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1、 聚合物力学 性能 定义：聚合物达到玻璃态转变温度以后，链 段运动激化，受力后能产生可以回复的大形 变，此时的状态称之为高弹态。 高弹态和玻璃态、粘流态一样，是聚合物特 有的力学状态，它可表现出橡胶的弹性行为 高弹性的本质： 高弹性是由熵变引起的，在外力作用下，聚 合物分子链由卷曲状态变为伸展状态，熵减 小；当外力移去后，由于热运动，分子链自 发的趋向熵增大状态，所以形变可逆。 高弹性与分子链结构的关系 材料之所以具备高弹性，是由于链段运动能比 较迅速的适应外力而改变分子链的构象。 这要求材料具备什么样的结构呢？ 要求常温下分子链段就要充分显示出柔性，且 分子链不易结晶。 橡胶 Rubber
2、is also called elastomer . It is defined as a cross-linked amorphous polymer above its glass transition temperature . 橡胶高弹性的特点： 形变量大（链段长，具有柔性） 形变可恢复（交联结构） 弹性模量小且随温度升高而增大 形变伴有热效应（分子内摩擦，结晶） 一、弹性变形及其实质 弹性变形及其实质：弹性变形是一种可逆变形（即卸载 后可以恢复变形前形状的变形，热力学意义上的可逆变 形）。 弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程 度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变 形的应力也
3、越大，即材料刚度越大，亦即在一 定应力作用下，发生弹性变形越小。 弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹 性变形所需要的应力。 这个定义对金属来讲是没有任何意义的， 这是因为金属材料所能产生的弹性变形量 是很小的，但是对高聚物来说意义重大。 在弹性变形阶段，表示聚合物材料在外载 荷下抵抗弹性变形的能力。 F F F F 1、交联与缠结效应 模量会随交联点的功能度增加而增大 2、溶胀效应 体系网链密度降低，平均末端距增加，模量下降 3、网链极限伸长 产生非高斯效应，弹性模量大幅度增加 4、应变诱发结晶 网链沿伸展方向取向，有序化程度提高，利于结晶， 模量下降 5、填料 6、温度 在交变的应力（
4、应变）作用下，应力和应变都是 时间的函数，弹性模量的形式也发生相应变化。 应变随时间变化：（t）=o Sint 应力随时间变 化： (t)=o Sin(t+)= o Sint Cos+ o Sin Cost 应力由两部分组成： 1）与应变 同相位的应力o CosSint 弹性形变的动力 2）与应变 相差90度相位的应力o SinCost 消耗在克服内摩擦阻力上的力(内耗) 储能模量E同相位的应力与应变 的比值 ： E= o cossint/ o sint = o / o cos 反应材料的弹性 损耗模量E”相差90度相位的应力振幅与 应变 振幅的比值： E”= o / o sin 反应材料的粘
5、性 力学损耗角： E/E= o / o cos / o / o sin=tan 力学损耗角，可以用tan表示内耗的大小 当样品受到变化着的外力作用时，产生相应的应 变。在这种外力作用下，对样品的应力-应变关系 随温度等条件的变化进行分析，即为动态力学分 析。 动态力学分析是研究聚合物结构和性能的重要手 段，它能得到聚合物的储能模量，损耗模量和力 学损耗，这些物理量是决定聚合物使用特性的重 要参数。同时动态力学分析对聚合物分子运动状 态的反映十分灵敏，考察模量和力学损耗随温度 、频率以及其它条件的变化的特性可得聚合物结 构和性能的许多信息，如阻尼特性、相结构及相 转变、分子松弛过程、聚合反应动力
6、学等等。 动态力学分析对分子运动特别灵敏。当一定 温度下高分子链段运动频率与仪器施加频率一 致时，由于链段运动而产生的分子间摩擦作用 能最大限度地损耗机械能，此时值达到最大值 。储能模量也随温度上升而大幅度下降。 动态粘弹谱仪主机炉内结构如图所示。样品通过夹 具（拉伸、压缩、剪切、悬臂梁、三点弯曲等夹具 ），T-bar与驱动器，应力传感器和位移检测器相连 接。试样在预张力（最大值：15N）的作用下由驱动 器施加一固定频率的正弦伸缩振动。预张力的作用 是使试样在受到伸缩振动时始终产生张应力。应力 传感器和位移检测器分别检测到同样振动频率的正 弦应力和应变讯号，经仪器信号处理器处理，直接 给出值。 炉温范围：-150600（注意：设置温度禁止超 过材料熔点） 升温速率：0.1/min40/min（400后 25/min） 降温速率：0.1/min20/min 或改变频率：频率范围：1.610-3200Hz。最后可 得到，和对温度（T）、频率（HZ）或时间（t）的 图谱。 样品制备: 根据不同的材质进行制样：薄膜、片材 等 注：不要超过其夹具量程，不要碰到温度探头 样品不要在所设定的温度内熔融
