36讲 5章6

nullnull5.5.3 聚合物的动态力学性能 第36讲null ◆ 聚合物在交变应力作用下表现的力学性能称为 动态力学性能。 5.5.3 聚合物的动态力学性能 ◆ 表现非线性弹性，形变时出现多种形式的能量耗 散，从而表现出粘弹性。 施加交变应力使每次应力循环中所产生的应变完全回复而不留下残余形变，则在恒定应力作用频率条件下连续改变温度，或在恒定温度条件下连续改变应力频率，都可以测得聚合物的动态力学谱。null力学损耗表征聚合物的粘性损耗 动态模量表征温度或应力交变频率对弹性模量的影响， 动态力学谱包括：力学损耗（即阻尼）和动态模量两条曲线。 null1）各种聚合物的动态力学性能 ◆ 非晶态有机玻璃（图5-7） 玻璃化转变（即α转变）使模量大幅度地急剧降低，β转变也使模量小幅度地缓慢下降。 ◆ 结晶聚合物（图5-8） 玻璃化转变过程随结晶度增加而变宽，转变强度变弱，模量降低速率相对缓慢，下降幅度减小， null图5-7 聚甲基丙烯酸甲酯的动态力学条件下的模量和力学损耗 null图5-8 不同结晶度聚甲基丙烯酸甲酯的动态力学曲线 （结晶度a, b, c 分别为5, 34, 50%） null图5-9 高密度聚乙烯和低密度聚乙烯的松弛转变 null图5-10 高密度聚乙烯和低密度聚乙烯的动态力学曲线 null ◆ LDPE和HDPE的两个最高峰α和α′均产生于晶区的松 弛转变，模量在该转变区间有相当大的下降； ◆ β转变只产生于LDPE的非晶区，可以认为是非晶态聚乙 烯的玻璃化转变。 ◆ 由于HDPE的结晶度很高，非晶区很少，因此曲线上看不 出β转变。 ◆ γ峰对应于非晶区分子主链的局部运动引起的松弛转变， 其对模量的影响较小。 图5-9可见：null2）粘流态聚合物的动态力学性能——复数模量和复数柔量 ◆施加正弦交变应力产生的正弦交变应变将由于聚合物的粘 性耗散而滞后于应力，滞后的相位角为δ，应变与应力之 间满足正弦关系式： ε==ε0 sinωt σ==σ0 sin (ωt +δ) ==σ0 sinωt cosδ+σ0 cosωt sinδ 式中ω 为角频率，ε和ε0分别为应变和应变振幅，σ0为应力振幅，t为时间。 null上式显示，应力由以下两部分组成： ◆ 与应变同相位，数值等于应力振幅与相位角余弦之乘积； ◆ 与应变相位相差900，等于应力振幅与相位角正弦之乘积。通过同相位模量E′和反相位模量E″将应力应变联系起来：σ== E′ε0 sinωt + E″ε0 cosωt 实数模量：E′==σ0 cosδ/ε0 虚数模量：E″==σ0 sinδ/ε0 null图5-11 复数模量与损耗角示意图 应变表示为： ε==ε0 exp iωt 应力表示为：σ==σ0 exp i (ωt +δ) null复数模量表达式： E *==σ/ε ==σ0/ε0 exp iδ ==σ0/ε0 （cosδ+ i sinδ） == E′+ i E″ 将应力与应变同相位的实数模量称为储能模量； 应力与应变存在π/2相位差的虚数模量称为损耗模量。 null一个循环周期内的能量损失为： 能量损耗（也称为阻尼或衰减）的大小可以用损耗模量E″、损耗角的正切tgδ 或所谓“对数减量”（即πtgδ）三种方式进行表示。 null3）聚合物动态力学性能的测定方法 ① 扭摆 一种基于自由衰减振动的方法，测定频率常用1 Hz， 温度扫描，测定G′、G″和tgδ。扭辫是扭摆的发展，试样为浸渍聚合物的玻璃纤维辫，提高了测定温度范围，扩大了应用领域。 ② 动态粘弹谱 ③ 震簧