1 第7章聚合物的粘弹性本章教学目的：1、熟悉聚合物的粘弹性现象和分子机理（包括蠕变现象、应力松弛现象、滞后现象、力学损耗）。2、了解粘弹性的力学模型理论（Maxwell 模型、 Kelvin 模型和多元件模型）。3、了解储能模量、损耗模量、损耗角正切之间关系。4、了解分子运动与动态力学谱之间的关系。5、了解时温等效原理（ WLF方程）及应用。6、了解 Boltzmann叠加原理及应用。7.1 普通粘弹概念7.1.1 基本概念弹：外力 →形变→应力 →储存能量外力撤除 →能量释放 →形变恢复能量完全以弹性能的形式储存，然后又全部以动能的形式释放，没有能量的损耗。粘：外力 →形变→应力 →应力松弛 →能量耗散外力撤除 →形变不可恢复1、理想弹性体其应力－应变关系服从虎克定律，即σ =E· ε。应力与应变成正比（即应力只取决于应变），普弹模量E只与材料本质有关，不随时间改变。应变在加力的瞬时达到平衡值，除去外力时，普弹形变ε瞬时完全回复。应力恒定，故应变恒定，见图 7-1。图 7-1 聚合物普弹形变ε-时间关系2、理想粘性液体 (牛顿流体 ) 其应力－应变行为服从牛顿定律理想粘性液 σ∝（即应力只取决于应变速率），η为常数，等于单位速度梯度时的剪切应力，反映了分子间由于相互作用而产生的流动阻力，即内摩擦力的大小，单位为Pa·s。形变 ε随时间线性变化，当除去外力时形变不可回复。应力恒定，故η为常数 ,应变以恒定速dtd2 率增加，见图 7-2。图 7-2 聚合物粘性形变ε-时间关系弹性与粘性比较：弹性粘性能量储存能量耗散形变回复永久形变E( ， ，T) E( ， ，T，t) 模量与时间无关模量与时间有关高分子液体，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随剪切速率而变化。原因：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）。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。高分子固体力学行为不服从虎克定律。受力时，形变随时间逐渐发展，弹性模量有时间依赖性，而除去外力后，形变是逐渐回复，且往往残留永久变形(ε∞)，说明在弹性变形中有粘流形变发生。高分子材料（包括高分子固体，熔体及浓溶液）的力学行为表现为弹性与粘性相结合的特性。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，见图7-3。粘弹性的本质是由于聚合物分子运动具有松弛特性。图 7-3 不同材料在恒定应力下形变与时间的关...
