1、第三章聚合物基本流變特性，彈性：線性彈性非線性彈性粘度：線性粘彈性非線性粘彈性：線性粘彈性非線性粘彈性，本構方程，線性彈性，鉤定律和彈性常數，鉤定律表明施加力時應力和應變之間存在線性關系，因此線性彈性也稱為鉤彈性：=c (c)，在簡單的實驗中，材料彈性常數，彈性，線性彈性變形的特征：1 .小變形：僅包括聚合物的化學鍵拉伸、鍵角度更改和鍵旋轉。因此，變形量非常小，變形不包括鏈段的運動或整個分子鏈的位移。2.變形沒有時間依賴性：變形瞬間發(fā)生，不隨時間變化。3.變形在外力移除后完全恢復。變形完全恢復，瞬間完成，沒有時間依賴性。4.沒有能量損失：存儲外力變形時轉化為材料的內部能量，釋放外力后釋放內部能

2、量，材料完全恢復，在整個變形和恢復過程中沒有能量損失。因此，線性彈性也稱為能量彈性。5.必須與應力呈線性關系。=E，假定材料樣例具有瞬時應力，然后保持不變，在某個時間點消除應力，并觀察線性彈性的特性。楊氏模量，聚合物的楊氏模量，1 .楊氏模量頻譜，楊氏模量范圍大(室溫)，用途廣，模塊化可能會有3-4數量級差異。玻璃高聚物的楊氏模量103-105MPa數量級、橡膠和粘彈體的模塊0.1-1MPa。2 .聚合物楊氏模量和溫度關系(拉伸系數)、線型聚合物、交叉聚合物拉伸系數和溫度關系的差異：交叉聚合物沒有在高溫下粘合，不會流動，溫度大于分解溫度時分解，橡膠平臺隨著溫度的升高略有增加。原因：區(qū)別在于，當

3、交叉聚合物的交叉結構溫度升高時，分子鏈的熱運動加劇，收縮力增大，由于交叉點的限制，彈性變形減小。結晶度線性聚合物和線型聚合物的區(qū)別在于橡膠平臺大，平臺系數高。原因：微晶晶格能的限制，提高了橡膠抵抗外力變形的能力。3 .楊氏模量分子量依賴：特性：分子量增加，橡膠平臺擴大，平臺模塊數量級無變化。玻璃化溫度保持不變。原因：a .分子量上升，分子相互糾纏的概率增加，物理交聯點增加，平臺擴大。b .分子量上升、分子間相互作用力增加、聚合物的粘流溫度增加、平臺寬度增加。4 .相交度對拉伸模塊量的影響，特征：相交度增加，玻璃化溫度升高，平臺系數上升，相交度上升到網狀結構時，E幾乎不變地分解，直到超過分解溫度

4、。原因：相交度增加，相鄰交點的分子鏈長度縮短，分子鏈的鏈段活動受交點限制，5 .結晶度的影響，特征：隨著結晶度的提高，橡膠平臺的系數上升，Tg不受結晶度的影響。原因：晶體的晶格起到交聯作用，線彈性的適用范圍限制條件：變形極小時，以下材料符合線彈性理論。非共聚物：陶瓷、金屬、晶體、玻璃狀態(tài)材料適用于線彈性模型。聚合物：低于玻璃狀態(tài)溫度的聚合物：交聯聚合物：由于分子的交聯，即使溫度遠高于玻璃化溫度Tg，線性彈性模型的條件范圍也比其他任何符合線性彈性的聚合物大。但是在時間長的實驗中，會出現粘彈性，變形大的時候會出現非線性彈性。線型和遲滯聚合物：如果溫度遠高于Tg，則在各向同性壓縮時符合線彈性，在拉伸

5、、剪切等情況下會產生線性粘度、粘性等。幾乎所有聚合物在受瞬時應力作用時都符合線彈性。牙齒瞬間的長度取決于聚合物的種類和環(huán)境等。聚合物的體積模量，1 .高于Tg和Tm時聚合物的體積模量：體積模量數字僅在數量級內正確。低于Tg和高于Tg的體積模量差異不大，最高為2倍。與其他系數相比，體積模量變化要小得多。3結晶聚合物的體積模量結晶聚合物類似于體積模量和無定形聚合物，并且隨著結晶度的提高體積模量增加。4.偏離線彈性：壓力高時發(fā)生非線性彈性。2.玻璃狀態(tài)下的無定型聚合物的體積模量：非線性彈性-橡膠彈性，概念：外力的大變形，消除外力后變形可以恢復的彈性材料。與線彈性瞬間恢復不同，橡膠變形恢復不是瞬間，而

6、是需要時間。橡膠是一種輕型交叉聚合物，可以用一種稱為非線性彈性(橡膠彈性)的數學模式來描述。1 .形狀變量大：橡膠分子柔韌性好。玻璃化溫度比室溫低得多，因此室溫下處于高彈狀態(tài)，鏈條段可以在大范圍內移動，拉伸時延伸率可達1000%。橡膠彈性的特點，2 .變形完全可以恢復。在橡膠分子間相互雜交轉化時，分子鏈向外部立場的方向延伸，分子鏈從無序狀態(tài)轉變?yōu)橛行驙顟B(tài)。從熱力學的角度來看，熵減少。消除應力后，交叉耦合恢復到無序狀態(tài)，變形完全恢復。與線性彈性瞬時恢復不同，橡膠變形恢復不是瞬時的，而是需要時間的。3 .時間依賴性：橡膠受到外力時，變形會隨著時間發(fā)展，但不會無限制地增加，而是接近平衡值，即平衡應變

7、E。橡膠變形是由分子鏈分段運動完成的，整個分子鏈從一個平衡狀態(tài)轉換到適合外力的平衡狀態(tài)，牙齒過程需要一些時間。姜潮：在名為非線性彈性的流變模型中，討論了平衡應力變形關系，它們不再具有時間依賴性。在非線性彈性中不考慮橡膠變形的時間依賴性，在名為線性彈性的模型中進行了討論。4 .小變形與線性彈性一致。小變形與線性彈性一致，但其系數很低。0.1-1MPa數量級，比玻璃聚合物低3-4數量級。該體積模量仍然為103-104MPa，即KG，泊松比=(3K-2G)/(6K 2G)=0.5。5.變形時熱效應：橡膠樣品快速拉伸(絕熱拉伸)，樣品溫度升高。這種熱效應不太強，但隨著腎臟度的增加而增加。6.隨著溫度的

8、升高，楊氏模量增加：溫度升高，分子鏈的熱運動加強，收縮力增大，彈性變形能力變小，溫度升高，楊氏模量增加。橡膠彈性的現象理論，橡膠彈性的現象理論沒有提到在實驗現象中建立描述橡膠一般特性的數學表達，其主要目標不是尋找解釋橡膠特性的便捷方法，而是提供了相應物理或分子意義的說明或說明。唯物論：全學三唯物論是不知道原因的科學理論。楊振寧將物理學分為實驗、大象理論和理論結構三種茄子途徑。大象理論比實驗現象更一般的概括和精煉，但不能用現有的科學理論體系來解釋。大象理論被稱為轉科學。因為它們也可以通過實踐證明。理論架構比現象理論更基礎，可以用數學和現有的科學系統來解釋。2 .Mooney-Rivlin理論：根

9、據一般理論，對于任意變形的物體，無論變形的性質或變形多么復雜，變形物體的任何點上的變形儲能函數W3360，1。變形和應力：，橡膠彈性中應力和變形的關系是非線性的。在共線較小的情況下，某些非線性理論認為應力和變形的關系是二次或三次方程。但是橡膠彈性也不適合這種關系。Mooney說明了彈性現象理論：兩個茄子假設：a .橡膠不可壓縮且不變形時保持各向同性B。簡單剪切變形的狀態(tài)方程可以用胡克定律來解釋。Rivlin發(fā)展牙齒理論。無需對應力變形關系進行任何假設，即可獲得非線性彈性的應力變形關系。Mooney-Rivlin現象理論：使用w系列擴展的前兩個處理，3。Mooney-Rivlin理論的應用：a

10、.拉伸：1，=1，f/說明：對橡膠進行非線性簡單剪切時，僅應用切向應力txy和tyx是不夠的，必須在三個茄子法向方向上進一步應用法向應力以保持橡膠的變形。否則，法線上也會發(fā)生變形。牙齒效果稱為法向應力效果。非線性彈性理論的適用范圍：彈性變形大的聚合物體系。a .部分交聯聚合物：如橡膠材料。交聯不一定意味著化學交聯，也包括由于其他原因大分子緊密結合在一起。例如，當溫度在共聚物組成中的兩種聚合物的Tg之間時，會發(fā)生嵌段共聚物。b .膨脹的聚合物：由交聯聚合物和吸收的溶劑組成的雙組成體系引起了大的彈性變形。Mooney-Rivlin理論僅適用于平衡狀態(tài)的變形。也就是說，必須是f或平衡狀態(tài)，并且不隨時

11、間變化。粘性，線性粘性流體常被稱為牛頓流體：流體的應力與剪切速度成正比，是線性關系。穩(wěn)定簡單的剪切流，特征：1。理性的模型。流體在兩個平行板塊之間流動。3.與上層板接觸的流體層和板以相同的速度最快。4.與底板接觸的流體層速度為零。線性粘性流體在各向同性壓力下平衡。此外，當它暴露在任何其他力量下時，他會失去平衡，發(fā)生流動。線性粘性，所謂的簡單剪切流，即流體內所有坐標都為Y的流體運動的速度與坐標Y:成正比。與頂板接觸的一層流體速度與流體的高度成正比。因為：v=u/t，非凈流：速度不是坐標Y的線性函數牙齒，所以定義：邊界條件：大量實驗證明了牙齒邊界條件牙齒正確，除了非常異常的情況。因此，在上述說明中

12、，在y=0時流體被視為靜止，在y=h時流體速度被視為VMAX。牛頓定律，定義為：應力和剪切速率比例，常數，粘度，流體流動阻力的大小。單位：有時使用/作為粘度單位以及波(P)、國際單位1秒牛頓/米2(Pas)。這稱為動力學粘度。牛頓流體模型功能：復蓋范圍窄。大部分流體是鄭智薰牛頓流體。線性粘性變形的特征是假設將應力0瞬間應用于流體樣品，然后保持不變，然后在某個時間點消除應力。1 .變形的時間依賴性：流體的變形是隨時間演化的時間依賴性。2.流體變形不可恢復：永久變形，外力移除后變形保持不變(完全不恢復)。聚合物熔體的流動與分子鏈之間的相對滑動有關。當然，牙齒變形是不可逆的。3.能量分散：外力對流體

13、的作用從流動轉化為熱能而損失，這與彈性過程的儲存能量相反。4.比例：應力與應變速率成比例，粘度與應變速率無關。粘度測量流：用于測量流體粘度的流方法。管內流體的穩(wěn)定層流：通過測量一管內流動的流動來測量流體的粘度是一種常用方法。假定流量穩(wěn)定。也就是說，流中每個粒子的流動速度不會隨時間變化。層流是流體僅沿z軸方向流動，不沿r或方向流動的流。Vr=V=0 Vz=Vz(r)，Vz是粒子距管狀體軸的距離r的函數。據邊界條件說，與管子接觸的流體層是靜態(tài)的。Vz(R)=0，非線性粘性(非牛頓流體)，非牛頓流體：與牛頓流體構造關系不匹配的粘性流體。非牛頓型流體是高分子液體所屬的大類實際流體的總稱。一般來說，流動

14、性能是牛頓定律無法解釋的流體統稱為非牛頓型流體。聚合物流體剪切粘度、聚合物流體的流動行為比較復雜，顯示了典型聚合物熔體的流動曲線。正如曲線所示，剪切應力21和剪切率不能始終保持線性比例關系。聚合物流體的表觀剪切粘度：曲線上的一點等于與坐標原點連接的斜率。表觀粘度的含義不是實際測量材料不可逆轉變形的難易程度，而是材料經歷的不可逆轉粘性流和可逆彈性變形相加所反映的剪切應力和剪切速率的比率，小于材料的實際粘度值。聚合物流體的微分粘度或濃度在同一聚合物流體流動曲線上，可以定義為微分粘度或濃度。這等于通過曲線上一點的切線的斜率。顯然，根據習慣和習慣，C和A的單位也取Pa.s。零剪切粘度：熔化狀態(tài)的聚合物

15、，就像柔軟而糾纏的線球。每個分子鏈都在努力蠕動，但由于分子鏈和鏈之間的糾纏，它們有效地保持了彼此結構的穩(wěn)定。(David aser，Northern Exposure(美國電視電視劇)，分子名言)因此，早期的小剪切力無法超越結構強度，結構仍然具有高粘度，和牛頓流體一樣，“零剪切粘度”(粘度不隨剪切速率變化)，第一和第二法向應力差函數，定義：剪切流場中的聚合物液體不僅顯示粘性，還顯示奇怪的彈性行為，具有法向應力差效應。根據第一、第二法向應力差函數N1，N2，第一和第二法向應力差系數，單位為Pa.s2，法向應力差效果在牛頓流體內不可見。粘性流體流動時彈性運動的主要表示，通常是剪切速度的函數。聚合物

16、液體的法向應力差隨剪切速率變化規(guī)律。主要特征是第一法向應力差N1牙齒通常為正，隨剪切率的增加而增加，第二法向應力差N2為負，絕對值比N1小得多。聚合物液體法向應力差的主要特征是聚合物液體的第一法向應力差系數，聚合物液體的第一法向應力差系數1牙齒剪切速度的變化規(guī)律。剪切率很小，1傾向于固定值10。剪切率增加時，第一個法向應力差系數1牙齒剪切率增加時，剪切率減小。第一個法向應力差遠大于第二個法向應力差系數，并且容易測量第一個法向應力差系數，因此通常在表征聚合物應力狀態(tài)時表示為第一個法向應力差。法向應力差異的原因，法向應力差異是聚合物材料彈性的主要表現法。彈性是由鏈段的方向引起的，大分子間的糾纏大大有助于變形時鏈段的彈性恢復。Weissenberg效果、法向應力差的影響、拉伸膨脹、定義：通過測量拉伸流場中的拉伸速度和拉伸應力，可以定義拉伸粘度函數。我們考慮正常狀態(tài)1軸拉伸。也就是說，拉伸速度E是常量值。將X1方向設定為拔模方向，系統的正常狀態(tài)單軸拔模粘度定義為：類型中T11為拔模方向上的總法向應力，拉伸粘度函數，其他液體拔模粘度的特征：粘度固定的流體，拉伸粘度也稱為Trouton粘度，T，與剪切粘