37讲 5章7

nullnull5.5.4 聚合物的粘弹现象 第37章null1）弹性滞后 5.5.4 聚合物的粘弹现象 ◆ 如前所述，施加交变应力于橡胶态聚合物产生的交变应变 滞后于应力。◆ 施加应力和解除应力过程得到的应变-应力曲线不会重合。 两条应力-应变曲线形成一个封闭的环，称为（弹性）滞后 环，环面积的大小表征应力-应变循环过程中耗散能量的多 少，是聚合物粘性大小的量度。 2）力学损耗 3）蠕变 4）应力松弛 null图5-12 硫化橡胶的拉伸应力-应变曲线 （图中虚线为理想应力-应变曲线） null 图5-12 显示，在拉伸比较小如450%的条件下，拉伸-回复是完全弹性的，无滞后环。拉伸比提高到600 %则产生滞后环。 实际橡胶在大应变条件下出现弹性滞后行为的根本原因是存在以下几种能量损耗过程： ① 内摩擦，即内粘性：链段构象改变时候发生滑动； ② 诱导结晶：能量以结晶热形式耗散，回复时晶体熔融吸热； ③ 局部结构破坏：橡胶分子与填料物如炭黑等之间的强结合 力， 在拉伸时被破坏； null⑤ 应变软化：将硫化橡胶拉伸到一定程度以后再回复，然后重 复这一拉伸-回复过程，结果发现即使每次拉伸达到的长度都 相同（即伸长比相同），所需要的应力却一次比一次小。 ④ 微区变形：具有两相结构的橡胶如嵌段共聚或互贯网络热塑 性橡胶，其内部由具有橡胶结构的连续相和具有硬塑料结构 的分散相组成，后者被称为“微区”，在受到大应变作用时微 区常常会发生永久性变形； 这种现象称为Mullins效应，显示橡胶试样经过拉伸以后似乎变得越来越软。填充橡胶可以用结构破坏加以解释。 null图5-13 炭黑填充丁苯硫化橡胶的拉伸曲线 （曲线上的数字表示拉伸序号） null图5-14 纤维的回弹性性的测定示意图 弹性滞后对纤维材料的尺寸稳定性影响很大。 null 力学损耗又称为阻尼或内耗，是聚合物特有的一种重要的动态力学指标。 聚合物在交变应力的作用下，如应变振幅较小而且可以完全回复时，聚合物的粘性就表现为力学损耗。2）力学损耗 如果交变应力很大，应变振幅超过其弹性极限，则每一应力-应变循环之后都会留下一定的永久应变（即塑性应变），材料将不能保持尺寸及其他性能的稳定。 高的力学损耗对疲劳强度和抗磨损性能不利，但是却使聚合物具有良好的摩擦性能和声学阻尼性能，可以在机械制动（如刹车片等）和隔声、吸声材料方面开辟用途。 null3）蠕变 蠕变是恒定应力作用于材料时应变随时间延长而增大的现象，也是聚合物所特有的粘弹性的表现。 null图5-15 各种材料的应变-应力示意图 a弹性固体；b粘性流体；c线型粘弹性固体 null图5-16 非晶态聚合物在不同温度下的典型蠕变曲线和模量-温度曲线对照图 null 所谓应力松弛是指发生瞬时弹性应变的材料为了维持应变恒定所需的应力随时间延长而减小的现象。 产生应力松弛的原因与产生蠕变的原因相同，也是由于大分子链段的运动能力以及聚合物凝聚态结构的不稳定性。 null5）蠕变和应力松弛与应力大小的关系 蠕变和应力松弛都是应力或应变小于屈服值（弹性极限值）聚合物材料所表现出的力学行为。 null图5-18 玻璃态聚合物在20℃时的典型拉伸蠕变曲线 拉伸力a、b、c、d、e、f分别为10、20、30、40、50和 60 MPa。