流变学和聚合物的机械性能VIP专享

第七单元流变学和聚合物的机械性能流变学定义为是物质的流动和形变科学。聚合物的流变学行为包括几种广泛不同的现象。这些与某种程度上不同的分子过程有关。这些现象和它们的主要机理如下：a. 粘性流动，聚合物材料的不可逆形变，与分子从一个到另一个的不可逆滑移有关。b. 类橡胶弹性形变，与小范围分子链节运动有关的局部自由运动被保留，但大范围的流动被保留的扩散网状结构阻止了。c. 粘弹性，当聚合物的形变是可逆的，但具有依时性，而且与高聚物链段通过，包括化学键旋转的活性链接运动而偏离平衡态构型的形变有关。d. 胡克弹性，链段的运动被严格限制，同时可能只有键的延伸和键角的形变。材料表观行为像玻璃。这四种现象分别被讨论，他们一起描述非晶聚合物机械性能的基础。然而半结晶聚合物的机械性能与结晶区域的束缚特性紧密相关。同时只有部分符合非晶聚合物流变学行为。结晶聚合物的机械性能将单独讨论。粘性流动 粘性流动的现象 如果一个单位面积 S 上的力使得液面层以速度 V 以固定的界面移动了 x，那么粘度 n，定义为剪切应力 s 与速度梯度 G 或剪切速率 r 之间的比值s＝nG＝nr如果 n 与剪切速率无关，液体称之为牛顿流体或表现理想流体行为。两种偏离理想流体的情况。通常可以在聚合物溶液或熔体中被观察。一种是剪切变稀或者假塑性行为，一种可逆的随剪切速率增大而粘度减小的行为。剪切变稀是由于施加力的取向破坏处于最优平衡的长链，导致沿剪切应力方向分子链拉长。一个相反的效应，剪切变稠或者胀塑体行为。一个随剪切速率升高而粘度增大的行为，聚合物中没有观察到。第二种偏离牛顿流体的情况表现为屈服应力值。一种是在该值以下没有流动发生的临界应力，在屈服值以上，流体可以是牛顿流体或者非牛顿流体。对大多数聚合物熔体，只有一个明显的屈服值可以被观察到。以上的影响因素依赖于剪切应力而非时间，当受到恒定剪切应力剪切作用时，一些流体也会表现出粘度随时间的可逆变化。在恒定的剪切应力下，触变性流体的粘度随时间增长而减小，震凝性流体的粘度随时间增长而增大。对小分子液体，粘度与温度的依赖关系被发现依照简单的指数关系η＝AeE/RT其中 E 是粘流活化能，A 是一个常数。这些液体流动的特征可以根据几种分子理论来解释，其中Eyring 的理论是建立在点阵结构上的，包括一些未被占据的区域或空穴。当这些区域被填满时，它们可以在流体内部无规移动并通过分子由一个区域跃迁到另一个区域...