chapter聚合物流变学聚合物的线性粘弹性VIP专享

1 第5 章 聚合物的线性粘弹性 前面我们讨论了四种模式来描述高聚物在一定条件下表现出的性状。线弹性适用于在低于玻璃化温度下的高聚物，非线性弹性适用于高于 Tg 时的部分交联的高聚物。在这两种模式的讨论中，线弹性的高聚物的形变是在应力作用时瞬时发生的不随时间而改变；对非线性弹性的橡胶，我们没有考虑其时间依赖性，而是考虑在平衡态时的应变，因而它也不随时间而变。线性粘性及非线性粘性则适用于高聚物溶液及高聚物熔体。这四种模式在一定的条件下可应用于高聚物性状的分析。 弹：外力→形变→应力→储存能量→外力撤除→能量释放→形变恢复 粘：外力→形变→应力→应力松驰→能量耗散→外力撤除→形变不可恢复 理想弹性： 服从虎克定律 ζ＝E·ε 应力与应变成正比，即应力只取决于应变。受外力时平衡应变瞬时达到，除去外力应变立即恢复。 理想粘性：服从牛顿流体定律 应力与应变速率成正比，即应力只取决于应变速率。受外力时应变随时间线形发展，除去外力应变不能恢复。 实质上，在一般情况下，高聚物的性状并不能用以上四种简单模式来表示，首先高聚物在应力作用下，可能同时表现出弹性和粘性；其次高聚物在一般情况下，在恒定应力作用下，应变是随时间而变化的，即应变的时间依赖性(或在应变一定时，应力随时间而变化，即应力的时间依赖性)。 高分子固体的力学行为不服从虎克定律。当受力时，形变会随时间逐渐发展，因此弹性模量有时间依赖性，而除去外力后，形变是逐渐回复，而且往往残留永久变形(γ∞)，说明在弹性变形中有粘流形变发生。高分子液体，除了粘度特别大以外，其流动行为往往不服从牛顿定律，即 η 随 γ 而变化。这是由于流动过程中伴随着构象的改变，η 不再是常数；而当外力除去时，链分子重新卷曲(解取向)。因此，高分子液体在流动过程中仍包含有熵弹性形变，即含有可回复的弹性形变。 高分子材料(包括高分子固体，熔体及浓溶液)的力学行为在通常情况下总是或多或少表现为弹性与粘性相结合的特性，而且弹性与粘性的贡献随外力作用的时间而异，这种特性称之为粘弹性。对一般情况下的高聚物，我们需要用另一种模式来表示，即粘弹性(Viscoelasticity )。在应力较小时，表现出线性粘弹性，应力较大时表现为非线性粘弹性。本章讨论线性粘弹性。粘弹性的本质是由于聚合物分子运动具有松弛特性。与其他材料相比较，聚合物材料的显著特征是呈明显的粘弹性— —既具有弹性又具有粘性，因此高聚...