[工學(xué)]第七章高聚物力學(xué)性能測(cè)試(編輯修改稿)
2024-11-09 14:18 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 合物形變隨時(shí)間而逐漸增大的現(xiàn)象。 ? 所謂應(yīng)力松弛，就是在固定的溫度和形變下，聚合物內(nèi)部的應(yīng)力隨時(shí)間增加而逐漸減弱的現(xiàn)象。 ② 應(yīng)力松弛 ③ 蠕變和應(yīng)力松弛的關(guān)系 ? 相同點(diǎn)：蠕變與應(yīng)力松弛的本質(zhì)一樣，都是分子鏈運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。 ? 不同點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)條件不同。從應(yīng)力松弛來看，在ζ1作用下，分子鏈發(fā)生運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致分子鏈微觀上出現(xiàn)相應(yīng)的“蠕變”，“蠕變”后分子鏈處于另一狀態(tài)，則 ζ1降低為 ζ2；在 ζ2的作用下，分子鏈又出現(xiàn)“蠕變”至另一狀態(tài)，使 ζ2降為ζ3…… 。直至應(yīng)力全部因分子鏈卷曲而松弛，則材料處于新的平衡狀態(tài)。應(yīng)力反應(yīng)快，蠕變反應(yīng)慢；蠕變是宏觀上形變的變化，在材料內(nèi)部是分子鏈的位移。 1?受力形變 ε 維持 ε 不變 應(yīng)力松弛 ④ 影響蠕變和應(yīng)力松弛的因素 ? （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(yīng)力松弛，如增加相對(duì)分子質(zhì)量，交聯(lián)，結(jié)晶，取向，引入剛性基團(tuán)，添加填料等。 ? （外因）：溫度太低（或外力太小），蠕變和應(yīng)力松弛慢且小，短時(shí)間內(nèi)觀察不到；溫度太高（或外力太大），形變發(fā)展很快，形變以粘流為主，也觀察不到。只有在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)才最明顯。 2. 動(dòng)態(tài)粘彈性現(xiàn)象－滯后（ retardation）和力學(xué)損耗（內(nèi)耗， internal friction） ? 動(dòng)態(tài)粘彈性現(xiàn)象是在交變應(yīng)力或交變應(yīng)變作用下，聚合物材料的應(yīng)變或應(yīng)力隨時(shí)間的變化。主要討論滯后（ retardation）和力學(xué)損耗（內(nèi)耗， internal friction）兩種現(xiàn)象。 ① 滯后 ? 所謂滯后，是在交變應(yīng)力的作用下，應(yīng)變隨時(shí)間的變化一直跟不上應(yīng)力隨時(shí)間的變化的現(xiàn)象。應(yīng)變總是落后于應(yīng)力的變化，從分子機(jī)理上是由于鏈段在運(yùn)動(dòng)時(shí)受到內(nèi)摩擦的作用，當(dāng)外力變化時(shí)，鏈段的運(yùn)動(dòng)跟不上外力的變化。 ? 式中： ζ0、 ε0－最大應(yīng)力和最大應(yīng)變（正弦波的振幅）； ω－角頻率； δ為應(yīng)變發(fā)展落后于應(yīng)力的相位差，又稱力學(xué)損耗角。 δ越大，說明鏈段運(yùn)動(dòng)越困難，愈是跟不上外力的變化。 tt ??? s in)( 0?)s i n ()( 0 ???? ?? tt? 如應(yīng)力為： ? 那么，應(yīng)變?yōu)? ： ② 內(nèi)耗與模量 ? 當(dāng)應(yīng)力的變化和形變的變化相一致時(shí)，沒有滯后現(xiàn)象，每次形變所做的功等于恢復(fù)原狀時(shí)所取得的功，沒有功的消耗。 ? 當(dāng)存在滯后現(xiàn)象時(shí)，每一次拉伸－回縮循環(huán)中就要消耗功，消耗的功轉(zhuǎn)為熱量被釋放，稱為力學(xué)損耗，有時(shí)也稱為內(nèi)耗。 ? 滯后是產(chǎn)生內(nèi)耗的根本原因。 (1)內(nèi)耗 ? 分析：在交變應(yīng)力作用下，聚合物在一次拉伸－回縮過程中的應(yīng)力－應(yīng)變曲線如下： ? 發(fā)生滯后時(shí)，拉伸曲線上應(yīng)變達(dá)不到與其應(yīng)力相對(duì)應(yīng)的平衡應(yīng)變值，而回縮時(shí)，情況正好相反，回縮曲線上應(yīng)變大于與其對(duì)應(yīng)的平衡值。 ? 拉伸功 W1： ABCE所圍面積；回縮功 W2：FDCE所圍面積 ? ABCDF所構(gòu)成的閉合曲線常稱為“滯后圈”，其大小恰為單位體積聚合物在每一次拉神－回縮循環(huán)中所損耗的功。內(nèi)耗的結(jié)果為聚合物所吸收的能量 (W1－ W2)用于聚合物鏈段分子間的內(nèi)摩擦。 dtdt tdttdtW )()()()( ???? ?? ???dttt )co s (s i n/2021 ?????? ?? ?????? s in00＝ ＝ ? 內(nèi)耗在 20世紀(jì) 70年代才引起人們的注意。意義：高聚物在作為橡膠輪胎使用時(shí)，要求內(nèi)耗越小越好；相反在作為減震吸音等材料使用時(shí)，要求內(nèi)耗要大一些才好。 ? 人們常用 tgδ來表示內(nèi)耗的大小。 ? 影響內(nèi)耗的因素有： ? (1) 結(jié)構(gòu)（內(nèi)因）：側(cè)基數(shù)目越多，側(cè)基越大，則內(nèi)耗越大。 ? (2) 溫度和外力作用頻率（外因）：只有在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)耗最為明顯，因而通過 tgδ ～ T曲線（溫度譜）的峰值可以測(cè)得 tgδ ，通過 tgδ～logω 曲線（頻率譜）的峰值能測(cè)得玻璃化轉(zhuǎn)變頻率。 （ 2）模量與內(nèi)耗的關(guān)
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