内耗力学损耗.ppt

* * 高分子的特征之一：粘弹性 粘弹性高分子力学性能受T、t、σ、ε 四个因素影响 力学松驰现象 静态： 蠕变 应力松驰 动态： 内耗 滞后 7.1.1 蠕变 7.1 粘弹性现象 定义：材料（高分子材料）在恒定的外界条件下T、P，在恒定的外力σ下，材料变形长度ε随时间t的增加而增加的现象。 现象：晾衣服的塑料绳（尼龙绳）; 坐久了的沙发; 晾着的毛衣 蠕变曲线: 通常,蠕变曲线代表三部分贡献的叠加: 7.1.1 蠕变 (1)普弹形变：键角，键长的变化 (2)高弹性变：链段运动 (3)粘性形变：整链运动 式中:E1—普弹模量，D1—普弹柔量 式中:E2—普弹模量，D2—普弹柔量 式中:E3—普弹模量，D3—普弹柔量 7.1.1 蠕变 影响蠕变的因素： a. 分子链的柔顺性 柔顺性越大，蠕变越快；刚性大，蠕变速度慢 常用：PVC薄膜 b.分子量： 分子量越大，蠕变越慢 c交联度: 交联的发生，蠕变变慢 在橡胶交联中应用 d分子运动能力增加，蠕变变快 蠕变与温度和外力的关系 7.1.1 蠕变 影响蠕变的因素： e 结晶，蠕变变慢 f 外力变大，蠕变变快 g 热处理，蠕变减小（热处理 消除橡胶的内应力） 应用： 在齿轮或高精密元件时，蠕变变小，易选用刚性大的工程塑料 化工管道用PVC（耐酸碱腐蚀） 缺点：易蠕变 改进：以PVC为内层，外层用玻璃钢 聚四氟乙烯，蠕变大，不能做精密机械零件 几种聚合物23度时蠕变性能比较 1—聚砜，2—聚苯醚，3—聚碳酸酯 4—改性聚苯醚，5—ABS（耐热级） 6—聚甲醛，7—尼龙，8—ABS 7.1.2 应力松弛 定义: 材料在一定温度下，受到某一恒定的外力（形变），保持这一形变所需随时间的增加而逐渐减小的现象 生活中的形变： 松紧带子 密封件 在受外力时，密封效果逐渐变差（密封的重要问题） 线性和交联聚合物的应力松弛曲线 7.1.2 应力松弛 应力松弛的影响因素 1.交联： 由于交联的存在，分子链之间不能产生相对位移，高聚物不能产生塑性形变，故应力只能衰减到一平衡值而不能松驰到零。所以，和蠕变一样，交联也是克服应力松驰的重要措施。为此，橡胶制品需要交联处理 7.1.2 应力松弛 应力松弛的影响因素 2.温度 温度很高，远远超过Tg时，常温下的未交联橡胶，链段运动时受到的内摩擦力很小，应力很快就松驰掉 温度太低，比Tg低得多，如常温下的塑料，虽然链段受到很大的应力，但由于内摩擦力很大，链段运动的能力很弱，所以，应力松驰极慢，不易觉察 只有在Tg附近几十度范围内，应力松驰现象才比较明显 不同温度下的应力松驰曲线： T→∞，会达到σ=0的状态 如在生活中(密封件)需要注意应力松弛， 使用前应消除内应力，采用退火等热处理 7.1.3 滞后现象与内耗 滞后：交变压力作用下，高分子材料的形变总是落后于应 力变化的现象 产生原因：分子运动的时间依赖性总落后于应力的变化 例子：橡胶轮胎 传送带 一侧拉力，一侧压力 防震材料，隔音材料 （1）滞后 7.1.3 滞后现象与内耗 滞后影响因素 1.滞后与分子结构有关 刚性分子，滞后小；柔性分子，滞后大 柔性分子链易运动，对应力进行反应，但不易跟上应力的变化； 极柔性（理想）的高分子滞后也不明显；柔性分子链太易运动，跟不上应力的变化； 只有柔性适中的高分子滞后表现明显 7.1.3 滞后现象与内耗 滞后影响因素 2.外力作用频率 频率高，链段来不及运动，不存在滞后，表现为刚性高分 频率低，分子链跟得上外力变化，滞后也不太明显 频率适中时，分子链既运动又跟不上外力变化，滞后大 7.1.3 滞后现象与内耗 滞后影响因素 3.温度 温度很高，分子运动加剧，跟得上外力变化，滞后不明显 温度很低，分子运动极慢，对外力变化不反应，滞后也不明显 温度适中，高分子有一定的运动能力，响应外力变化，但又跟不上变化，滞后很明显 7.1.3 滞后现象与内耗 （2）内耗（力学损耗） 形变总是落后于应力，有滞后存在，由于滞后，在每一循环中就有质量的损耗，滞后环在拉伸中所做的功，作为热能而散发 （2）内耗（力学损耗） OA为无滞后的曲线，σ撤去，沿AO回复 有滞后时，在拉伸时，σ↑(ε↓)得到曲线B，在OA上；回缩时，σ↓ (ε↑) 得到曲线C，在OA之下，OBAC为滞后环 拉伸时，W1 = OBAP的面积 回缩时，W2= OCAP的面积 内耗= W1- W2 为滞后环的面积 硫化橡胶拉伸和回缩时的应力－应