聚合物的力学性能课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,聚合物的力学性能,56、极端的法规，就是极端的不公。西塞罗,57、法律一旦成为人们的需要，人们就不再配享受自由了。毕达哥拉斯,58、法律规定的惩罚不是为了私人的利益，而是为了公共的利益；一部分靠有害的强制，一部分靠榜样的效力。格老秀斯,59、假如没有法律他们会更快乐的话，那么法律作为一件无用之物自己就会消灭。洛克,60、人民的幸福是至高无个的法。西塞罗,聚合物的力学性能聚合物的力学性能56、极端的法规，就是极端的不公。西塞罗,57、法律一旦成为人们的需要，人们就不再配享受自由了。毕达哥拉斯,58、法律规定的惩罚不是为了私人的利益，而是为了公共的利益；一部分靠有害的强制，一部分靠榜样的效力。格老秀斯,59、假如没有法律他们会更快乐的话，那么法律作为一件无用之物自己就会消灭。洛克,60、人民的幸福是至高无个的法。西塞罗 第六章 聚合物的力学性能 一、聚合物的力学性能的内涵固体高分子材料的力学性能，也就是研究受力后，它的尺寸稳定性和强度问题，或者说是形变的特征和破坏的规律问题。研究力学性能有两个相关的目的。,1、获得描述聚合物力学行为的数据和一般规律。,2、深入了解力学性能与分子结构的内在联系。,1、系统概述,1.1背景概述,随着传感技术和自动化技术的发展，用于大棚种植监控的传感器品类越来越多，大棚种植整体自动化水平也随之上升。农业智能大棚监控是利用传感器来监控大棚内的温度、湿度、光照和土壤湿度、土壤温度、CO2浓度等影响农作物生长的环境参数，通过信息化无线传输网络把数据传输到系统进行智能化分析，同时通过计算机系统远程控制大棚内的水阀、加热、补湿、滴灌、喷灌、补光等设备，能够相对恒定的控制大棚内部的环境，从而确保农作物在最佳的状态下进行生长。对于环境要求比较高的植物来说，更能避免因为人为因素而造成的生产损失。,1.2 系统概述,1.2.1系统简介,本教学示范系统涉及传感器技术，ZIGBEE无线传感器网络，RFID射频识别技术，计算机网络和串口通信技术，自动化控制，嵌入式系统技术等物联网组成的重要技术，使学生能够从实际应用中，全方位了解这一新兴行业，更好的掌握物联网有关的知识。,1.2.2系统概要设计,根据初步沟通，本项目包括如下设备内容：,1.采集传感设备：通过传感器采集温室的温度、湿度、CO2 浓度、光照强度、土壤湿度、土壤温度。采集设备可根据需要在温室内部署。,2.高清视频设备：采用高清摄像头采集温室现场的视频和图像数据，保护试验成果。,3.无线传输设备：环境数据通过无线方式进行局部传输，方便项目部署和未来的扩展性。,4.手持管理终端：根据实验需要为相关人员配备手持管理终端，可实时查询园区内的环境参数，及安防情况。,5.监视操作台：控制中心PC对温室的全部温湿度、CO2 浓度、土壤湿度、土壤温度行统一监控，方便管理，便于学生学习时的参观、演示。,6.远程实验平台：通过互联网方式访问远程实验平台，可实时查看采集数据，观看现场视频，并进行病虫害图片管理。,2、系统方案设计,2.1系统功能,自动检测并调节大棚内温度、湿度、CO2 浓度，光照强度等环境参数。同时，网络视频可以实时监控农作物生长状况。,2.2系统设备选型,大棚智能监控系统由智能监控系统、大棚环境智能控制器以及传感器（温湿度传感器、CO2 传感器、光照强度传感器等）、视频图像采集器（摄像头）、过程追溯（RFID读写器标签，）及外围设备（加热器、加湿器、风机、湿帘水泵、遮阳网、天窗、CO2 发生器等）构成。,2.2.1环境监测传感器资料与说明,无线空气温湿度传感器,内置先进的温度感应器，物联无线温度湿度传感器可实时为您监测温室中的温度，通过无线Zigbee 技术，可与温室中的空调设备相连，当室内温度超过或低于系统设定范围时，可自动打开或关闭空调设备。还可通过设置，随时将温室中的温度情况发送到您的手机上，以便您及时了解，省去经常往大棚跑的麻烦。此外，物联无线温度湿度传感器采用无线控制技术，省去您的布线烦恼，让您的温室更添整洁清爽。,无线光照传感器,无线光照传感器，采用对弱光也有较高灵敏度的硅兰光伏探测器作为传感器，随时监测记录太阳光线的强度。通过无线Zigbee 技术，物联无线光照传感器还可与相关的补光系统、遮阳系统等设备相连，在有需要时，自动打开相关设备，为您的作物生长打造完美的光照环境。,无线二氧化碳传感器,运用先进的Zigbee 技术，当空气中的二氧化碳浓度超过系统设定阙值范围后，可自动打开与之相连的通风设备，也可增加对作物的光照，使之进行更多的光和作用，从而减少二氧化碳的浓度。,无线网关,是将Zigbee 无线网络信号和互联网网络相互连接的桥接设备，实现Zigbee网络设备与互联网网络设备之间的监测与控制。有了它，您可以随时随地在互联网上浏览您的温室大棚最新情况，并且还可以进行远程操控！,无线中继器,它能有效连接物联Internet 通信网关和超出物联Internet 通信网关有效控制区域的其它Zigbee 网络设备，实现中继组网，扩大覆盖区域，并传输网关的控制命令到相关网络设备，达到预期传输和控制的效果。,基于先进的Zigbee 技术，物联无线中继器无需接入网线，就可自行中继组网，扩散网络信号，让您的网络灵活顺畅运行，保障您的所有设备正常运行。,小型气象站,HOBO气象站使用非常灵敏的传感器，测量要素：温度、相对湿度、降雨、PAR、风速、大气压力、蒸发量等多个传感器。根据用户需要，每个数采器可达到15个输入通道，可以采集500000个数据。,土壤养分水分综合测定仪,该仪器不仅能较精确测试土壤中氮、磷、钾、有机质的含量，还可以对土壤的酸碱度、盐分（电导）、其它微量元素及土壤的地温、土壤的容积含水量进行实时在线连续测定和速测。另外也可以对化肥进行检测。,农药残留速测仪,六通道旋转设计，检测速度快；四位LED高亮度数码显示，清晰度高、灵敏度好；数字线路，自动计算，打印测试结果；一体式设计，便于携带，内置普通纸打印机，自动打印结果；采用独特专利暗盒设计，一个对照样品同时对五个样品进行测试，药剂成本低；体积小、重量轻，主机加附件、药剂盒总重量不超3公斤；交直流两用，可野外流动测试，流动测试可以外接12伏车载直流电源。,2.2.2 视频监控前端信息采集,球形摄像机,用于视频采集。,视频服务器,该视音频解码器是专为大型电视墙监控系统的部署与管理而设计的网络多路解码器，采用Linux操作系统，运行稳定可靠。,支持多种网络传输协议、多种码流的传输方式，可支持高清720p视频流的解码输出，同时支持4CIF/DCIF/2CIF/CIF/QCIF分辨率图像解码；支持BNC和VGA同时解码输出；支持语音对讲、报警输入/输出、透明通道等功能，为大型电视墙解码服务提供强有力的支持。,监控中心,视频服务器上安装编码器对应的服务器和客户端软件，将编码器转出来的数字信号直接存储到本地存储空间，或者实时监看和操作。,设备控制器,保护环境是我国的一项基本国策，加大环保教育力度，提高学生环保意识势在必行。化学教学中开展环境教育是必要的，效果是好的。这样做不仅激发了学生学习化学的兴趣，使他们能较好地掌握化学知识，有利于理解中学化学教材内容，培养学生积极参与的意识和能力，同时增强了学生的环保意识和责任，符合素质教育中教学改革的要求，是培育综合性人才的重要方法之一。环保教育是一个系统教育，需要许多人不懈的努力，我愿在今后的化学教学中不断探索、实践，进一步推进环保教育的深入开展，为培养二十一世纪具有高素质的环境意识和环保技能的新型人才而努力。那么如何在教学中渗透环保知识呢？下面浅谈一下本人的看法。,一、课堂教学中有机地渗透环保意识,在中学化学课堂教学中要把它科学地、巧妙地渗透各章节的教学之中，使学生明白，为了人类自身的生存，就一定要保护环境，爱护我们赖以生存的家园。对于刚刚接触化学的初中学生，要尽可能多举些事例，以生动、活泼的形象教育为主，适度地渗透环保意识。主要有以下几个方面进行环保渗透意识：学习“空气组成”的知识时，除了给学生讲述大气的主要污染物，大气污染的来源和危害，还列举了1995年6月20日我国上海市发生的“光化学烟雾”事件和日本“四日气喘病”等污染事件；在学习“氧气”后利用教材对“臭氧”的介绍，指出空调等的使用，已造成大气臭氧层的破坏，导致臭氧层空洞的出现，致使癌症发病率增加，严重地威胁人类的健康和生命。还利用卫星拍摄的南极上空臭氧空洞的照片，以及环境污染对人类造成危害的漫画等，形象地告诉学生保护环境的迫切性和重要性。教材有关“碳及其氧化物”的知识学习后，给学生介绍“温室效应”的形成、事实、危害。在讲水一章时，淡水资源的危机、水体的污染便可蕴涵其中：现在的颍河以沙河为主源故统称“沙颍河”，沙颍河流经周口市、阜阳市并入另一支流泉河，再经颍上县，后注入淮河。淮河污染治理工作历经10年，结果污染问题仍没有彻底解决，而沙颍河是淮河的最大的一级支流，全长618公里，流域面积40000多平方公里，其水质对淮河有直接的影响。从全球来看，淡水资源短缺，分布又不均匀，而水污染又在进一步加剧，造成淡水供需矛盾尖锐。这样尽可能地让学生认识到污染给人类造成的极大危害，使学生从中体会到保护自身生存环境的重要性。抓住时机把环保教育穿插于课堂教学，让学生了解环境问题的前因后果及相应的解决办法，关注这些问题，培养学生的环境忧患意识。,二、渗透环保意识应与化学实验有机结合,化学是一门以实验为基础的科学，在化学实验教学中，也应重视渗透环保意识。教材是教师施教的依据，从我国现行化学教材来看，学生实验的编写一般是由目的、原理、仪器、药品、步骤等几部分组成。我认为应当适当渗透环保方面的内容。我们现在的实验教改方向是逐渐从验证性实验向探索性实验过渡，要求学生独立思考，动手探究。而我们的思路一般是目的原理实验用品步骤结论，而忽略环保，所以结合化学实验渗透环保意识应则显得尤为重要。初中学生刚接触化学，必须指导学生要严格按照实验操作的程序，正确地闻气体、取药品。虽然所做实验毒性不大，但为了加深学生的环保意识，在没有废水回收流程这一前提下，每次学生实验都提供一个回收仪器，对收集的废液稍作处理后再行排放。实验结束后把仪器洗涤干净放回原处，擦洗干净实验台面。这样从一开始就让学生养成良好的习惯，受到直观的环境保护的教育。比如做硫在氧气中燃烧的演示实验时，强调硫的用量并在集气瓶中事先放入少量碱液教材在对学生进行环境保护意识教育的同时，也注意改进实验装置，以吸收实验中所产生的有毒气体。对于一些可以在实验室模拟的错误操作导致的后果，教师可设计一些错误的反例加以验证，以加深学生印象。如不纯的可燃气体点燃爆炸，水倒入浓硫酸进行稀释的后果；加热时先撤酒精灯导致水回流引起试管炸裂等，只要条件允许，装置设计合理，不会引起事故的均可一试。教师应关注环保方面的有关知识，能够及时准确地把环境科学的发展动态传递给学生，做到实验与渗透环保意识的有机结合。,三、利用课外活动，推进学生的环保行动，从中渗透环保意识,课堂教学固然是渗透环保意识的重要环节，但课外活动的形式多样、内容多彩，为了渗透环保意识还应开展课外活动。比如把环保实验安排在课外活动中进行，让学生从自我构思、设计环保实验，搜集材料书写小论文。既可补充课堂教学时间的不足，又可对学生渗透环保意识。开展环境保护讲座，也是渗透环保意识的一种重要形式。比如从学生自身生活考虑，讲解居室污染的来源、危害及防治措施和化妆品污染。,环境教育是环境保护的一个重要组成部分，环境问题不仅事关国民经济的可持续发展，而且关系到当代人生活质量的提高和子孙后代的利益，甚至影响人类的发展和进步。保护环境最首要的任务就是必须解决人们的认识问题，这就需要与环境保护密切相关的化学教学做出努力，这不但拓展了教育领域，而且也为教育事业注入了新的活力。国家环保局和教育部联合提出了“环境保护，教育为本”的思想，强调“在中小学开展环境教育，是提高全民族环境意识的关键，也是环境教育工作的重点”。化学与生活，化学与环保是密切相关的，随着现代科学技术的不断发展，化学作为新物质的研究和发现的最首要的手段，在环境保护方面发挥着越来越大的作用了。然而，与国外相比，我国中学化学教育在这一方面已大大落后了。但值得庆幸的是，国人已逐渐认识到化学的这一重要性，这正是我们渗透化学环境保护教育的最佳机遇。,聚合物的力学性能56、极端的法规，就是极端的不公。西塞罗,1,第六章 聚合物的力学性能,第六章 聚合物的力学性能,2,一、聚合物的力学性能的内涵,力学性能,形变性能,弹性,普弹,高弹,粘性,粘弹性,断裂性能,强度,韧性,固体高分子材料的力学性能，也就是研究受力后，它的,尺寸稳定性和强度,问题，或者说是,形变的特征和破坏的规律,问题。,研究力学性能有两个相关的目的。,1、获得描述聚合物力学行为的数据和一般规律。,2、深入了解力学性能与分子结构的内在联系。,一、聚合物的力学性能的内涵力学性能形变性能弹性普弹高弹,3,二、聚合物力学性能的特点,1、在所有的材料中，高分子材料的力学性能可变性范围宽，性能多样，用途广。,2、具有,独特的高弹性,3、具有显著的,粘弹性,4、,强烈地温度和时间依赖性,5、强度低、模量低、但,比强度,（强度/密度）,高,二、聚合物力学性能的特点,4,第一节：玻璃态和结晶态高聚物的力学性质,1-1,描述力学性质的基本物理量,1、,应力、应变,应力,:单位面积上的附加内力（常见单位：牛顿/米,2,，帕斯卡等）,应变,：材料受外力时（不产生惯性移动时），几何形状和尺寸发生的变化,第一节：玻璃态和结晶态高聚物的力学性质1-1,5,三种基本的应变类型,简单拉伸 简单剪切 均匀压缩,此时讨论的为各向同性材料,三种基本的应变类型此时讨论的为各向,6,简单拉伸,杨氏模量,E(MPa),-拉伸应力,-拉伸应变,F-拉伸力,A,O,-试样原始截面积,L,O,-试样原始长度,L-伸长长度,真实应力,工程应力,简单拉伸 杨氏模量 E(MPa)真实应力工程应力,7,简单剪切,剪切模量:,G,(MPa),剪切应力,剪切应变,=tg,体积模量：,B,(Kg),P,流体静压力,V,体积变化,V,0,原始体积,均匀压缩,简单剪切剪切模量:G(MPa)体积模量：B(Kg)均匀,8,三种应变模量的关系,对于各向同性的材料有,E=2G(1+,)=3B(1-2),(,泊松比,):,横向形变与纵向形变之比,一般材料,约为0.20.5,注意!上述四个参数中只有两个是独立的,三种应变模量的关系对于各向同性的材料有,9,1-2,常用的几种力学强度,当材料所受的外力超过材料的承受能力时，材料就发生破坏。机械强度是衡量材料抵抗外力破坏的能力，是指在一定条件下材料所能承受的最大应力。,根据外力作用方式不同，主要有以下三种：,1-2 常用的几种力学强度当材料所受的外力超过材料的,10,厚度,d,宽度,b,在规定试验温度、湿度和实验速度下，在标准试样上沿轴向施加拉伸负荷，直至试样被拉断。,P,P,试样断裂前所受的最大负荷,P,与试样横截面积之比为抗张强度,t,：,t,=,P,/,b,d,（i）抗张强度,衡量材料抵抗拉伸破坏的能力，也称,拉伸,强度。,厚度d宽度b 在规定试验温度、湿度和实验速度下，在标,11,（ii）,抗弯强度,也称挠曲强度或弯曲强度。抗弯强度的测定是在规定的试验条件下，对标准试样施加一静止弯曲力矩，直至试样断裂。,设试验过程中最大的负荷为,P,，则抗弯强度,f,为：,f,=1.5,Pl,0,/,bd,2,P,d,b,l,0,/2,l,0,/2,抗弯强度测定试验示意图,（ii）抗弯强度 设试验过程中最大的负荷为P，则抗弯强度,12,（iii）冲击强度（,impact stength,)（,i,）,冲击强度也称抗冲强度,定义为试样受冲击负荷时单位截面积所吸收的能量。是衡量材料韧性的一种指标。测定时基本方法与抗弯强度测定相似，但其作用力是运动的，不是静止的。,试样断裂时吸收的能量等于断裂时冲击头所做的功,W,，因此冲击强度为：,i,=,W,/,bd,冲击强度测定试验示意图,冲击头，以一定速度对试样实施冲击,P,b,l,0,/2,l,0,/2,d,（iii）冲击强度（impact stength)（i）,13,聚合物的力学性能课件,14,聚合物的力学性能课件,15,聚合物的力学性能课件,16,1-3,高聚物的拉伸行为,应力,应变曲线,最常用于描述高聚物的力学性能,应力应变曲线的形状取决于:,化学结构,化学组成,结构,分子量及其分布,支化交联,物理结构,结晶及取向,晶区大小与形状,加工形态,温度、速率等,试验测试条件,1-3 高聚物的拉伸行为应力 应变曲线应力应变曲,17,A,B,C,D,Y,O,由拉伸试验可测得高聚物的应力-应变曲线,OA：服从虎克定律，直线斜率为E，普弹性，可逆,A：弹性极限点,Y：屈服点,屈服应力,屈服应变,ABCDYO由拉伸试验可测得高聚物的应力-应变曲线OA：服从,18,A,B,C,D,Y,O,B：,断裂点,断裂应力,断裂伸长率,CD,：,细颈、成颈、冷拉，塑性变形，不可逆,曲线下的面积：韧性,高分子材料的强弱由 大小来区分，软与硬由E的高低来区分，韧与脆由曲线下的面积区分,ABCDYOB：断裂点断裂应力断裂伸长率CD：细颈、成颈、冷,19,（1）,材料硬而脆,：在较大应力作用下，材料仅发生较小的应变，并在屈服点之前发生断裂，具有高的模量和抗张强度，但受力呈脆性断裂，冲击强度较差。,e,s,（1）,（2）,e,s,（2）,材料硬而强,：在较大应力作用下，材料发生较小的应变，在屈服点附近断裂，具高模量和抗张强度,由此可将高分子材料分为：,（1）材料硬而脆：在较大应力作用下，材料仅发生较小的应变，,20,e,s,（4）,（4）,材料软而韧,：模量低，屈服强度低，断裂伸长率大，断裂强度较高，可用于要求形变较大的材料。,e,s,（3）,（3）,材料强而韧,：具高模量和抗张强度，断裂伸长率较大，材料受力时，属韧性断裂。,以上三种聚合物由于强度较大，适于用做工程塑料。,es（4）（4）材料软而韧：模量低，屈服强度低，断裂伸长率大,21,e,s,（5）,e,s,（6）,（5）材料软而弱：模量低，屈服强度低，中等断裂伸长率。如未硫化的天然橡胶。,（6）材料弱而脆：一般为低聚物，不能直接用做材料。,es（5）es（6）（5）材料软而弱：模量低，屈服强度低，中,22,一、玻璃态非晶高聚物的拉伸,应变软化,应变硬化,冷拉,典型的非晶聚合物的应力-应变曲线,过程,：弹性形变-屈服-细颈（应变软化）-冷拉-应变硬化-断裂,物理参数,：弹性模量E、屈服强度、屈服应变、,断裂伸长率、断裂强度、拉伸韧性（断裂能）,一、玻璃态非晶高聚物的拉伸应变软化应变硬化冷拉典型的非晶聚,23,O,拉伸韧性（断裂能Fracture energy）,应力-应变曲线下的面积称作断裂能,O拉伸韧性（断裂能Fracture energy）应力-应变,24,应力应变曲线类型：,a、硬而脆的材料应力-应变曲线（脆性断裂）,主要有：低分子量的PS、酚醛树脂、环氧树脂,b、半脆性（延性）固体应力-应变曲线,先屈服后断裂-,韧性断裂,如：硬PVC、PS、PMMA,应力应变曲线类型：a、硬而脆的材料应力-应变曲线（脆性,25,c、典型的应力-应变曲线,（韧性材料）,冷拉、成颈,如,PE、PP、PC,d、橡胶的应力-应变曲线,如,硫化橡胶、软PVC,c、典型的应力-应变曲线d、橡胶的应力-应变曲线,26,温度对应力应变曲线的影响,T,温度由低,高,曲线由a,d,如温度,a、TT,g,TT,b,b、TT,g,c、,TT,g,（几十度）,d、,T接近于或大于T,g,举例：PVC 结果,0,脆断,0-50,屈服后断裂,50-70,韧断,70,无屈服,温度对应力应变曲线的影响T温度由低高如温度举例：P,27,拉伸速率对应力应变曲线的影响,拉伸速率,拉伸速率快（时间短）,温度低,时间、温度对应力-应变曲线的影响是等效的，这就是时温等效原理,拉伸速率对应力应变曲线的影响拉伸速率拉伸速率快（时间短）,28,二、结晶高聚物的拉伸,曲线可分为三个阶段,试样均匀拉伸应力随应变线性 至Y,出现”细径”并不断扩展,应力几乎恒定,成径后继续均匀拉伸,应力 直至断裂,二、结晶高聚物的拉伸曲线可分为三个阶段,29,球晶大小及结晶度对应力-应变曲线的影响,大球晶,小球晶,高结晶度,低结晶度,球晶大小及结晶度对应力-应变曲线的影响大球晶小球晶高结晶,30,第二节：高弹态聚合物的力学性质,橡胶材料是重要的高分子材料之一,，在T,g,以上，处于聚合物特有的,高弹性力学状态,。高弹性无疑是这类材料显著的特征或说独特的性质，是材料中一项十分难得的可贵性能，被广泛用于各个领域，其作用是不可替代的。,橡胶的分子结构和高弹性的本质,长期以来一直受到人们的注视和研究；提高橡胶的,耐寒性和耐热性,即扩大橡胶的使用范围，成了人们新的课题。,第二节：高弹态聚合物的力学性质,31,2-2,高弹性的特点,弹性：物体抵抗引起形变的外力，并于外力解除后恢复原状的能力。,弹性体：能完全恢复原状的物体。,弹性体的类型,大外力、小形变金属、晶体晶体弹性,普弹性,小外力，大形变气体气体弹性聚合物,高弹性,2-2 高弹性的特点弹性体的类型大外力、小形变金,32,普弹形变 高弹形变,在弹性范围的伸长率(%)0.11 1000%或更高,拉伸时 冷却 变热,回缩时 变热 冷却,泊松比 0.5 0.5,拉伸时的比容 增加 不改变,弹性模量 Kg/cm,2,10,4,2x10,6,20 200,升温时的E E E,形变速度 与应力同时产生 落后于应力,形变对T的依赖性 很少 依赖,本质,能弹性,熵弹性,热效应,33,2.3,橡胶的弹性理论,橡胶的弹性理论排除时间因素的干扰，只讨论,平衡态下橡胶的形变与回复过程,。橡胶的平衡态显然是一种理想状态，即高分子链间不存在相互作用或链段运动不受阻，在力作用的时间内，高分子已达到平衡状态。就是说橡胶弹性理论建立在平衡态基础上，,形变可逆,，,理论弹性、纯弹性,。,2.3 橡胶的弹性理论,34,一、橡胶弹性的热力学分析,把橡皮试样当作热力学体系,外力、T、压力就是环境。,在恒温时将长度为L的试样在拉力f作用下，拉伸至 L+dL，最后达到平衡形变,由热力学第一定律得：,Q,为体系吸收的能量，,W,为体系对外所做的功，它包括两个部分，一是拉伸过程中体积变化（膨胀）所做的功，另一部分是拉伸过程中形状变化所做的功,-fdL,，负号表示外界对体系所做的功。,一、橡胶弹性的热力学分析,35,假设过程是可逆的，由热力学第二定律可得：,则：,由于是恒温可逆过程，体积几乎不变dv0,假设过程是可逆的，由热力学第二定律可得：则：由于是恒温可逆过,36,在恒温恒容下，对求偏导得：,此式的,物理意义,是，外力作用于橡胶上，一方面引起,其内能随伸长而变化,，另一方面使,其熵随伸长而变化,。,或者说,橡胶的张力是由于变形时内能变化和熵变化引起的。,内能的变化,熵的变化,在恒温恒容下，对求偏导得：此式的物理意义,37,是不能测定的，先要把它加以变换，,由Gibbs自由能的定义得：,G=HTS=u+PV TS,对于微小变化，有：,状态函数：,U系统内能,P系统压力,V系统体积,是不能测定的，先要把它加以变换，由Gibbs自由能的定义得：,38,对L 和T求偏导得：,连续两次微分与次序无关。,所以,：,所以：,39,这是一个重要的转换关系，它表明,恒温条件下，随试样的单位伸长的熵变，可通过固定伸长时拉伸力随温度变化（温度系数）得到,。它可从实验中测量。,这就是橡胶弹性的,热力学方程式,。,（7-46）,（7-46）,40,实验时，将橡皮在等温下拉伸到一定长度为L,然后测定不同温度下的张力f。以fT作图，,形变不太大时，得到一直线,。,我们尝试分别求出公式中的变量,直线的斜率为,将直线外推至T=0时，各直线都通过原点，即截距为0,实验时，将橡皮在等温下拉伸到一定长度为L,然后测定不,41,说明理想弹性体被拉伸时内能几乎不变，,主要引起熵的变化,。橡胶弹性完全是由拉伸时熵的减少而引起的。故,高弹性又称熵弹性,。即高弹形变的本质是熵变。,拉伸时熵值由大小，终态是一种不稳定体系，故拉伸后的橡皮于外力除去后会自发地回复到初态，这就,说明了高弹形变是可回复,的，表现出高弹性。,说明理想弹性体被拉伸时,42,恒温可逆拉伸 Q=Tds，ds0,那么Q0，这就解释了橡皮在拉伸过程会放出热量。,当du=0，fdL=-Tds，即拉伸形变过程中，外力所做的功等于高分子长链构象熵的减少，换句话说橡皮拉伸时，体系的熵变小，反之回缩时熵变大。,拉伸,dL0 dS0,Q,0，,拉伸放热,回缩,dL 0 dS 0,Q,0，,回缩吸热,恒温可逆拉伸 Q=Tds，,43,二、橡胶弹性的统计理论,热力学分析只能给出宏观物理量之间的关系，利用统计理论，可以通过,微观的结构参数,，求得高分子熵值的定量表达式，进而导出,熵变与宏观的应力应变关系,。,研究步骤：,1）运用构象统计计算形变时单个柔性链的构象熵,2）运用构象统计计算形变时网络链的熵变,3）获得交联网络的状态方程,4）与试验结果比较，进行评价,二、橡胶弹性的统计理论研究步骤：1）运用构象统,44,对于孤立的柔性链，视为高斯链，它的一端固定在原点、另一端出现在点（x,y,z）处小体积元dxdydz内的几率，可用高斯分布函数来描述：,单个链的微观状态数与几率密度成比例：,1）运用构象统计计算形变时单个柔性链的构象熵,对于孤立的柔性链，视为高斯链，它的一端固定在原点、另一端出现,45,体系的熵与的关系：,一个柔性链的构象熵：,其中：S单个柔性链的构象熵,C常数,体系的熵与的关系：其中：S,46,1、每个交联点有四条链，交联点无规分布；,2、两交联点之间的链网链是高斯链，其末端距服从高斯分布。,3、高斯链组成各向同性网络的构象总数是各个独立网络构象数的乘积。,4、网络中的各交联点都被固定在平衡位置上，当它变形时，这些交联将以相同的比例变形，即发生“,仿射,”形变。,2）运用构象统计计算形变时网络链的熵变,真实橡胶交联网是复杂的,，为了方便，采用一个理想的交联网，它符合下述四个假定：,4、网络中的各交联点都被固定在平衡位置上，当它变形时，这些交,47,交联点有四个链臂（每个交联点有四条链）,交联点有四个链臂（每个交联点有四条链）,48,对于一块各向同性的橡皮试样，取出一个单位立方体。,形变前,形变后,第i条链在形变前的熵为：,根据假定4，其形变后的熵为：,对于一块各向同性的橡皮试样，取出一个单位立方体。形变前形变后,49,所以，,形变前后,第i个交联链的构象熵的变化为：,根据假定3，整个交联网的熵变，应为全部网链熵变的加和，设总网链数为,N,所以，形变前后第i个交联链的构象熵的变化为：根据假定,50,由于交联网是各向同性的：,（7-58）,所以,交联网形变时的熵变,由于交联网是各向同性的：（7-58）所,51,形变过程中，理想弹性体，其内能不变，u=0,Helmholtz自由能F的变化：,根据自由能的定义，恒温过程，体系的F的减少等于对外所做的功，即-F=W；反过来外力对体系所做的功等于体系自由能的增加。即W=F，外力所做的功作为体系的能量储存起来，因此，F也称为储能函数。,3）交联网络的状态方程（,橡胶的应力应变关系式,）,形变过程中，理想弹性体，其内能,52,考虑单轴拉伸的情况,对于单位体积V=1的橡皮试样，各边的边长拉伸为,1,，,2,，,3,，由于体积不变，V=,1,2,3,=1，它只在x方向伸长，令,1,=，,2,=,3，,2,3,=1/，则：,考虑单轴拉伸的情况,53,如果试样的起始截面积为A。，体积V,0,=A,0,L,0,，并用N,0,表示单位体积内的网链数，即网链密度N,0,=N/V,0,拉伸应力,橡胶的状态方程1,如果试样的起始截面积为A。，体积V,54,如果网链的分子量为M,c,，试样的密度为，则,这就是橡胶单向拉伸时的关系，即,交联橡胶的状态方程2,，由此式可知：,（7-66）,如果网链的分子量为Mc，试样的密度为，则（,55,1、交联网的应力（弹性回缩力）,N,0,、T,；与形变并不成正比，即不符合虎克定律。,2、,G=N,0,kT，G,正比于绝对温度和单位体积的网链数，,T，G,3、,与橡胶的化学结构无关，上述的关系适合于所有橡胶的单向拉伸。,4、,当形变大时，,-2,可以忽略，上式可以为,=G,类似于简单剪切，,G,为剪切模量。（E=3G）,这些状态方程的意义,1、交联网的应力（弹性回缩力）N,56,1.5，,与实验结果吻合,1.5，,与实验结果有偏差,（四）、与实验结果的比较,在高应变时，网链接近它的极限伸长，认为是高斯链这一假定就不成立了,应变所引起的结晶作用，导致,链端无四个链臂，链端对弹性的贡献小,1.5，与实验结果吻合1.5，与实验结果有偏差（四）,57,2.4,橡胶的聚集态结构与分子结构,（一）聚集态结构,1、在稳定状态下必须是非晶态聚合物,2、为避免产生永久形变，分子间应有适度的交联,化学交联：交联度可以网链数、网链密度、交联点密度及M,c,来表征。,物理交联：分子间的次价力,2.4 橡胶的聚集态结构与分子结构,58,3、T,g,是橡胶耐寒性指标，其T,g,室温，使用温度范围（T,g,T,f,）宽。,4、适当加入增塑剂或采用共混，共聚的方法，使T,g,，以提高耐寒性。,3、Tg是橡胶耐寒性指标，其T,59,（二）橡胶弹性对分子结构的要求,高弹性是长链高分子独有的特性，长链高分子是高弹性的最基本的条件，必要条件，然而还需要下述充分条件：,1、分子间力较小的非（弱）极性聚合物,2、M足够大，柔性大而不容易结晶的高分子,3、分子链含孤立的双键,（二）橡胶弹性对分子结构的要求,60,4、分子链中能产生活性点的饱和柔性高分子,5、具有物理交联作用的高分子，即热塑性弹性体SBS，它的约束成分聚集在一起形成物理交联区。,4、分子链中能产生活性点的饱和柔性高分,61,第三节：高聚合物的,力学松驰粘弹性,理想弹性固体：,=E,形变和回复都瞬时完成,理想粘性液体：,=,形变随t而,高分子材料：在外力作用下，其应变可同时兼有弹性材料和粘性材料的特征。应力的大小既依赖于应变又依赖于。,应变,不可回复的永久形变,可回复的形变,普弹形变 与t无关,高弹形变 与t有关,.,.,第三节：高聚合物的力学松驰粘弹性 理想弹性固体：,62,这种兼有粘性和弹性的性质称为,粘弹性,。,线性粘弹性：服从虎克定律的弹性行为和,服从牛顿定律的粘性组合来,描述的粘弹性,非线性粘弹性：与上相反,。,粘弹性是高分子行为材料的另一个重要特性。,聚合物的力学性质随时间的变化统称为,力学松驰,。,粘弹性行为是由于外力将迫使分子链构象的重排.,聚合物对外力的响应部分是弹性的，部分是粘性的,。,粘弹性,这种兼有粘性和弹性的性质称为粘弹性。粘弹性,63,其它材料也有粘弹性，只是,高分子材料的粘弹性特别明显,。,根据高分子材料受外部作用的不同，可以观察到不同类型的力学松驰。,黏弹性理论,力学松驰,力学模型处理,静态,动态,力学损耗,弹性滞后,蠕变,应力松弛,分子理论,其它材料也有粘弹性，只是高分子材料的粘弹性特,64,3.1,粘弹性现象,一、蠕变（静态粘弹性）,（一）,、,定义,=f(t),T、,外部作用：拉伸、压缩、剪切，相应的应变为伸长、收缩、剪切形变。,对塑料来说，最常用的拉伸蠕变。,蠕变实例,：汽车停在柏油路上，t,路面会形成凹陷；悬挂的PVC雨衣，会越来越长；晒衣服的塑料绳会越来越弯曲。,3.1 粘弹性现象,65,=f(t),T、,曲线称为蠕变曲线。,在,t,1,时给材料加上一定负荷,0，,随,t,而。在,t,2,时刻除掉负荷,=0，,这一过程称为蠕变回复。,0,0,t,1,t,2,t,(t),0,t,1,t,2,1,2,+,3,1,2,3,t,=f(t)T、曲线称为蠕变曲线。,66,在外力作用下，由,分子的键长和键角变化,引起的，形变很小（约为0.2%-1%），响应是瞬时的，,可逆，服从虎克定律,，可用理想的弹性体表示：,普弹形变示意图,（1）普弹形变,（二）、蠕变的分子运动机理,蠕变包括三种形变：普弹形变、高弹形变、塑性形变（粘性流动）。,在外力作用下，由分子的键长和键角变化引起的，形变很小（约为0,67,是在外力作用下，由,链段的运动使分子链的构象发生变化而,引起的，形变比普弹形变大的多，但不是瞬时完成的。形变与时间有关，外力除去，高弹形变逐渐回复。,（2）高弹形变,可用形变与时间的关系来描述：,(t),0,t,1,t,2,1,2,+,3,1,2,3,t,是在外力作用下，由链段的运动使分子链的构象发生变化而引起的，,68,（3）塑性形变（粘性流动）,粘性流动示意图,可用牛顿流体定律来描述,受力时发生分子链相对滑移造成的，不可逆,（3）塑性形变（粘性流动）粘性流动示意图可用牛顿流体定律来描,69,(t),0,t,1,t,2,t,当聚合物受力时，以上三种性变同时产生,加力瞬间，键长、键角立即产生形变，形变直线上升,通过链段运动，构象变化，使形变增大,分子链发生质心位移,外力除去后，首先是,1,的回复，然后是,2,的回复，,3,是永久形变不能回复,(t)0t1t2t当聚合物受力时，以上三种性变同时产生加力,70,蠕变形变为三种应变的加和，因此总应变为：,蠕变函数，是高聚物的特征函数，表征高聚物的蠕变形为的时间依赖性，具体形式可以由试验确定或由理论推出。,蠕变形变为三种应变的加和，因此总应变为：蠕变函数，是高聚物的,71,聚合物的力学性能课件,72,（,三）、影响聚合物蠕变行为的因素,蠕变与聚合物的,结构和分子量,有关。所有的聚合物都有蠕变性，不同聚合物及同一聚合物处于不同条件下，蠕变程度不同。,线性分子：蠕变大，有,1,，,2,，,3,，,回复曲线反映了永久形变。,刚性分子：蠕变小，速率低,交联高分子：蠕变小，仅有,1,和,2,，,甚至不发生蠕变，回复曲线最终回到零。,M,大，本体粘度大，蠕变速率低。,（三）、影响聚合物蠕变行为的因素,73,蠕变同,温度和外力,有关。,T，小，,小，蠕变速率小，短时间不能观察到蠕变。,T，大，,大，,t,蠕变,T T,g,，,适当外力，链段即可运动，又有较大阻力内摩擦力，因而只能缓慢运动，在t时观察到明显的蠕变现象。,蠕变同温度和外力有关。,74,（四）、防止蠕变的措施,蠕变性能反映了材料的尺寸稳定性。,如,精密机器零件,，,纤维、工程塑料,，,PTFE,作密封材料,，,人们总希望制品蠕变越小越好。,与金属、陶瓷相比，聚合物抗蠕变能力较低，尺寸稳定性较差，这是一大缺点，需通过各种途径加以改进,。,凡是能阻止或抵制高弹形变和永久形变发展的措施就可以防止蠕变。,A、,主链中引入环状基团；,B、,使分子链间交联,C、,加入刚性填料玻纤,；,D、,安装支架,（四）、防止蠕变的措施,75,二、应力松驰（静态粘弹性）,（一）,、,定义：,=f(t),T.,应力松驰实例：,PVC,或尼龙绳缚物，开始扎得很紧，后来就变松了；松紧带开始用感觉比较紧，但用过一段时间后，就会越来越松。,二、应力松驰（静态粘弹性）,76,交联高分子,线型高分子,0,(0),t,0,(0),t,如图所示，形变刚发生时应力最大，然后，在足够长t后，线型分子其应力可松驰到零，交联高分子应力最后松驰到其平衡态的数值保持一定的应力。,=f(t)T.曲线称为应力松驰曲线,交联高分子线型高分子0(0)t0(0)t,77,聚合物的应力松驰过程也是不同的运动单元,对外界刺激的响应相继表现出来的过程,。,（二）、分子运动机理,试样在外力作用迅速拉伸，高分子被迫沿外力方向取向，因而产生内部应力，以与外力相抗衡。,初始的形变包括了键角键长的改变（,普弹形变,）和卷曲分子的拉伸形变（,高弹形变,），整个分子处于不平衡的构象，有,逐渐过渡到平衡状态消除内应力的趋势,。,聚合物的应力松驰过程也是不同的运动单元,对外界刺激的响,78,链段协同运动使大分子质心能发生位移，相互滑脱，重新卷曲达到新的平衡态，此时的形变全部由塑性形变所维持，,应力衰减为零，与之平衡的外力也衰减为零。,由于分子的热运动，键角键长首先恢复平衡，消除普弹形变的应力，内部应力，外力也。,随着t,链段沿力方向的热运动，解取向和重新排列，高弹形变得以回复，内部应力和外力都进一步。,由于分子的热运动，键角键长首先恢复平衡，消除普弹形变的应,79,对于交联高分子，分子链不能相对滑移，应力下降到一定值后维持不变。,由上述可知，应力松驰也是一种形式的弹性和粘性的组合，过程不是瞬时的，因为解取向，重新卷曲都要受到内摩擦力的阻抗。,80,玻璃态,高弹态,粘流态,0,0,t,聚合物处于不同状态时的应力松弛曲线,高分子链的构象重排和分子的滑移是导致材料蠕变和应力松弛的根本原因。,因此，,蠕变和应力松弛都与温度有关,。,玻璃态高弹态粘流态00t聚合物处于不同状态时的应力松弛曲,81,三、滞后现象（动态粘弹性）,在交变应力作用下，粘弹性表现为滞后和力学损耗,。称为动态粘弹性。,交变应力：大小和方向都随t呈周期性变化的应力。它用正弦函数表示：,(t)=,0,sint,式中，,0,最大应力或应力振幅；,外力变化的角频率（角速度）,；t,相位角；,应力与应变的相位差,0/2；t,时间。,三、滞后现象（动态粘弹性）,82,2,3,4,0,粘性,弹性,(a),(a)理想弹性固体和理想粘性液体对正弦应力的响应,2340粘性弹性(a)(a)理想弹性固体和理想,83,对于理想弹性材料,，其力学响应是瞬时的，在交变应力的作用下，其应变呈周期性变化且与应力相位相同，,=0,对于理想粘性材料,，其力学响应即应变落后于应力/2，即=/2,对于理想弹性材料，其力学响应是瞬时,84,0,2,3,4,t,(粘弹性),(b),(b)聚合物对正弦应力的响应,0234t(粘弹性)(b)(b)聚合物对正弦,85,粘弹性材料的力学响应在弹性材料和粘性材料之间，应变的变化落后于应力的变化一个相位角,。,滞后现象：,应变的变化落后于应力变化的现象,.,聚合物滞后现象也是松弛过程，,它的发生是由于链段运动要受到内摩擦力作用，运动跟不上外力的变化，所以形变落后于应力，,摩擦阻力越大，链段运动越困难，,应变也就越跟不上应力的变化，,也就越大,。,粘弹性材料的力学响应在弹性材料和,86,四、力学损耗(内耗、阻尼),（动态粘弹性）,粘弹性材料的应变变化跟不上应力的变化，在循环变化过程中有能量的消耗，这种消耗称为,力学损耗,或滞后损耗。,高分子材料内耗的产生在于外力在改变分子链构象的同时还要克服内摩擦力,。这可以用,下图所示,硫化橡胶拉伸与回缩过程的应力应变曲线来说明。,四、力学损耗(内耗、阻尼)（动态粘弹性）,87,拉伸功和回缩功分别于相当于拉伸曲线和回缩曲线下所包围的面积,OABE,和,OCBE,，一个拉伸回缩循环所损耗的能量与这两块面积之差相当。,即“滞后圈”的大小等于单位体积橡胶在这个循环中所损耗的功,。,0,0,A,D,C,B,E,拉伸功和回缩功分别于相当于拉伸曲,88,积分得：,可见力学损耗的大小正比于最大,0,、最大,0,和滞后角的正弦。,称为力学损耗角,。实验上用损耗角的正切tg(Q,-1,)来表示内耗的大小。,？,？,积分得：可见力学损耗的大小正比于最大0、最大0和,89,tg的大小同分子运动的内摩擦作用直接相关,总的来说：,刚性分子，tg小；柔性分子，tg大,顺丁胶无侧基，tg小；丁苯和丁腈胶，有较小侧基或极性强的侧基，tg大；丁基橡胶因有数目众多的甲基，tg更大。,影响内耗的因素,1、内耗的大小（tg）与聚合物结构的关系,tg的大小同分子运动的内摩擦作用直接相,90,，和同步，,tg小；,链段来不及运动，tg小；只有适当的范围，有明显的滞后现象，tg出现极大值。,tg,tg,高弹态,粘弹区,玻璃态,2、内耗的大小（tg）与频率的关系,，和同步，tg小；,链,91,tg与T有关。TT,g,，tg小；TT,g,，tg 较大；T=T,f，,tg显著增大。,tg,T,g,T,f,T,3、内耗的大小（tg）与温度的关系,tg与T有关。T,92,在动态条件下，,应力和应变都是时间的函数,，用复数形式表示为：,此时，弹性模量为：,动态力学频率谱,在动态条件下，应力和应变都是时间的函数，用复,93,3.2 粘弹性的力学模型,一、基本力学元件,为了从现象上模拟材料的粘弹行为，采用两种基本力学元件：,力学模型的方法是把这两种元件按一定方式组合起来，建立组合体系的运动方程，并用来描述实际材料的粘弹性。,3.2 粘弹性的力学模型一、基本力学元件为了从现象上模,94,二、,Maxwell,模型,由两个基本力学元件串联而成，用来描述应力松驰。,F,Maxwell,模型的蠕变过程,串联模型，外力作用于模型时，弹簧和粘壶所受的应力相同，总应变为两者的加和。即,二、Maxwell模型FMaxwell模型的蠕变过程串联模型,95,Maxwell,模型的运动微分方程,总应变速率等于两个力学元件的应变速率之和：,对应力松弛过程，=常数，d/dt=0，所以,当t=0,=(0),在(0)(t)间积分,Maxwell模型的运动微分方程总应变速率等于两个力学元件的,96,形变固定时 应力随 时间的变化,即：随着时间t的增加，应力逐渐减小，当,t时，0,.可以很好的描述应力松弛过程。,为下降到,0.368（0）,所需的时间-称为,应力松弛时间,。,具有时间量纲，,是材料粘弹性的表征。,表明：松弛时间既与粘性系数有关，又与弹性模量有关，这说明,松弛过程是弹性行为和粘性行为共同作用的结果,。,形变固定时 应力随 时间的变化即：随着时间t的增加，应力逐,97,三、,Kelvin,模型,由两个基本元件并联描述蠕变行为。,这就是Kelvin模型的运动方程,三、Kelvin模型这就是Kelvin模型的运动方程,98,对于蠕变来说是一定值，即在恒定应力下，对式上求解得：,对于蠕变来说是一定值，即在恒定应力下，对式上求解得：,99,3.3,粘弹性同时间、温度的关系时温等效原理,即：在一定温度下改变t和在一定t下改变T对聚合物力学性质的变化具有等效作用。,即表明时间的对数与T之间有某种定量的等效关系。,非晶聚合物在不同温度下或不同外力作用下都显示出同样的三种力学状态和两个转变，表示,温度和时间对高聚物的力学松弛时间，也就是对粘弹性行为有某种等效作用,。,3.3 粘弹性同时间、温度的关系时温等效原理即：在一定,100,从分子运动的观点可知，欲观察到高分子材料的某种力学响应或力学松驰行为，可以通过两种途径来实现。当作用力一定时：,T,1,t,1,D(T,1,，t,1,),T,1,1,T,2,t,2,D(T,2,，t,2,),T,2,2,聚合物的同一力学松弛现象，,既可以在较,高,温度，较,短,力作用时间下表现出来。也可以在较,低,温度，较,长,力作用时间下表现出来。,从分子运动的观点可知，欲观察到高,101,这个等效性可以,借助于一个转换因子,来实现，即借助于转换因子可以将在一个温度下测定的力学数据变换成另一个温度下的力学数据。,这就是时温等效原理,。,即温度和时间对聚合物粘弹性影响具有等效性。所谓,等效是在分子运动，粘弹行为或力学响应基点上讲的等效,。,这个等效性可以借助于一个转换因子来实现，即,102,二、移动因子（平移因子、转换因子）,时温等效原理，也就是时间和温度的换算原理，下面从定量方面说明时间和温度的等效性。时间和温度的等效性借助,因子a,T,来实现。,移动因子：是温度T时的粘弹性参数转换为参考温度T,0,时的粘弹性参数在时间或频率坐标上的移动量，它同T,0,和T有关。,二、移动因子（平移因子、转换因子）,103,由图可知：,lga,T,=lgtlgt,0,=lg t/t,0,a,T,=t/t,0,如在,T、T,0,两个温度下，高聚物的模量-时间曲线，沿横坐标平移log,T,，就可以将这两条直线完全重叠。,TT,0,，t t,0,T、t,为试验温度和时间，,T,0,、t,0,为参考温度和时间,二、移动因子（平移因子、转换因子）,时间和温度的等效性借助,因子a,T,来实现,由图可知：如在T、T0两个,104,也可以说，a,T,定义为某温度时的力作用时间t与参考温度时的力作用时间t,0,之比。,时温等效原理的数学表达式为：,E（T、lgt）=E（T,0,、lgt-lga,T,）,即：E（T、t）=E（T,0,、t/a,T,）,表明改变温度的效果等同于时间标尺上乘上一个因子,也可以说，aT定义为某温度时的力作,105,若：以,Tg,作为参考温度,WLF,方程为,以,T,0,=Tg+50,作为参考温度,WLF,方程为,WLF,方程一般在,TgTTg+100,范围内使用,可有效地处理非晶态聚合物粘弹态和高弹态区域的粘弹性问题.,WLF,方程的意义在于:,若：以Tg作为参考温度,WLF方程为以T0=Tg+50作为,106,1、在较低温度下，聚合物粘度与温度依赖关系的定量描述。,2、是时温转换的定量描述。,3、T,g,的时间依赖性的定量描述.,4、可以将某一温度下测定的力学性能转换为另一温度下的力学性能。,5、用WLF方程可验证玻璃态是等粘态和等自由体积状态。,1、在较低温度下，聚合物粘度与温度依,107,三、时温等效原理的应用,1、绘制叠加（组合）曲线,对于非晶聚合物，在不同温度下获得的粘弹性数据，包括蠕变、应力松驰、动态力学试验样、均可通过沿着时间轴平移叠合在一起。,三、时温等效原理的应用,108,聚异丁烯应力松驰叠合曲线,聚异丁烯应力松驰叠合曲线,109,如上图所示，左边的一组曲线是在,192k323k，10-2 102hr,范围测定的,P,B,的应力松驰曲线。要把它们变换成某一温下的宽广时间范围的曲线。步骤如下：,1）、选择参考温度T,0,如298k,2）、根据a,T,的定义算出不同(T T,0,)时的移动因子a,T,，并作出lg a,T,(TT,0,)图。,3）、水平位移把参考温度的曲线置于参考温度处。然后把低于参考温度的曲线在时间坐标上向左移动（低温高温，时间缩短），把高于参考温度的曲线向右移动（高温低温，时间延长），各曲线彼此叠合为光滑曲线即为组合曲线。,如上图所示，左边的一组曲线是在192k323k，10-2,110,2、把Tt Tt,即把需要很长时间才能完成的试验改在高温下以短时间完成,3、利用一些实验数据，预测聚合物在另一温度下的力学行为。,2、把Tt Tt,111,以0.1/分的升温速度测得PS的T,g,=100，试问在升温速度改为10/分时，PS的T,g,=?,解：,以0.1/分的升温速度测得PS的T,112,A,B,C,D,Y,O,3.4,聚合物的屈服与塑性,曲线反映了材料的力学性能。它能直观地看出材料是脆性的还是韧性的。,屈服点之前断裂是脆性断裂，屈服点之后则是韧性断裂。,韧性断裂必然经过了或者意味着屈服和塑性形变。,ABCDYO3.4聚合物的屈服与塑性曲线反映了材料的,113,（一）、屈服及其特征,屈服：材料对抗永久形变的能力。,屈服点:曲线上第一次出现,或不变，而之处。如图中Y点。以屈服点为界，整条曲线被分成两部分。,点以前弹性部分，除去，材料能恢复原样，不留任何永久变形。,点以后塑性部分，除去，材料不能恢复原样，留有永久变形。,（一）、屈服及其特征,114,聚合物屈服点的特征：,1、聚合物屈服应变大。,2、有应变软化屈服点后有一个应力不大的下降，又称屈服降，此时,，。,、,y,有显著的温度依赖性。T，,y,；在超过T,g,或T,m,后，,y,=0,、,y,对静压力非常敏感，静压力，,y,、,y,随结晶度的增大而增大。,聚合物屈服点的特征：,115,聚合物的力学性能课件