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
聚合物流变行为的特性

1.3.1经典的力学模式

(1)固体

*刚体(Rigid solid):只考虑物体的平动和转动而不考虑其形状的变化

线性弹性体(Linear elastic solid)或虎克弹性体,作用力和形变符合虎克定律: 

sEe

物体是刚体还是弹性体取决于实验方法

(2)液体

*完全流体(Perfect fluid),流体作用在任何表面上的力总是垂直于该表面,这种力称为静水压。该模式被应用于水力学、气动力学及流体力学中。

*线性粘性流体(Linear viscous fluid)或牛顿流体流动速度的梯度正比于所加之力。


一些流体(如空气和水)在小口径管子中的流动,离管壁较远的部分可被认为是完全流体,而接近管壁的部分则可被认为是粘性流体。


然而上述经典的有关变形的理论不适用于聚合物材料!

1.3.2聚合物的特性


硫化的天然橡胶 

A区域 刚形体 

B区域 非线性弹性 模量低,延伸大,力和延伸的关系不满足胡克定律

C区域 粘弹性固体 硫化橡胶的变形随时间增加而增加,移除力后,恢复到原来形状

未硫化的天然橡胶 D区域 短时间 弹性体 长时间 粘性 故称之为粘弹性液体

聚合物流变行为的特点

(1)多样性

分子结构有线性结构、交联结构、网状结构等

分子链可以呈刚性或柔性

流变行为多种多样,固体高聚物的变形可呈现线性弹性、橡胶弹性及粘弹性。聚合物溶液和熔体的流动则可呈现线性粘性、非线性粘性、塑性、触变性等



(2)高弹性

橡胶弹性(低模量,大变形,可完全回复) 聚合物特有的流变行为。

(3)时间依赖性

聚合物的变形或流动具有较强的时间依赖性,同一聚合物在短时间应力作用下呈现弹性变形(可回复的),而在较长时间作用下呈现粘性变形(不可回复的)。