高聚物流变学

方显力

目录

  • 1 绪论
    • 1.1 流变学概念
    • 1.2 聚合物流变学研究的内容
    • 1.3 聚合物流变行为的特性
  • 2 流变学的基本概念
    • 2.1 应变和应力
    • 2.2 应力张量
    • 2.3 应变张量
  • 3 线性弹性
    • 3.1 虎克定律与弹性常数
    • 3.2 线性弹性变形的特点
    • 3.3 聚合物的弹性模量
    • 3.4 线弹性的适用范围
  • 4 线性粘性流动
    • 4.1 稳定的简单剪切流动和牛顿定律
    • 4.2 线性粘性变形的特点
    • 4.3 流动方式(测粘流动 Viscometric flow )
  • 5 非线性弹性——橡胶弹性
    • 5.1 橡胶弹性的特点
    • 5.2 橡胶弹性的唯象理论
  • 6 非线性粘性(非牛顿流体)
    • 6.1 聚合物熔体流动特性
    • 6.2 非牛顿流体的稳态剪切流动
    • 6.3 Weissenberg-Rabinowitch校正
    • 6.4 非牛顿流体的流动曲线
    • 6.5 聚合物熔体的流动曲线
  • 7 线性粘弹性
    • 7.1 线性粘弹性的基本概念
    • 7.2 线性粘弹性的定义Boltzmann加和原理
    • 7.3 聚合物的蠕变柔量
    • 7.4 蠕变和回复实验
    • 7.5 松弛模量
    • 7.6 恒定应力速度和恒定应变速度实验
    • 7.7 动态力学性能
  • 8 考前复习
    • 8.1 复习视频
橡胶弹性的特点

橡胶是轻度交联的聚合物,其流变行为可以用非线性弹性(也称为橡胶弹性)这一数学模式来描述

1)形变量大

  橡胶分子的柔性好,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1000%。

(2)变形能完全回复

    橡胶分子之间由于互相交联,在变形时分于链顺着外力场的方向伸展,分子链由无序状态变为较有序的状态,从热力学观点看,就是熵减少。应力移除后,交联键就恢复到无序状态,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,而需一定时间

(3)时间依赖性

  橡胶受到外力时,应变是随时间发展的,但不会无限制增大而是趋近一个平衡值,即平衡应变ee。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状态过渡到与外力相适应的平衡状态,这个过程需要定的时间


(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0.11MPa数量级,比玻璃态聚合物的模量低34个数量级。它的体积模量则仍为103104数量级,即K>>G

n(泊松比)≈0.5

在拉伸时,△V/V=e-2d=0。因此可以说橡胶是不可压缩的。

(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强烈,但随伸长程度的增加而增大。(熵弹性)

(6)弹性模量随温度上升而增大,与钢材相反

当温度升高时,分子链的热运动加强,回缩力逐渐变大,弹性形变的能力变小,因而表现为弹性模量随温度的上升而增大