第七章聚合物的粘彈性

第七章習(xí)題一、概念一、蠕變 二、應(yīng)力松弛 3、滯后現(xiàn)象與力學(xué)內(nèi)耗4、時溫等效原理五、Blotzmann疊加原理二、 選擇答案1、粘彈性是高聚物的重要特點，在適當(dāng)外力作用下，（B）有明顯的粘彈性現(xiàn)象。A、Tg以下很多 B、Tg周圍 C、Tg以上很多 D、三周圍二、 關(guān)于WLF方程，說法不正確的為（A）。A、嚴(yán)格理論推導(dǎo)公式 B、Tg參考溫度，幾乎對所有聚合物普遍適用C、溫度范圍為Tg?Tg+100°C D、WlF方程是時溫等效原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式3、（C ）模型大體上可用于模擬交聯(lián)聚合物的蠕變行為。A、Flory,B、Huggins,C、Kelvin,D、Maxwell4、 （D）模型能夠用于模擬線性聚合物的應(yīng)力松弛行為。A、 Flory,B、Huggins,C、Kelvin,D、Maxwell三、 填空題一、 Maxwell模型可模擬線性聚合物的應(yīng)力松弛現(xiàn)象，而Kelvin模型大體上可用來模擬交聯(lián)聚合物的蠕變行為。TOC\o"1-5"\h\z二、 WLF方程假設(shè)以Tg為參考溫度，那么lgaT= ,WLF方程可定量描述時一溫等效原理。依照時一溫等效原理，提高實驗拉伸速度，力學(xué)損耗將向高溫方向移動。3、聚合物的靜態(tài)粘彈性要緊表現(xiàn)為應(yīng)力松弛 和。4、一硫化橡膠試樣在周期性交變拉伸作用下，應(yīng)變掉隊于應(yīng)力轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象稱為 _滯后現(xiàn)象，對應(yīng)于同一應(yīng)力值，回縮時的應(yīng)變大^拉伸時的應(yīng)變。拉伸曲線下的面積表示外力對橡膠所做的拉伸功 ，回縮曲線下的面積表示橡膠對外所做的回縮功 ，兩個面積之差表示 。五、聚合物在交變應(yīng)力下應(yīng)變掉隊于應(yīng)力的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象 。在每一循環(huán)轉(zhuǎn)變中，熱損耗掉的能量與最大儲能量之比稱為力學(xué)損耗 。四、 回答以下問題一、寫出麥克斯韋爾模型、開爾文模型的運動方程。這兩種模型能夠模擬什么樣的聚合物的何種力學(xué)松弛行為？麥克斯?專京模型的運動方程ds1de?！? —diSr/i7）開爾文模型的運動方程Efi二■-十4—■屈Kin模型基本I■一可以摸報交聯(lián)援音物的蠕交行為f皿元開始普禪形變）M咨炒】1貌型可以模援線彩聚仆胡的成力松馳行為〈定性）2、 “聚物的應(yīng)力松弛是指維持聚合物一恒定應(yīng)變所需的應(yīng)力慢慢衰減到零的現(xiàn)象”，這句話對嗎？什么緣故？不時.因為的勿松弛是指在周定的溷更和形變下，聚合物的內(nèi)部成力隨時間的措如而蔑掀的理M對于繾型大分芋而有'聚飽的內(nèi)部應(yīng)方可以衰減列雪，但是時丁交聯(lián)域金朝而言，庾力不能痣裱到零，3、 畫出固定實驗溫度下，聚合物的內(nèi)耗與外力頻率的關(guān)系曲線，并以松弛的觀點加以說明和說明。力學(xué)內(nèi)耗.①當(dāng)外力作用比運動單元前檜翼時間的倒數(shù)商得條時F即，該運動單元基本上來不及跟隨交變的外由而推生近動目與出無美.E”制I成幾乎為踱（.表現(xiàn)剛性玻寤態(tài)）0嚏螭?運動單元的岌動完全跟得上?作用為的變化「E與卞無龍，E”和嬖幾乎為零，表現(xiàn)橡膠的高尊態(tài).曲只有當(dāng)B中!,遠(yuǎn)幼單元運幼^上，但又不能完全跟上外境力幼變化山EI變化大，耳'引電&出現(xiàn)攜大值（內(nèi)貌爆），表現(xiàn)明顯的粘彈性。妙'由丁-發(fā)生滯后g在:何一循環(huán)變化中，作為攙報騷垃的能袖與最大儲有跆t之出稱為4、示意畫出聚合物動態(tài)粘彈性的溫度譜，說明溫度對聚合物內(nèi)耗大小的阻礙。①Tg以下」果杵聊應(yīng)變僅為鍬長的此迅成煲址很小，幾乎同成力變化同覲行,唁由很小.國浪度升目，痘璃態(tài)自摘膠態(tài)轉(zhuǎn)壹，鏈段開始運動，體系粘度大，運動摩摟鈕力大,tgS較大"豉璃化轉(zhuǎn)廢區(qū)'出現(xiàn)何耗燧L⑨溫度iU—拜升氐圄成■堡通較大，但基段運動甌力減小「購減小。④在末端流動區(qū)，分子同質(zhì)伯位移近動，內(nèi)麻擦匝力再次升利內(nèi)艷急劇埴加，5、什么是時溫等效原理和WLF方程？它們有何意義？隊分子遠(yuǎn)動的松噠姓質(zhì)可知，同一力學(xué)校-噠現(xiàn)每，既可在較高由溫度下”較高的時間內(nèi)觀察5L也耳以在較低的溫股下.較長時間內(nèi)觀察到；因此」升高仙度與延長時間對金子運動是等效的，對聚合物的粘彈性也是等效的，這就是時宣等效蠣理，透用范國■網(wǎng)參考亂度TO至卷常數(shù)ciC2y方棲畋=二"在窒沮下幾年幾百年的應(yīng)力松咂是不能實現(xiàn)的，可在噩蕖件下殖期內(nèi)完成或在室司下凡十萬分之一補完成的同力松■馳」彳在低溫條件F幾小時完成.7-2是從高聚物的松弛特性，討論非晶態(tài)高聚物的力學(xué)特點？解：高聚物玻璃態(tài)時，加應(yīng)力后普彈形變瞬時完成，保持應(yīng)力過程中，形變也保持不變，移去應(yīng)力后，形變迅速恢復(fù)，這是松弛時間過長，大分子鏈來不及運動，在實驗條件下，根本觀察不到蠕變現(xiàn)象。在推遲高彈時，加應(yīng)力后，普彈形變和高彈形變瞬時完成，而后高彈形變隨時間逐漸發(fā)展，表現(xiàn)典型的蠕變現(xiàn)象，以除外力后，普彈形變和高彈形變，則隨時間而逐漸減小，但現(xiàn)行高聚物有部分塑性形變，所以殘余一部分不可逆形變。高彈態(tài)時，由于松弛間短，加應(yīng)力后，普彈形變和高彈形變同時發(fā)生，蠕變曲線幾乎平行于縱軸，以后線形高聚物中塑性形變不斷發(fā)展，解除應(yīng)力后，這一部分不能恢復(fù)。粘流態(tài)時，塑性形變隨時間發(fā)展，幾乎全是不可逆形變，故解除外力后，不能恢復(fù)。7-3討論下述因素對蠕變實驗的阻礙。1.相對分子質(zhì)量；b.交聯(lián)；c.纏結(jié)數(shù)解：a.相對分子質(zhì)量：低于Tg時，非晶聚合物的蠕變行為與相對分子質(zhì)量無關(guān)，高于Tg時，非晶或未交聯(lián)的高聚物的蠕變受相對分子質(zhì)量阻礙專門大，這是因為蠕變速度第一決定于聚合物的黏度，而黏度又決定于相對分子質(zhì)量。依照3.4次規(guī)律，聚合物的平穩(wěn)零剪切黏度隨重均相對分子質(zhì)量的3.4次方增加。于是平穩(wěn)流動區(qū)的斜率勺'為隨相對分子質(zhì)量增加而大為減少，另一方面永久形變量0"泓，也因此減少。相對分子質(zhì)量較大（黏度較大）蠕變速度較小（圖8—10）。b.交聯(lián)：低于Tg時，鏈的運動很小，交聯(lián)對蠕變性能的影響很小，除非交聯(lián)度很高。但是，高于Tg時交聯(lián)極大地影響蠕變，交聯(lián)能使聚合物從黏稠液體變?yōu)閺椥泽w。對于理想的彈性體，當(dāng)加負(fù)荷時馬上伸長一定量，而且伸長率不隨時間而變化，當(dāng)負(fù)荷移去后，該聚合物能迅速回復(fù)到原來長度。當(dāng)交聯(lián)度增加，聚合物表現(xiàn)出低的“蠕變”（圖8—10）。輕度交聯(lián)的影響就好像相對分子質(zhì)量無限增加的影響，分子鏈不能相互滑移，所以"'變成無窮大，而且永久形變也消失了。進(jìn)一步交聯(lián)，材料的模量增加，很高度交聯(lián)時，材料成為玻璃態(tài)，在外力下行為就像虎克彈簧。c.纏結(jié)數(shù)：巳發(fā)現(xiàn)低于一定相對分子質(zhì)量時，黏度與相對分子質(zhì)量成比例。因為這一相對分子質(zhì)量相應(yīng)的分子鏈長巳足以使聚合物產(chǎn)生纏結(jié)。這種纏結(jié)如同暫時交聯(lián)，使聚合物具有一定彈性。因此相對分子質(zhì)量增加時，纏結(jié)數(shù)增加，彈性和可回復(fù)蠕變量也增加。但必須指出聚合物受拉伸，纏結(jié)減少，因此實驗時間愈長則可回復(fù)蠕變愈小。7-825°C下進(jìn)行應(yīng)力松弛實驗，聚合物模量減少至105N/m3需要107h。用WLF方程計算100°C下模量減少到一樣值需要多久？假設(shè)聚合物的Tg是25CoI1皿-17.44(100-25)log10ar=log—= =-10.33她 51.6+100-25解：也■二4.6敞10一】場如口=4.66xl0-11xl0^=4.66x10^^7-9一PS試樣其熔體黏度在160C時為102Pa-s，試用WLF方程計算該樣在120C時的黏度.解：根據(jù)WLF方程叭幻—1744(7*)位)51.62—7；當(dāng)。16成當(dāng)，得'"習(xí)一51.6+120-7；T又有五、計算題一、依照WLF方程估量玻璃化溫度測量所用頻率提高或降低一個數(shù)量級時，測得的Tg將轉(zhuǎn)變多少度？ SUh-.A■WLF方眼弟夠 =A,測址頻率提高一個數(shù)氏瓠時，即件二lOw^的I二二二件二-] 得血T-Tg^.l4fl測得的R將升高3」4阮B瀏扯制i率降骸一個數(shù)扯皴時,即抵10=；*：；=1 得刊：T-Tg=-2_^測鋁的兀將降愜描度直2、在頻率為1Hz條件下進(jìn)行聚苯乙烯試樣的動態(tài)力學(xué)性能實驗，125°C顯現(xiàn)內(nèi)耗峰。請計算在頻率1000Hz條件下進(jìn)行上述實驗，顯現(xiàn)內(nèi)耗峰的溫度。（已知聚苯乙烯Tg=100C）解H7-=—①WLF方惡g郁第■?松馳時間T=土（■作用時間}，出現(xiàn)兩耗峰:l -I7r44{]23—HHH「 1135Clg=岫廠一 頑:,④11=7=1^rT74-4 —1[Ml）]如二岫寸=|跖?I「點=口回】?廠?新此子弓浩+ nJ=擋1七3、以某一聚合物材料作為兩根管子接口法蘭的密封墊圈，假設(shè)材料的力學(xué)行為能夠用Maxwell模型描述。已知墊圈緊縮應(yīng)變成0.2,初始模量為3x106N/m2,材料應(yīng)力松弛時刻為300d，管內(nèi)流體的壓力為0.3x106N/m2，試問多少天后接口處發(fā)生泄漏？解，M蹈妃