏恼硰椥跃酆衔锏恼硰椥?并聯(lián)模型動作過程并聯(lián)模型動作過程初始狀態(tài)初始狀態(tài)開始加一恒定的應力開始加一恒定的應力(蠕變?nèi)渥?,因粘壺的作用因粘壺的作用,彈簧在彈簧在t=0時不產(chǎn)生形變隨加應力的時間延長時不產(chǎn)生形變隨加應力的時間延長,彈簧逐漸產(chǎn)生形變彈簧逐漸產(chǎn)生形變當時間足夠長當時間足夠長,彈簧的形變完成彈簧的形變完成(拉直拉直),模型保持恒定模型保持恒定的形變的形變聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7并聯(lián)模型動作過程并聯(lián)模型動作過程聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7對于蠕變過程有對于蠕變過程有：則有則有：積分可得積分可得：聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7模型運動方程為：模型運動方程為：應用應用Kelvin模型模型基本基本可用來模擬高聚物的蠕變過程可用來模擬高聚物的蠕變過程Kelvin模型可用來模擬高聚物的動態(tài)力學行為模型可用來模擬高聚物的動態(tài)力學行為Kelvin模型不能用來模擬應力松弛過程模型不能用來模擬應力松弛過程聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7兩個模型的不足：兩個模型的不足：Maxwell模型在恒應力情況下不能反映出松模型在恒應力情況下不能反映出松弛行為弛行為Kelvin模型在恒應變情況下不能反映出應力模型在恒應變情況下不能反映出應力松弛松弛聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7The comparing between Maxwell and Kelvin elements The comparing between Maxwell and Kelvin elements MaxwellKelvin應力松弛、線形應力松弛、線形蠕變、交聯(lián)蠕變、交聯(lián)(蠕變回復蠕變回復）蠕變、交聯(lián)蠕變、交聯(lián)應力松弛、線形應力松弛、線形適合適合不適合不適合交聯(lián)交聯(lián)線形線形交聯(lián)交聯(lián)線形線形聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性73四元件模型四元件模型與蠕變非常吻合的一個力學模型與蠕變非常吻合的一個力學模型 1 2 3聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7四元件模型及其動作過程四元件模型及其動作過程(可描述蠕變過程可描述蠕變過程)聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7總的形變總的形變：聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7串聯(lián)模型可描述應力松弛串聯(lián)模型可描述應力松弛(線型高聚物線型高聚物)設計可描述體型高聚物應力松弛的模型設計可描述體型高聚物應力松弛的模型聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7體型高聚物應力松弛的模型體型高聚物應力松弛的模型a：形變前形變前b：形變開始瞬間，彈簧形變開始瞬間，彈簧1瞬時拉伸到形變值。彈簧瞬時拉伸到形變值。彈簧2由于粘由于粘 壺的作用不產(chǎn)生形變。壺的作用不產(chǎn)生形變。c：彈簧彈簧1 回彈同時彈簧回彈同時彈簧 2 逐漸被拉伸（總的形變恒定）逐漸被拉伸（總的形變恒定）由于彈簧由于彈簧2的形變受粘壺的影響的形變受粘壺的影響 是一個松弛過程是一個松弛過程當時間足夠長，彈簧當時間足夠長，彈簧1和彈簧和彈簧2的回彈力達到平衡的回彈力達到平衡由于此時模型中的彈簧尚有一定的形變，所以存在殘存應由于此時模型中的彈簧尚有一定的形變，所以存在殘存應力。力。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性77.2.2 Boltzmann迭加原理迭加原理(1)是高聚物粘彈性的一個簡單但又非常重要的原是高聚物粘彈性的一個簡單但又非常重要的原理，這個原理指出理，這個原理指出:高聚物的蠕變是其整個負荷歷高聚物的蠕變是其整個負荷歷史的函數(shù)。史的函數(shù)。(2)每個負荷對高聚物蠕變的貢獻是獨立的，因而各每個負荷對高聚物蠕變的貢獻是獨立的，因而各負荷的總的效應等于各個負荷效應的加和。最終的負荷的總的效應等于各個負荷效應的加和。最終的形變是各個負荷所貢獻的形變的簡單加和。形變是各個負荷所貢獻的形變的簡單加和。(3)可以根據(jù)有限的實驗數(shù)據(jù)，來預測高聚物在很寬可以根據(jù)有限的實驗數(shù)據(jù)，來預測高聚物在很寬的負荷范圍內(nèi)的力學性質。的負荷范圍內(nèi)的力學性質。這部分內(nèi)容自己看一下書這部分內(nèi)容自己看一下書聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性77.3 時溫等效原理時溫等效原理要使高分子鏈段產(chǎn)生足夠大的活動性才能表現(xiàn)出要使高分子鏈段產(chǎn)生足夠大的活動性才能表現(xiàn)出高彈態(tài)形變，需要一定的松弛時間；要使整個高高彈態(tài)形變，需要一定的松弛時間；要使整個高分子鏈能夠移動而表現(xiàn)出粘性流動，也需要一定分子鏈能夠移動而表現(xiàn)出粘性流動，也需要一定的松弛時間。的松弛時間。所以同一個力學行為在較高溫度下，在較短時間所以同一個力學行為在較高溫度下，在較短時間內(nèi)看到；同一力學行為也可以在較低溫度，較長內(nèi)看到；同一力學行為也可以在較低溫度，較長時間內(nèi)看到。所以升高溫度等效于延長觀察時間。時間內(nèi)看到。所以升高溫度等效于延長觀察時間。對于交變力的情況下，降低頻率等效于延長觀察對于交變力的情況下，降低頻率等效于延長觀察時間。時間。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7借助于轉換因子可以將在某一溫度下測定的力借助于轉換因子可以將在某一溫度下測定的力學數(shù)據(jù)，變成另一溫度下的力學數(shù)據(jù)，這就是學數(shù)據(jù)，變成另一溫度下的力學數(shù)據(jù)，這就是時溫等效原理。時溫等效原理。實用意義實用意義 通過不同溫度下可以試驗測得的力學性質進行比通過不同溫度下可以試驗測得的力學性質進行比較或換算，得到有些高聚物實際上無法實測的較或換算，得到有些高聚物實際上無法實測的結果結果(PE)。聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7由實驗曲線由實驗曲線 迭合曲線迭合曲線 1 2 3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7將平移量溫度作圖將平移量溫度作圖25-8000聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7實驗證明，很多非晶態(tài)線形高分子基本符合實驗證明，很多非晶態(tài)線形高分子基本符合這條曲線。所以這條曲線。所以W，F(xiàn)，L三人提出如下經(jīng)三人提出如下經(jīng)驗公式：驗公式：表明移動因子與溫度與參考溫度之差有關表明移動因子與溫度與參考溫度之差有關聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7當選當選 為參考溫度時，為參考溫度時，則則WLF方程變?yōu)椋悍匠套優(yōu)椋憾敹?時，時，所有高聚物所有高聚物都可找到一都可找到一個參考溫度，溫度通常落在個參考溫度，溫度通常落在 這時，這時，WLF方程為：方程為：聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性77.4內(nèi)耗的測定方法內(nèi)耗的測定方法(1)Torsional Pemdulum 扭擺法扭擺法聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7時效減量時效減量表示每次振幅所減小的幅度表示每次振幅所減小的幅度推導得出推導得出振幅所減小的幅度振幅所減小的幅度小小，即擺動持續(xù)時間，即擺動持續(xù)時間長長，0，tg 0,熱耗散熱耗散小小振幅所減小的幅度振幅所減小的幅度大大，即擺動持續(xù)時間，即擺動持續(xù)時間短短，tg ,熱耗散熱耗散大大 討討論論聚合物的粘彈性聚合物的粘彈性7(2)DMADMA-Dynamic mechanical analysis 動動態(tài)力學（機械）分析態(tài)力學（機械）分析DMTA動態(tài)力學熱分析動態(tài)力學熱分析DMA 242C d/03.01振蕩器振蕩器位移傳感器位移傳感器推桿推桿樣品樣品(最大長度 60 mm)樣品支架樣品支架3 點彎曲點彎曲(單/雙懸臂壓縮/針入,剪切,拉伸)冷卻設備冷卻設備載荷信號載荷信號自動調整自動調整位移信號位移信號步進馬達步進馬達(調整控制)樣品熱電偶樣品熱電偶控制熱電偶控制熱電偶方形爐體方形爐體(均勻度+/-1C)樣品位移樣品位移載荷載荷(up to 16 N)DMA 儀器結構儀器結構方形爐體：對于方形樣品而言，溫度均勻性更高爐體密封，保證氣氛及溫度一致性爐體打開時有自動風扇降溫，提高實驗效率2路冷卻，分別冷卻樣品和爐體，冷卻均勻性好，節(jié)省液氮可擴展性好，支持多種特殊爐體DMA 242C 爐體特點爐體特點DMA 典型圖譜典型圖譜DMA 典型圖譜典型圖譜（碳纖維增強環(huán)氧樹脂碳纖維增強環(huán)氧樹脂）玻璃化轉變溫度（Tg）可取E的外推起始點、E”的峰值溫度或tg的峰值溫度。118