高聚物粘彈性

《高分子物理》課程團(tuán)隊(duì)：李彩虹余旺旺栗娟蘇珺情境三乙丙橡膠耐熱輸送帶選材與成型學(xué)習(xí)情境三的任務(wù)任務(wù)一、乙丙橡膠的主要品種4h任務(wù)二、乙丙橡膠的應(yīng)用4h任務(wù)三、乙丙橡膠耐熱運(yùn)輸帶選材8h任務(wù)四、乙丙橡膠耐熱運(yùn)輸帶成型8h

目標(biāo)告知擬實(shí)現(xiàn)的知識(shí)目標(biāo)1、了解高聚物的粘彈性2、理解高聚物靜態(tài)粘彈性3、掌握高聚物的蠕變和應(yīng)力松弛現(xiàn)象及其分析擬實(shí)現(xiàn)的能力目標(biāo)能根據(jù)高聚物的粘彈性理論，分析生活中的一些現(xiàn)象思考題——復(fù)習(xí)回顧1.試用分子熱運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)解釋橡膠高彈性的成因。2.不受外力作用，橡皮筋受熱（）；在恒定外力作用下，受熱（）A.收縮B.伸長C.不變D.不一定（試用高彈性熱力學(xué)理論解釋）3.在橡膠下懸一砝碼，保持外界不變，升溫時(shí)會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？4.兩種組成基本相同的乙烯-丙烯共聚物,一種適于作橡膠,而另一種適于作塑料，推測其原因。（提示：共聚物的類型與結(jié)晶能力）彈性粘性彈性和粘性理想的彈性固體服從虎克定律——形變與時(shí)間無關(guān)瞬間形變，瞬間恢復(fù)理想的粘性液體服從牛頓定律——形變與時(shí)間成線性關(guān)系高聚物：分子運(yùn)動(dòng)宏觀力學(xué)性能強(qiáng)烈地依賴于溫度和時(shí)間，粘彈性彈性、粘性和粘彈性形變時(shí)間交聯(lián)高聚物理想彈性體理想粘性體線性高聚物彈性、粘性和粘彈性高聚物的粘彈性如何提高材料的抗蠕變性？橡膠的生熱性與阻尼性能力學(xué)性能隨時(shí)間變化力學(xué)松弛現(xiàn)象概念高聚物的粘彈性特征表現(xiàn)影響粘彈性是介于理想彈性與理想粘性之間的性質(zhì)靜態(tài)粘彈性：蠕變和應(yīng)力松弛動(dòng)態(tài)粘彈性：滯后和力學(xué)損耗一、蠕變1、定義：恒溫、恒負(fù)荷下，高聚物材料的形變隨時(shí)間的延長逐漸增加的現(xiàn)象。蠕變回復(fù)2、蠕變機(jī)理與曲線蠕變過程包括三種形變及形變回復(fù)。普彈形變：鍵長和鍵角的改變，模量大，形變小，可立即回復(fù)。高聚物的靜態(tài)粘彈性高彈形變：鏈段運(yùn)動(dòng)，構(gòu)象改變，模量小，形變大，逐步回復(fù)。高聚物的靜態(tài)粘彈性塑性形變：高分子鏈運(yùn)動(dòng)，分子間滑移，形變隨時(shí)間線性增加，不可回復(fù)。高聚物的靜態(tài)粘彈性高聚物的靜態(tài)粘彈性ε3

ε3ε1ε2ε2ε1tε蠕變及蠕變回復(fù)曲線總形變高聚物的靜態(tài)粘彈性二、應(yīng)力松弛1、定義：恒溫恒應(yīng)變下，高聚物材料的應(yīng)力隨時(shí)間的延長而衰減的現(xiàn)象。2、應(yīng)力松弛曲線：時(shí)間t應(yīng)力σ0

σ(∞)

交聯(lián)高聚物線形高聚物

0玻璃態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)t高聚物的靜態(tài)粘彈性（1）溫度：溫度↑，蠕變速率↑

，蠕變程度↑因?yàn)闇囟取肿舆\(yùn)動(dòng)速度↑，松弛↑（2）外力作用↑

，蠕變↑

，蠕變速率↑tε（3）受力時(shí)間：受力時(shí)間↑，蠕變↑。T外力蠕變的影響因素（4）結(jié)構(gòu)主鏈剛性，分子運(yùn)動(dòng)性↓，蠕變↓交聯(lián)與結(jié)晶：交聯(lián)蠕變↓；結(jié)晶蠕變↓。t(h)100020003000ε(%)聚砜聚苯醚聚碳酸酯改性聚苯醚ABS（耐熱級(jí)）聚甲醛尼龍ABS0.51.01.52.0小結(jié)1—提高高聚物抗蠕變性途徑選擇剛性高分子（主鏈中有苯環(huán)，書P103圖）交聯(lián)提高結(jié)晶性加入剛性填料制品結(jié)構(gòu)加入增強(qiáng)層或金屬嵌件等小結(jié)2—靜態(tài)粘彈性粘彈性是介于（）和（）間的一種性質(zhì)靜態(tài)粘彈性表現(xiàn)：恒T，應(yīng)力隨時(shí)間變化的是（），應(yīng)變隨時(shí)間變化的是（）掛在墻上的塑料雨衣越變?cè)介L；軟PVC絲，用它來縛物，開始扎得很緊，后來慢慢變松。蠕變過程中的三種形變分別是什么？其形變機(jī)理和特征應(yīng)力松弛最后到0的是（）蠕變回復(fù)最后能回復(fù)到0的是（）A.線性高聚物B.交聯(lián)高聚物應(yīng)力松弛蠕變滯后力學(xué)損耗靜態(tài)粘彈性動(dòng)態(tài)粘彈性材料對(duì)外界作用力的不同響應(yīng)情況恒定力或形變-靜態(tài)變化力或形變-動(dòng)態(tài)高聚物的粘彈性動(dòng)態(tài)力學(xué)行為在交變應(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。例如：許多齒輪、閥片、傳送帶、輪胎等不停地承受交變載荷作用。高聚物的動(dòng)態(tài)粘彈性1、滯后現(xiàn)象：試樣在交變應(yīng)力作用下，應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象。ε(t)wtσ(t)σ0高聚物的動(dòng)態(tài)粘彈性δ—滯后角。δ越大，滯后現(xiàn)象越嚴(yán)重。2、產(chǎn)生原因：外力作用時(shí)，鏈段運(yùn)動(dòng)要受到內(nèi)摩擦阻力的作用，鏈段運(yùn)動(dòng)跟不上外力的變化，ε落后于σ。3、力學(xué)損耗（內(nèi)耗）聚合物在交變應(yīng)力作用下，產(chǎn)生滯后現(xiàn)象，而使機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿默F(xiàn)象。大小用損耗因子或阻尼因子tgδ表示。ε1

ε0

ε2σεσ0回縮拉伸硫化橡膠拉伸—回縮應(yīng)力應(yīng)變曲線拉伸曲線下面積為外力對(duì)橡膠所作的拉伸功回縮曲線下面積為橡膠對(duì)外力所作的回縮功面積之差損耗的功高聚物的動(dòng)態(tài)粘彈性高聚物的動(dòng)態(tài)粘彈性建筑減震示意圖橋梁減震墊硬盤減震散熱器高聚物的動(dòng)態(tài)粘彈性作業(yè)與思考題作業(yè)題：什么是蠕變與應(yīng)力松弛？畫出典型硫化膠的蠕變（包括蠕變回復(fù)）與應(yīng)力松弛曲線并說明其特征。思考題：試說明下列現(xiàn)象掛在墻上的塑料雨衣越變?cè)介L；軟PVC絲，用它來縛物，開始扎得很緊，后來就會(huì)慢慢變松提高高聚物的抗蠕變性途徑思考題