《流變學(xué)》資料自整

1、 第一章粘性材料應(yīng)力不能保持恒定，而是以某一速率減小到零，其速率取決于施加的起始應(yīng)力值和材料的性質(zhì)。這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛。應(yīng)力不變，材料卻可隨時間繼續(xù)變形，這種性能就是蠕變或流動。影響聚合物加工的流變性能主要包括聚合物的流動性、彈性和斷裂特性。高分子典型的流變行為1)魏森貝格效應(yīng)（韋森堡效應(yīng)，包軸效應(yīng)）1)無管虹吸現(xiàn)象2)擠出脹大效應(yīng)（巴拉斯效應(yīng)）3)剪切變?。杭羟袘?yīng)力增大，粘度下降。4)二次流動：有利于物料混合均勻.5)減阻現(xiàn)象：高分子聚合物稀溶液的湍流摩擦阻力比純?nèi)軇┑淖枇γ黠@減小，這個異?，F(xiàn)象稱為湍流減阻現(xiàn)象或Toms效應(yīng)。6)不穩(wěn)定流動和熔體破裂現(xiàn)象 聚合物流變行為的特性 (1)多樣性

2、 (2)高彈性 (3)時間依賴性流變學(xué)在高聚物加工中的應(yīng)用1.指導(dǎo)聚合，以制得加工性能優(yōu)良的聚合物 2.對評定聚合物的加工性能、分析加工過程、正確選擇加工工藝條件、指導(dǎo)配方設(shè)計均有重要意義。3.對設(shè)計加工機械和模具有指導(dǎo)作用。 第二章黏度:黏度是流體內(nèi)部反抗這種流動的內(nèi)摩擦阻力,與分子間的纏繞程度和分子間的相互作用有關(guān).單位: Pas表觀粘度又可以分為剪切黏度和拉伸黏度 剪切黏度：表觀黏度并不完全反映高分子不可逆形變的難易程度.表 征流動性的好壞, 越大, 流動性越差, 越小越好.拉伸黏度: 與液體彈性相關(guān)定義:當(dāng)聚合物熔體從任何形式的管道中流出，垂直于流動方向的聚合物橫斷面積上所承受的拉應(yīng)力

3、與拉伸應(yīng)變速率的比值與剪切過程中的黏度相似。只是速度梯度方向平行于流動方向高分子液體的拉伸黏度非常復(fù)雜。變化規(guī)律有多種類型：一種是與拉伸應(yīng)力幾乎無關(guān)，如聚甲基丙烯酸甲酯、共聚甲醛、尼龍66屬于這種情況；一種是隨拉伸應(yīng)力的增加而減小，如聚丙烯在應(yīng)力為108 Pa時的拉伸黏度只有應(yīng)力為105 Pa時的1/5；還有一種是隨拉伸應(yīng)力的增加而增加，如低密度聚乙烯。均質(zhì)性：材料的性質(zhì)與材料采取的部位無關(guān)，即材料的性質(zhì)是均勻的。各向同性：材料的性質(zhì)與方向無關(guān)，液體、非晶體、多晶體等。各向異性：單晶、非均質(zhì)材料、取向高聚物等。E為常數(shù)，以Euler的名字命名，稱為楊氏模量或拉伸彈性模量 其倒數(shù)D稱為拉伸柔量：

4、E表示材料的剛性。E越大，產(chǎn)生相同的應(yīng)變需要的應(yīng)力越大，即材料不易變形，剛性高 泊松比是材料橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值，也叫橫向變形系數(shù)，它是反映材料橫向變形的彈性常數(shù)?？諝獾牟此杀葹?，水的泊松比為0.5 線形彈性變形的特點變形小變形無時間依賴性變形在外力移除后完 全回復(fù)無能量損失，（線性彈性稱為能彈性 ）應(yīng)力與應(yīng)變成線性關(guān)系 無定形線形聚合物的拉伸模量與溫度的關(guān)系 交聯(lián)聚合物（橡膠）的拉伸模量與溫度的關(guān)系 結(jié)晶性線形聚合物的拉伸模量與溫度的關(guān)系 無定型線形聚合物的拉伸模量與分子量的關(guān)系（ABt*時，即外力作用時間比松馳時間長得很多時，液體的總形變中以粘性形變?yōu)橹?。反之將以彈性形變?yōu)橹?。第四?/p>

5、1.在外力作用下，高分子材料的性質(zhì)就會介于彈性材料和黏性材料之間，高分子材料產(chǎn)生形變時應(yīng)力可同時依賴于應(yīng)變和應(yīng)變速率。2.黏彈性:聚合物材料組合了固體的彈性和液體的黏性兩者的特征，這種行為叫做黏彈性。黏彈性的表現(xiàn)： 力學(xué)松弛/蠕變3.線性黏彈性： 組合了服從虎克定律的理想彈性固體的彈性和服從牛頓流動定律的理想液體的黏性兩者的特征，就是線性黏彈性。4.高分子材料的形變性質(zhì)與時間有關(guān)，介于理想彈性體和理想黏性體之間，因此高分子材料常被稱為黏彈性材料。黏彈性是高分子材料的一個重要性質(zhì)。5.理想彈性體：服從虎克定律 理想黏性體：服從牛頓定律6.蠕變：在較小的恒定外力作用下（拉伸、壓縮等），材料的形變隨

6、時間逐漸增大的現(xiàn)象。若除掉外力，形變隨時間變化而減小稱為蠕變回復(fù)。如掛東西的塑料繩慢慢變長。7.應(yīng)力松弛：在恒定形變下，材料的應(yīng)力隨時間逐漸衰減的現(xiàn)象。也就是說，實現(xiàn)同樣的形變量，所需的力越來越少。8.蠕變過程包括三種分子運動（后面的運動類型肯定包含前面的運動類型）普通彈性形變（理想的彈性）：由鍵角、鍵長、側(cè)基基團或鏈節(jié)運動引起的形變特點：形變小、模量大、可逆、瞬時完成高彈形變（推遲彈性形變）：由分子鏈段運動引起的可逆形變特點：形變大、模量小、可逆、完成需要時間（松弛過程）黏性流動：分子鏈之間產(chǎn)生相對滑移運動引起的不可逆形變特點：形變很大、模量極小、不可逆、松弛過程9.不同聚合物的蠕變曲線:線

7、性結(jié)晶聚合物10.觀察到完整的蠕變曲線只有在適當(dāng)?shù)男巫兒?Tg 以上才可以觀察到完整的蠕變曲線。因為此時鏈段可運動，但又有較大阻力11.應(yīng)力松弛：只有在Tg溫度附近的幾十度的范圍內(nèi)應(yīng)力松弛現(xiàn)象比較明顯。消除應(yīng)力的辦法是退火或溶脹12.靜態(tài)黏彈性蠕變和應(yīng)力松弛；動態(tài)黏彈性滯后現(xiàn)象和內(nèi)耗動（都是研究應(yīng)力或應(yīng)變隨時間變化，只是靜態(tài)粘彈性強調(diào)恒定應(yīng)力或恒定應(yīng)變下，另一因素隨時間的變化）13.蠕變的影響因素1）溫度：溫度升高，蠕變速率增大，蠕變程度變大。因為外力作用下，溫度高使分子運動速度加快，松弛加快2）外力作用大，蠕變大，蠕變速率高（同于溫度的作用）3）受力時間：受力時間延長，蠕變增大。4）結(jié)構(gòu)：主

8、鏈剛性導(dǎo)致分子運動性差，外力作用下，蠕變小。13.高分子鏈的構(gòu)象重排和分子鏈滑移是導(dǎo)致材料蠕變和應(yīng)力松弛的根本原因。14提高材料抗蠕變性能（剛性）的途徑:.A 玻璃化溫度高于室溫,且分子鏈引入苯環(huán)等剛性鏈；B 交聯(lián) ；C 增大分子間作用力15.滯后現(xiàn)象：聚合物在交變應(yīng)力的作用下,形變落后于應(yīng)力變化的現(xiàn)象.產(chǎn)生原因: 形變由鏈段運動產(chǎn)生,鏈段運動時受內(nèi)摩擦阻力作用,外力變化時,鏈段的運動還跟不上外力的變化,所以形變落后于應(yīng)力滯后現(xiàn)象的影響因素：a.化學(xué)結(jié)構(gòu):剛性鏈滯后現(xiàn)象小,柔性鏈滯后現(xiàn)象大.b.溫度：當(dāng)W不變的情況下,T很高滯后幾乎不出現(xiàn),溫度很低,也無滯后.在Tg附近的溫度下，鏈段既可運動又

9、不太容易，此刻滯后現(xiàn)象嚴(yán)重。C.外力作用頻率W: 外力作用頻率低時,鏈段的運動跟的上外力的變化,滯后現(xiàn)象很小.外力作用頻率很高時,鏈段根本來不及運動,聚合物好像一塊剛性的材料,滯后也很小外力作用頻率不太高時,鏈段可以運動,但是跟不上外力的變化,表現(xiàn)出明顯的滯后現(xiàn)象.16.高聚物受到交變力作用時會產(chǎn)生滯后現(xiàn)象，上一次受到外力后發(fā)生形變在外力去除后還來不及恢復(fù)，下一次應(yīng)力又施加了，以致總有部分彈性儲能沒有釋放出來。這樣不斷循環(huán)，那些未釋放的彈性儲能都被消耗在體系的自摩擦上，并轉(zhuǎn)化成熱量放出。這種由于力學(xué)滯后而使機械功轉(zhuǎn)換成熱的現(xiàn)象，稱為內(nèi)耗力學(xué)損耗影響因素：（同滯后現(xiàn)象）1）分子結(jié)構(gòu)：鏈段運動阻礙

10、大（空間位阻（側(cè)基體積大、數(shù)量多）、次價力作用（氫鍵、極性基團存在）損耗大2）外界條件：溫度和外力作用頻率（各分三種情況）17.分子運動狀況取決于：1）外部因素：外力作用頻率；2）內(nèi)部因素：分子運動松弛時間（運動單元大松弛時間大；運動單元小松弛時間?。?8.分子運動狀況與力學(xué)損耗 tg有關(guān)：1）當(dāng)外力作用時間 t 1/運動單元跟不上外力作用的變化即：運動單元對外力作用無響應(yīng)。因此，不產(chǎn)生力學(xué)損耗：tg 02）外力作用時間 t 時：W1/ 運動單元完全跟得上外力作用的變化即：運動單元對外力作用無滯后現(xiàn)象。所以0既tg0 同樣不產(chǎn)生力學(xué)損耗當(dāng)外力作用時間 t介于上述兩種情況之間運動單元產(chǎn)生的力學(xué)損

11、耗將達(dá)到最大19.tg與分子運動1）位置：因所以 T1所對應(yīng)的分子運動其運動單元較大；T2所對應(yīng)的分子運動其運動單元較小2）大小：3）數(shù)量：實際使用時是測定：力學(xué)損耗 tg與溫度 T 的關(guān)系。原因：頻率W的變化范圍可達(dá)812個數(shù)量級，測量儀器很難達(dá)到。內(nèi)耗（同滯后現(xiàn)象，同力學(xué)損耗）的影響因素 3）結(jié)構(gòu)因素:鏈剛性內(nèi)耗大,鏈柔性內(nèi)耗?。烘湺芜\動阻礙大（空間位阻（側(cè)基體積大、數(shù)量多）、次價力作用（氫鍵、極性基團存在）內(nèi)耗大BR(順丁橡膠) NR（天然橡膠） SBR（丁苯橡膠） NBR(丁腈橡膠)b.溫度：TTg：很小,內(nèi)耗小.T Tg：內(nèi)摩擦阻力很大, 高彈形變明顯落后于應(yīng)力的變化, ?較大,內(nèi)耗

12、較大.TTg：鏈段運動能力增大,?變小內(nèi)耗變小.因此在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)Tg出現(xiàn)一個內(nèi)耗極大值.TTf:黏流態(tài),分子間產(chǎn)生滑移內(nèi)耗大.c.tan與W關(guān)系:第五章 時溫等效原理和疊加原理第六章 動態(tài)力學(xué)研究方法1.動態(tài)試驗還有超過大多數(shù)其他力學(xué)試驗的另一優(yōu)點，即試驗可在短時間內(nèi)在一寬廣的溫度范圍內(nèi)進行；并且從這些結(jié)果可以預(yù)計材料的總的行為，許多其他力學(xué)性能也能被估計出。2.動態(tài)力學(xué)試驗是測量材料對周期性的力或變化著的力的響應(yīng)或形變的試驗。3.力學(xué)阻尼所給出的是當(dāng)材料受到形變時以熱的形式而損耗的能量。4.理想彈性材料沒有力學(xué)阻尼。近乎理想彈性的材料，如鋼彈簧或橡皮筋被拉伸時，它們將能量以位能的形式貯藏起

13、來。當(dāng)所加負(fù)荷除去時，位能轉(zhuǎn)變成動能，材料就縮回到原來的尺寸。粘性液體是另一個極端的例子，這里，用來使它們變形的能量全部損耗成熱，因為液體不能象彈簧那樣貯藏位能，所以它們具有很高的阻尼，高聚物是粘彈性材料的例子，它們同時具有粘性液體和彈性彈簧的某些特性。因而，當(dāng)這樣的材料受到形變時，部分能量成為位能貯藏起來，而另一部分則成為熱而損耗。作為熱損耗掉的能量表現(xiàn)為力學(xué)阻尼。阻尼會導(dǎo)致材料模量下降。5.力學(xué)損耗峰或內(nèi)耗峰:這些內(nèi)耗峰的位置和形狀與聚合物中各種尺寸的運動單元的運動有密切關(guān)系,所以內(nèi)耗峰的位置和形狀具有“指紋”特征，可以用來表征聚合物分子運動。（DMN圖的不同區(qū)域，運動單元不同，損耗不同；峰的數(shù)量和高低代表吸收的能量，表征韌性越好，峰最高點Tg；Tg以下，鏈段運動能力強，應(yīng)變跟得上應(yīng)力變化，基本無損耗。之后是整條分子鏈運動，運動困難，應(yīng)變基本跟不上應(yīng)力變化，損耗增加）第七章 聚合物的松弛轉(zhuǎn)變及其分子機理1.在低溫時，鏈段的分子運動被凍結(jié)，形變主要是由高分子鏈中原子的化合鍵角的彎曲所產(chǎn)生，因而模量很高，而材料幾乎是完全彈性的。一個完全彈性的彈簧將能量作為位能貯藏，并不將任何能量損耗成熱。因此，彈性材料或硬彈簧的阻尼很低。在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)以上的溫度時，阻尼又是很低。一種好的橡