高聚物粘彈性

《高分子物理》課程團隊：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習情境三的任務(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、乙丙橡膠耐熱運輸帶選材8h任務(wù)四、乙丙橡膠耐熱運輸帶成型8h

目標告知擬實現(xiàn)的知識目標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)象及其分析擬實現(xiàn)的能力目標能根據(jù)高聚物的粘彈性理論，分析生活中的一些現(xiàn)象思考題——復習回顧1.試用分子熱運動觀點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（試用高彈性熱力學理論解釋）3.在橡膠下懸一砝碼，保持外界不變，升溫時會發(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——形變與時間無關(guān)瞬間形變，瞬間恢復理想的粘性液體服從牛頓定律——形變與時間成線性關(guān)系高聚物：分子運動宏觀力學性能強烈地依賴于溫度和時間，粘彈性彈性、粘性和粘彈性形變時間交聯(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性能隨時間變化力學松弛現(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)力松弛動態(tài)粘彈性：滯后和力學損耗一、蠕變1、定義：恒溫、恒負荷下，高聚物材料的形變隨時間的延長逐漸增加的現(xiàn)象。蠕變回復2、蠕變機理與曲線蠕變過程包括三種形變及形變回復。普彈形變：鍵長和鍵角的改變，模量大，形變小，可立即回復。高聚物的靜態(tài)粘彈性高彈形變：鏈段運動，構(gòu)象改變，模量小，形變大，逐步回復。高聚物的靜態(tài)粘彈性塑性形變：高分子鏈運動，分子間滑移，形變隨時間線性增加，不可回復。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)力隨時間的延長而衰減的現(xiàn)象。2、應(yīng)力松弛曲線：時間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↑因為溫度↑分子運動速度↑，松弛↑（2）外力作用↑

，蠕變↑

，蠕變速率↑tε（3）受力時間：受力時間↑，蠕變↑。T外力蠕變的影響因素（4）結(jié)構(gòu)主鏈剛性，分子運動性↓，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）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)力隨時間變化的是（），應(yīng)變隨時間變化的是（）掛在墻上的塑料雨衣越變越長；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？其形變機理和特征應(yīng)力松弛最后到0的是（）蠕變回復最后能回復到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損耗靜態(tài)粘彈性動態(tài)粘彈性材料對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-動態(tài)高聚物的粘彈性動態(tài)力學行為在交變應(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高聚物的動態(tài)粘彈性δ—滯后角。δ越大，滯后現(xiàn)象越嚴重。2、產(chǎn)生原因：外力作用時，鏈段運動要受到內(nèi)摩擦阻力的作用，鏈段運動跟不上外力的變化，ε落后于σ。3、力學損耗（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橡膠所作的拉伸功回縮曲線下面積為橡膠對外力所作的回縮功面積之差損耗的功高聚物的動態(tài)粘彈性高聚物的動態(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）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越長；軟PVC絲，用它來縛物，開始扎得很緊，后來就會慢慢變松提高高聚物的抗蠕變性途徑思考題