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
聚合物的弹性模量

3.3.1 弹性模量谱

聚合物与其他材料相比,其很明显的特点是它们的弹性模量范围很宽(在室温时),因此用途广泛


v玻璃态高聚物的弹性模量为103105  MPa数量级,如:

酚醛塑料:E104MPa

密胺塑料:E1.4×105MPa

聚氯乙烯(硬质)E4.9×103MPa

v橡胶和弹性体的模量为0.11MPa,比玻璃态聚合物34个数量级。

3.3.2聚合物弹性模量与温度的关系 

温度对体积模量的影响较小,低于玻璃化温度和高于玻璃化温度的K相差仅两倍左右,在同一数量级上。拉伸和剪切模量的温度依赖性则很大


                                  无定形线形聚合物的拉伸模量与温度的关系



                 交联聚合物(橡胶)的拉伸模量与温度的关系

分子链热运动加强,回缩力逐渐变大,弹性形变能力变小,表现为弹性模量随温度升高而增大


      结晶性线形聚合物的拉伸模量与温度的关系

其形状与无定型聚合物类似,其区别是坪台区较宽,且坪台处的模量较高

3.3.3 模量的分子量依赖性  


  无定型线形聚合物的拉伸模量与分子量的关系(A<B<C)

分子量对模量的影响主要在高弹态和粘流态。分子量越高,橡胶坪台区越宽,但坪台区的模量数量级不因分子量增大而变化,玻璃化温度也保持不变

3.3.4 交联度对拉伸模量的影响


  交联聚合物(橡胶)的拉伸模量与交联度的关系

随着交联度上升,橡胶坪台模量上升,交联度上升至形成网状结构时,E几乎保持不变直到超过分解温度时发生分解。同时玻璃化温度也随交联度提高而上升,而且玻璃化转变区加宽Tg升高)

3.3.5 结晶度的影响 


     结晶性线性聚合物的拉伸模量与结晶度的关系

随着结晶度的提高,在低温没有影响,橡胶坪台升高,结晶起交联作用。Tg不受结晶度影响