聚合物及粘彈性

1、第七章 習(xí)題一、 概念1、蠕變 2、應(yīng)力松弛 3、滯后現(xiàn)象與力學(xué)內(nèi)耗 4、時(shí)溫等效原理 5、Blotzmann疊加原理 二、選擇答案1、粘彈性是高聚物的重要特征，在適當(dāng)外力作用下，（ B ）有明顯的粘彈性現(xiàn)象。A、Tg以下很多 B、Tg附近 C、Tg以上很多 D、f附近2、關(guān)于WLF方程，說法不正確的為（ A ）。A、嚴(yán)格理論推導(dǎo)公式 B、Tg參考溫度，幾乎對(duì)所有聚合物普遍適用C、溫度范圍為TgTg100 D、WLF方程是時(shí)溫等效原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式3、（C ）模型基本上可用于模擬交聯(lián)聚合物的蠕變行為。A、 Flory，B、Huggins，C、Kelvin，D、Maxwell4、（ D ）模型可以

2、用于模擬線性聚合物的應(yīng)力松弛行為。A、 Flory，B、Huggins，C、Kelvin，D、Maxwell三、填空題1、Maxwell模型可模擬線性聚合物的 應(yīng)力松弛 現(xiàn)象，而Kelvin模型基本上可用來模擬交聯(lián)聚合物的 蠕變 行為。2、WLF方程若以Tg為參考溫度，則lg aT= -C1(T-Tg)/C2+(T-Tg) ，WLF方程可定量描述時(shí)溫等效原理。根據(jù)時(shí)溫等效原理，提高試驗(yàn)拉伸速率，力學(xué)損耗將向 高溫 方向移動(dòng)。3、聚合物的靜態(tài)粘彈性主要表現(xiàn)為 應(yīng)力松弛 和 蠕變 。4、一硫化橡膠試樣在周期性交變拉伸作用下，應(yīng)變落后于應(yīng)力變化的現(xiàn)象稱為    

3、;滯后    現(xiàn)象，對(duì)應(yīng)于同一應(yīng)力值，回縮時(shí)的應(yīng)變 大于    拉伸時(shí)的應(yīng)變。拉伸曲線下的面積表示   外力對(duì)橡膠所做的拉伸功     ，回縮曲線下的面積表示  橡膠對(duì)外所做的回縮功        ，兩個(gè)面積之差表示   一個(gè)拉伸-回縮循環(huán)中所損耗的能量      。 5、聚合物在交變應(yīng)力下應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象稱為 滯

4、后現(xiàn)象 。在每一循環(huán)變化中，熱損耗掉的能量與最大儲(chǔ)能量之比稱為 力學(xué)損耗 。四、回答下列問題1、寫出麥克斯韋爾模型、開爾文模型的運(yùn)動(dòng)方程。這兩種模型可以模擬什么樣的聚合物的何種力學(xué)松弛行為？2、 “聚物的應(yīng)力松弛是指維持聚合物一恒定應(yīng)變所需的應(yīng)力逐漸衰減到零的現(xiàn)象”，這句話對(duì)嗎？為什么？3、 畫出固定試驗(yàn)溫度下，聚合物的內(nèi)耗與外力頻率的關(guān)系曲線，并以松弛的觀點(diǎn)加以解釋和說明。4、 示意畫出聚合物動(dòng)態(tài)粘彈性的溫度譜，說明溫度對(duì)聚合物內(nèi)耗大小的影響。5、 什么是時(shí)溫等效原理和WLF方程？它們有何意義？7-2 是從高聚物的松弛特性，討論非晶態(tài)高聚物的力學(xué)特征？解：高聚物玻璃態(tài)時(shí)，加應(yīng)力后普彈形變瞬時(shí)

5、完成，保持應(yīng)力過程中，形變也保持不變，移去應(yīng)力后，形變迅速恢復(fù)，這是松弛時(shí)間過長(zhǎng)，大分子鏈來不及運(yùn)動(dòng)，在實(shí)驗(yàn)條件下，根本觀察不到蠕變現(xiàn)象。在推遲高彈時(shí)，加應(yīng)力后，普彈形變和高彈形變瞬時(shí)完成，而后高彈形變隨時(shí)間逐漸發(fā)展，表現(xiàn)典型的蠕變現(xiàn)象，以除外力后，普彈形變和高彈形變，則隨時(shí)間而逐漸減小，但現(xiàn)行高聚物有部分塑性形變，所以殘余一部分不可逆形變。高彈態(tài)時(shí)，由于松弛間短，加應(yīng)力后，普彈形變和高彈形變同時(shí)發(fā)生，蠕變曲線幾乎平行于縱軸，以后線形高聚物中塑性形變不斷發(fā)展，解除應(yīng)力后，這一部分不能恢復(fù)。粘流態(tài)時(shí)，塑性形變隨時(shí)間發(fā)展，幾乎全是不可逆形變，故解除外力后，不能恢復(fù)。7-3討論下述因素對(duì)蠕變實(shí)驗(yàn)的影

6、響。 1. 相對(duì)分子質(zhì)量；b.交聯(lián)；c.纏結(jié)數(shù) 解：a.相對(duì)分子質(zhì)量：低于Tg時(shí)，非晶聚合物的蠕變行為與相對(duì)分子質(zhì)量無關(guān)，高于Tg時(shí)，非晶或未交聯(lián)的高聚物的蠕變受相對(duì)分子質(zhì)量影響很大，這是因?yàn)槿渥兯俾适紫葲Q定于聚合物的黏度，而黏度又決定于相對(duì)分子質(zhì)量。根據(jù)3.4次規(guī)律，聚合物的平衡零剪切黏度隨重均相對(duì)分子質(zhì)量的3.4次方增加。于是平衡流動(dòng)區(qū)的斜率隨相對(duì)分子質(zhì)量增加而大為減少，另一方面永久形變量也因此減少。相對(duì)分子質(zhì)量較大（黏度較大）蠕變速率較?。▓D810）。 b交聯(lián)：低于Tg時(shí)，鏈的運(yùn)動(dòng)很小，交聯(lián)對(duì)蠕變性能的影響很小，除非交聯(lián)度很高。但是，高于Tg時(shí)交聯(lián)極大地影響蠕變，交聯(lián)能使聚合物從黏稠液體

7、變?yōu)閺椥泽w。對(duì)于理想的彈性體，當(dāng)加負(fù)荷時(shí)馬上伸長(zhǎng)一定量，而且伸長(zhǎng)率不隨時(shí)間而變化，當(dāng)負(fù)荷移去后，該聚合物能迅速回復(fù)到原來長(zhǎng)度。當(dāng)交聯(lián)度增加，聚合物表現(xiàn)出低的“蠕變” （圖810）。輕度交聯(lián)的影響就好像相對(duì)分子質(zhì)量無限增加的影響，分子鏈不能相互滑移，所以變成無窮大，而且永久形變也消失了。進(jìn)一步交聯(lián)，材料的模量增加，很高度交聯(lián)時(shí)，材料成為玻璃態(tài)，在外力下行為就像虎克彈簧。 c. 纏結(jié)數(shù)：已發(fā)現(xiàn)低于一定相對(duì)分子質(zhì)量時(shí)，黏度與相對(duì)分子質(zhì)量成比例。因?yàn)檫@一相對(duì)分子質(zhì)量相應(yīng)的分子鏈長(zhǎng)已足以使聚合物產(chǎn)生纏結(jié)。這種纏結(jié)如同暫時(shí)交聯(lián)，使聚合物具有一定彈性。因此相對(duì)分子質(zhì)量增加時(shí)，纏結(jié)數(shù)增加，彈性和可回復(fù)蠕變量也

8、增加。但必須指出聚合物受拉伸，纏結(jié)減少，因此實(shí)驗(yàn)時(shí)間愈長(zhǎng)則可回復(fù)蠕變愈小。7-8 25下進(jìn)行應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)，聚合物模量減少至105N/m3需要107h。用WLF方程計(jì)算100下模量減少到同樣值需要多久？假設(shè)聚合物的Tg是25。 解：7-9 一PS試樣其熔體黏度在160時(shí)為102Pa·s，試用WLF方程計(jì)算該樣在120時(shí)的黏度 解：根據(jù)WLF方程 當(dāng)，得又有 五、計(jì)算題1、根據(jù)WLF方程預(yù)計(jì)玻璃化溫度測(cè)量所用頻率提高或降低一個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，測(cè)得的Tg將變化多少度？2、 在頻率為1Hz條件下進(jìn)行聚苯乙烯試樣的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，125出現(xiàn)內(nèi)耗峰。請(qǐng)計(jì)算在頻率1000Hz條件下進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，出現(xiàn)內(nèi)耗峰的溫度。（已知聚苯乙烯Tg=100）3、 以某一聚合物材料作為兩根管子接口法蘭的密封墊圈，假設(shè)材料的力學(xué)行為可以用Maxwell模型描述。已知墊圈壓縮應(yīng)變?yōu)?.2，初