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
线性粘弹性的定义Boltzmann加和原理

7.2.1正比性

  对于线弹性体,柔量J为材料的性质,与应力大小无关,如图7.3a所示,并与时间无关

q对线性粘弹性体,我们同样要求应变与应力成正比,即

   e(t)=s0J( t)                                            (7-8)

   J(t)=e(t)/s0                                          (7-9) 

这种关系应在任何时刻都成立,J(t)是由材料的性质决定的,与应力的大小无关,如图7.3b所示,s0改变时,J(t)并不改变。我们把材料的性质符合式(7-8)的叫做正比性,但这不是线性粘弹性的准一要求


                7.3正比性


7.2.2加和性

1)应力史的影响

分析应力s0有不同历史的情况,即应力s0是在不同时刻施加的,如下图

          图 7.4 应力史的影响

假定应力史有三种不同的情况,即应力s0是在时刻零时、q1q2时施加的,对线性弹性体,相对这三种不同的应力史,应变eJs0,即它与应力史无关,只决定于在该时刻的应力s0

对粘弹性材料,如应力史为零时刻施加的:

e0(t)=s0J( t)                                          (7-10)

加应力q1q2时刻施加的:

e1(t)=s0J( tq1)                                    (7-11)

e2(t)=s0J( tq2)                                    (7-12)

在时刻t1时,相应于三种不同应力史,应变e0e1e2不同。也就是说,对粘弹性材料,应变史不仅决定于应力的大小,还决定于应力的历史。或者说在某个时刻的应变,不仅决定于该时刻的应力,还决定于此时刻之前所受应力的情况

2)两步应力史



           7.5 加和性


Ds1Ds2常数,q2>q1。把它看成是两个应力史之和(见图bc),即


e(t)0                                               tq1                  (7-18a)

e(t)Ds1J( tq1)                           q1tq2            (7-18b)

e(t)Ds1J( tq1) +Ds2J( tq2)   tq2                  (7-18c)


说明应变史是各个独立的应力史产生的相应的应变史的加和,因此可以说该材料的应变具有加和性,这是线性粘弹性的另一个条件

1)对于任意的应力史,在给定的现在时刻t,应变史是所有应力史的函数。这里t是常数,而q是变量,Ds是随q而变的

2)当q1q2时,即Ds1Ds2是同时从q1施加时,正比性才适用,即

e(t)Ds1J(tq1) +Ds2J(tq2)=( Ds1+Ds2) J(tq1)

3)在给定的时刻t,应变e(t)并不决定于在该时刻的应力Ds,而是决定于在时刻t之前的全部应力史。举例来说,设在时刻t时,应力为Ds1+Ds2,但可能有不同的应力史,如下图所示。虽然在时刻t1时,应力都是s1+Ds2,但由于它们有不同的应力史,在时刻t1的应变就不同:

e1(t) =( Ds1+Ds2) J(t)

e2(t)Ds1J( t) +Ds2J( tq1)

e3(t)Ds1J( tq1) +Ds2J( tq2)

         图7.6 不同应力史的两步应力实验

(3) 连续的应力史

如果应力史是一个任意的随时间而变的函数s(q),如图所示,在时刻t时的e(t)应是在t之前全部应力史的函数。可近似地把连续的应力史看成是多步的负荷,即在q1时,加Ds(q1);在q2时,增加一个负荷Ds(q2)q3时;加Ds(q3)……qi时加Ds(qi),这时

e(t)Ds(q1)J( tq1) +Ds(q2) J( tq2)+ Ds(q3) J( tq3)+…….+ Ds(qi) J( tqi)+……Ds(qm) J( tqm)=



                    7.7 连续的应力史