第一章 材料的加工性質(zhì)

第一章材料的加工性質(zhì)第一頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一篇聚合物加工的理論基礎(chǔ)第一章材料的加工性質(zhì)第二章聚合物的流變性質(zhì)第三章聚合物液體在管和槽中的流動(dòng)第四章聚合物加工過(guò)程的物理和化學(xué)變化第二頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四第二篇塑料的成型加工第五章成型物料的配制第六章塑料的一次成型第七章塑料的二次成型第三篇橡膠加工第八章膠料的組成及配合第九章膠料的加工第十章硫化第三頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四第四篇合成纖維的紡絲及加工第十一章紡絲液體的性質(zhì)及制備第十二章纖維成形原理及方法第十三章纖維的后拉伸及熱處理第五篇高分子復(fù)合材料及高分子共混物的加工成型第十四章高分子復(fù)合材料第十五章高分子物的共混第四頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章材料的加工性質(zhì)第一節(jié)聚合物材料的加工性一、聚合物的可擠壓性；二、聚合物的可模塑性；三、聚合物的可紡性；四、聚合物的可延性；第二節(jié)聚合物在加工過(guò)程中的粘彈行為一、聚合物的粘彈性形變與加工條件的關(guān)系；二、粘彈性形變的滯后效應(yīng)第五頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四學(xué)習(xí)要點(diǎn)理解聚合物材料的可加工性-可擠壓性；可模塑性；可紡性；可延性；第六頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一節(jié)聚合物材料的加工性一、聚合物的可擠壓性；二、聚合物的可模塑性；三、聚合物的可紡性；四、聚合物的可延性；第七頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四聚合物的三態(tài)根據(jù)聚合物所表現(xiàn)的力學(xué)性質(zhì)和分子熱運(yùn)動(dòng)特征，聚合物可分為玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)。相應(yīng)溫度：玻璃態(tài)：T<Tg高彈態(tài)：Tg<T<Tm粘流態(tài)：Tm<T<TD第八頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四加工與成型方法的適應(yīng)性熔融紡絲注射成型薄膜吹塑擠出成型壓延成型中空成型真空和壓力成型薄膜和纖維熱拉伸薄膜和纖維冷拉伸圖1-1線(xiàn)型聚合物的聚集態(tài)與成型加工的關(guān)系示意第九頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四一、聚合物的可擠壓性聚合物在加工過(guò)程中常受到擠壓作用,例如聚合物在擠出機(jī)和注塑機(jī)料筒中、壓延機(jī)輥筒間，以及在模具中都受到擠壓作用?？蓴D壓性是指聚合物通過(guò)擠壓作用形變時(shí)獲得形狀和保持形狀的能力。第十頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四衡量聚合物可擠壓性的物理量是熔體的粘度(剪切粘度和拉伸粘度)。

聚合物的可擠壓性不僅與其分子結(jié)構(gòu)、相對(duì)分子質(zhì)量和組成有關(guān)，而且與溫度、壓力等成型條件有關(guān)。

評(píng)價(jià)聚合物擠壓性的方法，是測(cè)定聚合物的流動(dòng)度(粘度的倒數(shù))，通常簡(jiǎn)便實(shí)用的方法是測(cè)定聚合物的熔體流動(dòng)速率。第十一頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四熔融指數(shù)與熔融指數(shù)測(cè)試儀熔融指數(shù)是評(píng)價(jià)熱塑性聚合物特別是烯烴擠壓性的一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的方法，可通過(guò)熔融指數(shù)儀來(lái)測(cè)定。熔融指數(shù)是指用定溫下10分鐘內(nèi)聚合物從出料孔擠出的重量數(shù)。也稱(chēng)熔體流動(dòng)指數(shù)（MeltFlowIndex),簡(jiǎn)寫(xiě)為[MI]或[MFI]。根據(jù)Flory的經(jīng)驗(yàn)式，聚合物粘度η與重均分子量Mw有以下關(guān)系：

logη=A+BMw1/2(1-1)式中A和B為常數(shù)，決定于聚合物的特性和溫度。從式中可以看出，測(cè)定的流度實(shí)質(zhì)反映了聚合物分子量的大小。第十二頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四二、聚合物的可模塑性可模塑性是指材料在溫度和壓力作用下形變和在模具中模制成型的能力。具有可模塑性的材料可通過(guò)注射、模壓和擠出等成型方法制成各種形狀的模塑制品?？赡Ｋ苄灾饕Q于材料的流變性，熱性質(zhì)和其它物理力學(xué)性質(zhì)等，在熱固性聚合物的情況下還與聚合物的化學(xué)反應(yīng)性有關(guān)。第十三頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四注射、擠出、模壓等成型方法對(duì)聚合物的可模塑性要求是：能充滿(mǎn)模具型腔獲得制品所需尺寸精度，有一定的密實(shí)度，滿(mǎn)足制品合格的使用性能等。

聚合物的可模塑性通常用螺旋流動(dòng)試驗(yàn)來(lái)判斷。

聚合物熔體在注射壓力作用下，由阿基米德螺旋形槽的模具的中部進(jìn)入，經(jīng)流動(dòng)而逐漸冷卻硬化為螺旋線(xiàn).以螺旋線(xiàn)的長(zhǎng)度來(lái)判斷聚合物流動(dòng)性的優(yōu)劣。螺旋線(xiàn)愈長(zhǎng),聚合物的流動(dòng)性愈好。

螺旋流動(dòng)實(shí)驗(yàn)的意義：幫助人們了解聚合物的流變性質(zhì)，確定壓力、溫度、模塑周期等最佳工藝條件，反映聚合物相對(duì)分子質(zhì)量和配方中各助劑的成分和用量以及模具結(jié)構(gòu)，尺寸對(duì)聚合物可模塑性的影響。

壓力過(guò)高會(huì)引起溢料，壓力過(guò)低則充模不足成型困難；溫度過(guò)高會(huì)使制品收縮率增大，甚至引起聚合物的分解，溫度過(guò)低則物料流動(dòng)困難，交聯(lián)反應(yīng)不足，制品性能變劣。

四條曲線(xiàn)所構(gòu)成的面積，是模塑的最佳區(qū)域。

第十四頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四圖1-5模塑面積圖A-成型區(qū)域；a-表面不良線(xiàn)；b-溢料線(xiàn)c-分解線(xiàn)；d-缺料線(xiàn)溫度第十五頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四從圖中可以得出：過(guò)高的溫度，雖然熔體的流動(dòng)性大，易于成型，但會(huì)引起分解，制品收縮率大；溫度過(guò)低時(shí)熔體粘度大，流動(dòng)困難，成型性差；過(guò)高的壓力將引起溢料并使制品內(nèi)應(yīng)力增大；壓力過(guò)低時(shí)則造成缺料，制品成型不全；圖中四條線(xiàn)所構(gòu)成的面積（交叉線(xiàn)區(qū)）為模塑的最佳區(qū)域。第十六頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四三、聚合物的可紡性聚合物的可紡性是指聚合物材料通過(guò)加工形成連續(xù)的固態(tài)纖維的能力。主要取決于材料的流變性質(zhì)，熔體粘度、熔體強(qiáng)度以及熔體的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等。(1-3)式中Lmax為熔體細(xì)流最大穩(wěn)定長(zhǎng)度；d為噴絲板毛細(xì)孔直徑，v是熔體從噴絲板的流出速度，η是熔體的粘度，γF是表面張力.第十七頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四四、聚合物的可延性可延性表示無(wú)定形或半結(jié)晶固體聚合物在一個(gè)方向或兩個(gè)方向上受到壓延或拉伸時(shí)變形的能力。線(xiàn)型聚合物的可延性來(lái)自于大分子的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)和柔性。當(dāng)固體材料在Tg～Tm溫度區(qū)間受到大于屈服強(qiáng)度的拉力作用時(shí)，就產(chǎn)生宏觀的塑性延伸形變。第十八頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四第十九頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四從圖中可以得出：0-a段，普彈形變，楊氏模量高，延伸形變值小。ab段，材料抵抗形變的能力開(kāi)始降低，出現(xiàn)形變加速的傾向，由普彈形變轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚椥巫儭點(diǎn)，屈服點(diǎn)，對(duì)應(yīng)屈服應(yīng)力cd段，在屈服應(yīng)力作用下，通過(guò)鏈段的逐漸形變和位移，聚合物逐漸延伸應(yīng)變?cè)龃?。e點(diǎn)，材料因不能承受應(yīng)力的作用而破壞，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱(chēng)為抗張強(qiáng)度或極限強(qiáng)度。第二十頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四應(yīng)變軟化拉伸前

細(xì)頸區(qū)拉伸后

圖1-9聚合物拉伸時(shí)的細(xì)頸現(xiàn)象拉伸方向L第二十一頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四細(xì)頸：材料在拉應(yīng)力作用下截面形狀突然變細(xì)的一個(gè)很短的區(qū)域。應(yīng)變軟化：由于材料在拉伸時(shí)發(fā)熱，溫度升高，以致形變明顯加速，并出現(xiàn)形變的“細(xì)頸”現(xiàn)象。這種因形變引起發(fā)熱，使材料變軟形變加速的作用，稱(chēng)為“應(yīng)變軟化”。應(yīng)力硬化：隨著取向程度的提高，大分子間作用力增大，引起聚合物粘度升高，使聚合物表現(xiàn)出“硬化”傾向，形變不再發(fā)展的現(xiàn)象。第二十二頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四一、聚合物的粘彈性形變與加工條件的關(guān)系按照經(jīng)典的粘彈性理論，加工過(guò)程線(xiàn)型聚合物的總形變?chǔ)每梢钥闯墒瞧諒椥巫儲(chǔ)肊、推遲高彈形變?chǔ)肏和粘性形變?chǔ)肰三部分組成。（1-5）

式（1-5）中σ為作用外力；t為外力作用時(shí)間；E1和E2分別表示聚合物的普彈形變模量和高彈形變模量；η2和η3分別表示聚合物高彈形變和粘性形變時(shí)的粘度。第二十三頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四t1t2時(shí)間應(yīng)變回復(fù)變形cdab圖1-10聚合物在外力作用下的形變-時(shí)間曲線(xiàn)γEγVγEγHe第二十四頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四圖1-10說(shuō)明：ab段：在時(shí)間t1之前，聚合物受到外力作用產(chǎn)生普彈形變。普彈形變?chǔ)肊較小。bc段：在時(shí)間t1至t2之間，外力增加，變形增加。cd段：在時(shí)間t2時(shí)，作用力撤去，普彈形變恢復(fù)。de段：外力于時(shí)間點(diǎn)t2解除后一段時(shí)間，高彈形變?chǔ)肏完全恢復(fù)，粘性形變?chǔ)胿作為永久形變存留在聚合物中。第二十五頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四聚合物加工過(guò)程中的形變特點(diǎn)說(shuō)明：聚合物形變主要由高彈形變和粘性形變所組成。溫度升高，η2和η3下降，γH和γV形變值增加，γV隨溫度升高成比例地增大，而γH隨著溫度的升高其增大的趨勢(shì)逐漸減小。當(dāng)加工溫度高于Tf（或Tm）以致聚合物處于粘流態(tài)時(shí)，聚合物的形變發(fā)展則以粘性形變?yōu)橹?。此時(shí)，聚合物粘度低流動(dòng)性大，易于成型；同時(shí)由于粘性形變的不可逆性，提高了制品的長(zhǎng)期使用過(guò)程中的因次穩(wěn)定性（形狀和幾何尺寸穩(wěn)定性的總稱(chēng)），所以許多加工技術(shù)都是在聚合物的粘流狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)的。第二十六頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四二、粘彈性形變的滯后效應(yīng)聚合物在加工過(guò)程中的形變都是在外力和溫度共同作用下，大分子形變和進(jìn)行重排的結(jié)果。由于聚合物大分子的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)和大分子運(yùn)動(dòng)的逐步性質(zhì)，聚合物分子在外力作用時(shí)與應(yīng)力相適應(yīng)的任何形變都不可能在瞬間完成，通常將聚合物于一定溫度下，從受外力作用開(kāi)始，大分子的形變經(jīng)過(guò)一系列的中間狀態(tài)過(guò)渡到與外力相適應(yīng)的平衡態(tài)的過(guò)程看成是一個(gè)松弛過(guò)程，過(guò)程所需的時(shí)間稱(chēng)為松弛時(shí)間。第二十七頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四松弛時(shí)間（1-6）第二十八頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四上一講總結(jié)聚合物特有的加工性質(zhì)是：可模塑性、可擠壓性、可紡性、可延性。聚合物在加工過(guò)程中都要經(jīng)歷聚集態(tài)轉(zhuǎn)變，了解這些轉(zhuǎn)變的本質(zhì)和規(guī)律就能選擇適當(dāng)?shù)募庸し椒ê痛_定合理的加工工藝，在保持聚合物原有性能的條件下，能以最少的能量消耗，高效率地制得質(zhì)量良好的產(chǎn)品。第二十九頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四聚合物的擠壓性質(zhì)與聚合物的流變性（剪應(yīng)力或剪切速率對(duì)粘度的關(guān)系）、熔融指數(shù)及流動(dòng)速度密切相關(guān)。Flory經(jīng)驗(yàn)式表明：聚合物的分子量是影響其粘度的重要因素。分子量越大，聚合物越易于纏結(jié)，粘度越大。第三十頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四影響聚合物可模塑性的因素有很多，其中材料的流變性、熱性質(zhì)、物理力學(xué)性質(zhì)影響較大。制備工藝條件如模具、模具結(jié)構(gòu)也會(huì)影響到制品的加工質(zhì)量。影響聚合物可紡性的因素有材料的流變性質(zhì)、熔體粘度、熔體強(qiáng)度、熔體的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等。第三十一頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四聚合物的可延性來(lái)自于大分子的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)和柔性。也取決于材料產(chǎn)生塑性形變的能力和應(yīng)變硬化作用。應(yīng)變硬化會(huì)限制聚合物的分子流動(dòng)，阻止拉伸比的進(jìn)一步提高。聚合物在拉伸時(shí)，隨應(yīng)力的增加，先由普彈形變轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚椥巫?，達(dá)屈服點(diǎn)后出現(xiàn)細(xì)頸區(qū)，繼而被拉長(zhǎng)。抵達(dá)極限強(qiáng)度σb時(shí)，破壞斷裂。第三十二頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四聚合物在加工過(guò)程中通常是從固體變?yōu)橐后w（熔融和流動(dòng)），再?gòu)囊后w變?yōu)楣腆w（冷卻和硬化），所以加工過(guò)程中聚合物于不同條件下會(huì)分別表現(xiàn)出固體和液體的性質(zhì)，即表現(xiàn)出彈性和粘性。但由于聚合物大分子的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)和大分子運(yùn)動(dòng)的逐步性質(zhì)，聚合物的形變和流動(dòng)不可能是純彈性或純粘性的，而是彈性和粘性的綜合即粘彈性的。第三十三頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四一、聚合物的粘彈性形變與加工條件的關(guān)系按照經(jīng)典的粘彈性理論，加工過(guò)程線(xiàn)型聚合物的總形變?chǔ)每梢钥闯墒瞧諒椥巫儲(chǔ)肊、推遲高彈形變?chǔ)肏和粘性形變?chǔ)肰三部分組成。（1-5）式（1-5）中σ為作用外力；t為外力作用時(shí)間；E1和E2分別表示聚合物的普彈形變模量和高彈形變模量；η2和η3分別表示聚合物高彈形變和粘性形變時(shí)的粘度。第三十四頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四t1t2時(shí)間應(yīng)變回復(fù)變形cdab圖1-10聚合物在外力作用下的形變-時(shí)間曲線(xiàn)γEγVγEγHe第三十五頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四圖1-10說(shuō)明：ab段：在時(shí)間t1之前，聚合物受到外力作用產(chǎn)生普彈形變。普彈形變?chǔ)肊較小。bc段：在時(shí)間t1至t2之間，外力增加，變形增加。cd段：在時(shí)間t2時(shí)，作用力撤去，普彈形變恢復(fù)。de段：外力于時(shí)間點(diǎn)t2解除后一段時(shí)間，高彈形變?chǔ)肏完全恢復(fù)，粘性形變?chǔ)胿作為永久形變存留在聚合物中。第三十六頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四聚合物加工過(guò)程中的形變特點(diǎn)說(shuō)明：聚合物形變主要由高彈形變和粘性形變所組成。溫度升高，η2和η3下降，γH和γV形變值增加，γV隨溫度升高成比例地增大，而γH隨著溫度的升高其增大的趨勢(shì)逐漸減小。當(dāng)加工溫度高于Tf（或Tm）以致聚合物處于粘流態(tài)時(shí)，聚合物的形變發(fā)展則以粘性形變?yōu)橹?。此時(shí)，聚合物粘度低流動(dòng)性大，易于成型；同時(shí)由于粘性形變的不可逆性，提高了制品的長(zhǎng)期使用過(guò)程中的因次穩(wěn)定性（形狀和幾何尺寸穩(wěn)定性的總稱(chēng)），所以許多加工技術(shù)都是在聚合物的粘流狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)的。第三十七頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四因次分析又稱(chēng)量綱分析，是對(duì)過(guò)程有關(guān)物理量的因次（即量綱）進(jìn)行分析，得到為數(shù)較少的無(wú)因次數(shù)（即無(wú)量綱參數(shù)）群間關(guān)系的方法，和相似論方法同為指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的化學(xué)工程研究方法，在工程學(xué)科的研究中有著廣泛的應(yīng)用。方法基礎(chǔ)①很多物理量都是有因次的，如速度的因次為(長(zhǎng)度/時(shí)間)，寫(xiě)作LT-1,密度的因次為（質(zhì)量/長(zhǎng)度3），寫(xiě)作ML-3等。若干物理量總能以適當(dāng)?shù)膬绱谓M合構(gòu)成無(wú)因次的數(shù)群，如在研究管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，可將速度u、管徑d、流體密度ρ，流體粘度μ四個(gè)量組成一個(gè)無(wú)因次數(shù)群udρ/μ，即雷諾數(shù)Re。②任何物理方程總是齊因次的，即相加或相減的各項(xiàng)都有相同的因次。因此原則上，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)淖儞Q，物理方程總可以改寫(xiě)為無(wú)因次數(shù)群間關(guān)系的形式。

第三十八頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四粘彈性形變的滯后效應(yīng)聚合物在加工過(guò)程中的形變都是在外力和溫度共同作用下，大分子形變和進(jìn)行重排的結(jié)果。由于聚合物大分子的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)和大分子運(yùn)動(dòng)的逐步性質(zhì)，聚合物分子在外力作用時(shí)與應(yīng)力相適應(yīng)的任何形變都不可能在瞬間完成，通常將聚合物于一定溫度下，從受外力作用開(kāi)始，大分子的形變經(jīng)過(guò)一系列的中間狀態(tài)過(guò)渡到與外力相適應(yīng)的平衡態(tài)的過(guò)程看成是一個(gè)松弛過(guò)程，過(guò)程所需的時(shí)間稱(chēng)為松弛時(shí)間。理解松弛時(shí)間概念!!第三十九頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四松弛時(shí)間（1-6）式中t*為推遲高彈形變松弛時(shí)間。t*=η2/E2，其數(shù)值為應(yīng)力松弛到最初應(yīng)力值所需之時(shí)間。聚合物大分子松弛過(guò)程的速度（即松弛時(shí)間）與分子間相互作用能和熱運(yùn)動(dòng)能的比值有關(guān)。提高溫度則熱運(yùn)動(dòng)能增加，分子間作用能減小，大分子改變構(gòu)象和重排的速度加快，松弛過(guò)程縮短。反之，溫度降低則延緩松弛速度，增長(zhǎng)松弛時(shí)間。由于松弛過(guò)程的存在，材料的形變必然落后于應(yīng)力的變化，聚合物對(duì)外力響應(yīng)的這種滯后現(xiàn)象稱(chēng)為“滯后效應(yīng)”或“彈性滯后”。第四十頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四流變：在外力作用下，物體的變形和流動(dòng)。研究流變的學(xué)科成為流變學(xué)。流變學(xué)是力學(xué)的一個(gè)新分支，它主要研究材料在應(yīng)力、應(yīng)變、溫度濕度、輻射等條件下與時(shí)間因素有關(guān)的變形和流動(dòng)的規(guī)律。流變學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史

流變學(xué)出現(xiàn)在20世紀(jì)20年代。學(xué)者們?cè)谘芯肯鹉z、塑料、油漆、玻璃、混凝土，以及金屬等工業(yè)材料；巖石、土、石油、礦物等地質(zhì)材料；以及血液、肌肉骨骼等生物材料的性質(zhì)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)使用古典彈性理論、塑性理論和牛頓流體理論已不能說(shuō)明這些材料的復(fù)雜特性，于是就產(chǎn)生了流變學(xué)的思想。英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋和開(kāi)爾文很早就認(rèn)識(shí)到材料的變化與時(shí)間存在緊密聯(lián)系的時(shí)間效應(yīng)。麥克斯韋在1869年發(fā)現(xiàn)，材料可以是彈性的，又可以是粘性的。對(duì)于粘性材料，應(yīng)力不能保持恒定，而是以某一速率減小到零，其速率取決于施加的起始應(yīng)力值和材料的性質(zhì)。這種現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)力松弛。許多學(xué)者還發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力雖然不變，材料棒卻可隨時(shí)間繼續(xù)變形，這種性能就是蠕變或流動(dòng)。

第四十一頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四Figure3RheologyofPVCplastisolwithnano-sizedprecipitatedcalciumcarbonatepreparedatdifferentpH.Preparationofnano-sizedprecipitatedcalciumcarbonateforPVCplastisolrheologymodification，H.ZHANG,J.F.CHEN,H.K.ZHOU,G.Q.WANG，JOURNALOFMATERIALSSCIENCELETTERS21,2002,1305–1306第四十二頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期探索，人們終于得知，一切材料都具有時(shí)間效應(yīng)，于是出現(xiàn)了流變學(xué)，并在20世紀(jì)30年代后得到蓬勃發(fā)展。1929年，美國(guó)在賓厄姆教授的倡議下，創(chuàng)建流變學(xué)會(huì)；1939年，荷蘭皇家科學(xué)院成立了以伯格斯教授為首的流變學(xué)小組；1940年英國(guó)出現(xiàn)了流變學(xué)家學(xué)會(huì)。當(dāng)時(shí)，荷蘭的工作處于領(lǐng)先地位，1948年國(guó)際流變學(xué)會(huì)議就是在荷蘭舉行的。法國(guó)、日本、瑞典、澳大利亞、奧地利、捷克斯洛伐克、意大利、比利時(shí)等國(guó)也先后成立了流變學(xué)會(huì)。流變學(xué)的發(fā)展同世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程密切相關(guān)?，F(xiàn)代工業(yè)需要耐蠕變、耐高溫的高質(zhì)量金屬、合金、陶瓷和高強(qiáng)度的聚合物等，因此同固體蠕變、粘彈性和蠕變斷裂有關(guān)的流變學(xué)迅速發(fā)展起來(lái)。核工業(yè)中核反應(yīng)堆和粒子加速器的發(fā)展，為研究由輻射產(chǎn)生的變形打開(kāi)新的領(lǐng)域。第四十三頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四在地球科學(xué)中，人們很早就知道時(shí)間過(guò)程這一重要因素。流變學(xué)為研究地殼中極有趣的地球物理現(xiàn)象提供了物理-數(shù)學(xué)工具，如冰川期以后的上升、層狀巖層的褶皺、造山作用、地震成因以及成礦作用等。對(duì)于地球內(nèi)部過(guò)程，如巖漿活動(dòng)、地幔熱對(duì)流等，現(xiàn)在則可利用高溫、高壓巖石流變?cè)囼?yàn)來(lái)模擬，從而發(fā)展了地球動(dòng)力學(xué)。在土木工程中，建筑的土地基的變形可延續(xù)數(shù)十年之久。地下隧道竣工數(shù)十年后，仍可出現(xiàn)蠕變斷裂。因此，土流變性能和巖石流變性能的研究日益受到重視。第四十四頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四流變學(xué)的研究?jī)?nèi)容流變學(xué)研究?jī)?nèi)容是各種材料的蠕變和應(yīng)力松弛的現(xiàn)象、屈服值以及材料的流變模型和本構(gòu)方程。材料的流變性能主要表現(xiàn)在蠕變和應(yīng)力松弛兩個(gè)方面。蠕變是指材料在恒定載荷作用下，變形隨時(shí)間而增大的過(guò)程。蠕變是由材料的分子和原子結(jié)構(gòu)的重新調(diào)整引起的，這一過(guò)程可用延滯時(shí)間來(lái)表征。當(dāng)卸去載荷時(shí)，材料的變形部分地回復(fù)或完全地回復(fù)到起始狀態(tài)，這就是結(jié)構(gòu)重新調(diào)整的另一現(xiàn)象。材料在恒定應(yīng)變下，應(yīng)力隨著時(shí)間的變化而減小至某個(gè)有限值，這一過(guò)程稱(chēng)為應(yīng)力松弛。這是材料的結(jié)構(gòu)重新調(diào)整的另一種現(xiàn)象。蠕變和應(yīng)力松弛是物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的外部顯現(xiàn)。這種可觀測(cè)的物理性質(zhì)取決于材料分子(或原子)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)特性。因此在一定應(yīng)力范圍內(nèi)，單個(gè)分子(或原子)的位置雖會(huì)有改變，但材料結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)特征卻可能不會(huì)變化。

第四十五頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四當(dāng)作用在材料上的剪應(yīng)力小于某一數(shù)值時(shí)，材料僅產(chǎn)生彈性形變；而當(dāng)剪應(yīng)力大于該數(shù)值時(shí)，材料將產(chǎn)生部分或完全永久變形。則此數(shù)值就是這種材料的屈服值。屈服值標(biāo)志著材料有完全彈性進(jìn)入具有流動(dòng)現(xiàn)象的界限值，所以又稱(chēng)彈性極限、屈服極限或流動(dòng)極限。同一材料可能會(huì)存在幾種不同的屈服值，比如蠕變極限、斷裂極限等。在對(duì)材料的研究中一般都是先研究材料的各種屈服值。在不同物理?xiàng)l件下(如溫度、壓力、濕度、輻射、電磁場(chǎng)等)，以應(yīng)力、應(yīng)變和時(shí)間的物理變量來(lái)定量描述材料的狀態(tài)的方程，叫作流變狀態(tài)方程或本構(gòu)方程。材料的流變特性一般可用兩種方法來(lái)模擬，即力學(xué)模型和物理模型：在簡(jiǎn)單情況(單軸壓縮或拉伸，單剪或純剪)下，應(yīng)力應(yīng)變特性可用力學(xué)流變模型描述。在評(píng)價(jià)蠕變或應(yīng)力松弛試驗(yàn)結(jié)果時(shí)，利用力學(xué)流變模型有助于了解材料的流變性能。這種模型已用了幾十年，它們比較簡(jiǎn)單，可用來(lái)預(yù)測(cè)在任意應(yīng)力歷史和溫度變化下的材料變形。第四十六頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四力學(xué)模型的流變模型沒(méi)有考慮材料的內(nèi)部物理特性，如分子運(yùn)動(dòng)、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、裂紋擴(kuò)張等。當(dāng)前對(duì)材料質(zhì)量的要求越來(lái)越高，如高強(qiáng)度超韌性的金屬、高強(qiáng)度耐高溫的陶瓷、高強(qiáng)度聚合物等。對(duì)它們的研究就必須考慮材料的內(nèi)部物理特性，因此發(fā)展了高溫蠕變理論。這個(gè)理論通過(guò)考慮了固體晶體內(nèi)部和晶粒顆粒邊界存在的缺陷對(duì)材料流變性能的影響，表達(dá)出材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的物理常數(shù)，亦即材料的物理流變模型。流變學(xué)的研究方法流變學(xué)從一開(kāi)始就是作為一門(mén)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展起來(lái)的，因此實(shí)驗(yàn)是研究流變學(xué)的主要方法之一。它通過(guò)宏觀試驗(yàn)，獲得物理概念，發(fā)展新的宏觀理論。例如利用材料試件的拉壓剪試驗(yàn)，探求應(yīng)力、應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系，研究屈服規(guī)律和材料的長(zhǎng)期強(qiáng)度。通過(guò)微觀實(shí)驗(yàn)，了解材料的微觀結(jié)構(gòu)性質(zhì)，如多晶體材料顆粒中的缺陷、顆粒邊界的性質(zhì)，以及位錯(cuò)狀態(tài)等基本性質(zhì)，探討材料流變的機(jī)制。第四十七頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四對(duì)流體材料一般用粘度計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)。比如，通過(guò)計(jì)算球體在流體中因自重作用沉落的時(shí)間，據(jù)以計(jì)算牛頓粘滯系數(shù)的落球粘度計(jì)法；通過(guò)研究的流體在管式粘度計(jì)中流動(dòng)時(shí)，管內(nèi)兩端的壓力差和流體的流量，以求得牛頓粘滯系數(shù)和賓厄姆流體屈服值的管式粘度計(jì)法；利用同軸的雙層圓柱筒，使外筒產(chǎn)生一定速度的轉(zhuǎn)動(dòng)，利用儀器測(cè)定內(nèi)筒的轉(zhuǎn)角，以求得兩筒間的流體的牛頓粘滯系數(shù)與轉(zhuǎn)角的關(guān)系的轉(zhuǎn)筒法等。第四十八頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四轉(zhuǎn)筒法轉(zhuǎn)筒法II第四十九頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四對(duì)彈性和粘彈性材料的實(shí)驗(yàn)方法分為蠕變?cè)囼?yàn)、應(yīng)力松弛試驗(yàn)和動(dòng)力試驗(yàn)三種：對(duì)材料進(jìn)行蠕變實(shí)驗(yàn)一般有對(duì)材料試件施加恒定的拉力，以研究材料的