何曼君高分子物理名词解释完整版(4)

第六章 橡胶弹性 一、名词解释 高弹性：橡胶处于高弹态显示出的弹性，其特点是弹性的模量很小形变很大，形变是个力学松弛过程且形变时伴有热效应。 熵弹性：理想高弹性等温形变过程，只引起熵变，对内部保持不变，即只有熵的变化对理想高弹性的弹性有贡献，这种弹性称为熵弹性。 理想弹性体：等温形变过程中内能保持不变的弹性体为理想弹性体。 热塑性弹性体：一种兼有塑料和橡胶特性、在常温下显示 橡胶高弹性、高温下又能塑化成型的高分子材料------也称为第三代橡胶。 永久变形：由于粘性流动是不能回复的，因此对线形高聚物来说，当外力除去后总会留下一部分不能回复的形变，称为永久变形 仿射形变假定：在橡胶弹性体的统计推导中，假定橡胶交联网中的交联点在形变前后都是固定在其平均位置上的，形变时，这些交联点与橡胶试样的宏观变形相同的比例移动，此为仿射性变假定。 真应力：由测量瞬间负荷和截面积计算得到的应力。 热弹效应：橡胶被拉伸时会发热，回缩时会吸热，而且伸长时的热效应会随伸长率而增加。 热弹转变现象：当伸长率小于10％时，F对T的曲线斜率会变成负值的现象。 ??11?? 贮能函数：W??kT?2??2??32?12?2?2?12??橡胶状态方程：t1?t2??okT?2??212??，t2?t3??okT?2??223??，2??2 t3?t1??okT?31二、问题 1.提高橡胶耐热性的手段和耐寒性的手段 答：提高耐热性手段：i、改变橡胶的主链结构；ii、改变取代基的结构；iii、改变交联链的结构。 提高耐寒性的手段：降低Tg，避免结晶 2.高弹性的特点，为什么聚合物具有高弹性，在什么情况下要求聚合物充分体现高弹性，什么情况下应设法避免高弹性 答：特点：A、弹性形变大B、弹性模量小C、弹性模量随绝对温度的增高成正比增加。D、形变时有明显的热效应 适度交联可以阻止分子链间质心发生位移的粘性流动，使其充分显示高弹性。 3.形变时伴有热效应的原因 答：恒温可逆过程： dQ=TdS, 当拉伸时dl>0, dS<0，dQ<0 拉伸放热, 回缩时 dl<0, dS>0， dQ>0 回缩吸热 这就解释了橡胶在拉伸中会放热的道理,也称为橡胶弹性的热效应（热弹效应） 4.热弹倒置现象及校正方法 答：在拉伸比 < 10%时，出现应力随温度的升高而下降的情况。称为热弹倒置现象。 校正方法:以实验温度下的未应变长度为基础计算出实际的伸长率，这时不同温度下的应力-伸长率曲线均通过原点，任何给定应变下的力都几乎精确地正比于绝对温度。从而消除热弹倒置效应。 - 16 - ??5.解释为什么聚合物的高弹性具有气、液、固三态的特征 答：作为橡胶的高分子具有柔性、长链结构，使其卷曲分子在外力作用下通过链段运动改变构象而舒展开来，除去外力双恢复到卷曲状态。 橡胶的适度交联可以阻止分子链间质心发生位移的粘性流动使其充分显示高弹性。 6.热塑性弹性体的结构特征并举例 答： 嵌段共聚型 TPE。Tg较低、显示橡胶弹性-----为“橡胶段（软段）”作“分散相” ；Tg或Tm较高的约束成分-----为“塑料段（硬段）”作“连续相” 。例：阴离子聚合得到的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）三嵌段共聚物。其中： PB为“橡胶段（软段）”作“分散相” ；PS为“塑料段（硬段）”作“连续相” ； 共混型 TPE。共混技术有三种：简单机械共混、部分动态硫化共混、动态硫化共混，例：热塑性乙丙橡胶 - 17 - 第七章 聚合物的粘弹性 一、名词解释 粘弹性：是材料对外界作用力的不同响应情况。对于聚合物，其力学性质可同时兼有不可回复的永久形变和可回复的弹性形变，介于理想弹性体和理想粘性体之间，形变与时间有关，但不是线性关系。此性质就是粘弹性。 线性粘弹性：粘弹性可由服从虎克定律的线性弹性行为和服从牛顿定律的线性粘性行为的组合来描述。 动态粘弹性：是应力或应变是交变的条件下得到的粘弹性，滞后现象和力学损耗（内耗）就属于动态粘弹性。 力学松弛：聚合物的力学性质岁时间的变化统称为力学松弛，包括蠕变、应力松弛、之后和内耗等。 蠕变：一定温度与恒定应力作用下，试样应变随时间增加而逐渐增大的现象。 应力松弛：一定温度与应变恒定条件下，试样内部应力随时间增加而逐渐衰减的现象。 滞后现象：一定温度与循环（交变）应力作用下，试样应变滞后于应力变化的现象。 内耗：（力学松弛）出现滞后现象，使形变的变化落后于应力的变化，则每一循环变化中就要消耗功。 滞后圈：以应力-应变关系作图时，所得的曲线在施加几次交变应力后就封闭成环，称为滞后环或滞后圈，此圈越大，力学损耗越大 滞后：聚合物在交变应力作用下，形变落后于应力变化的现象。 力学损耗：聚合物在应力作用下，形变的变化落后于应力的变化，发生滞后现象，每一个循环变化中就要消耗功，这个功就是力学损耗。 损耗角正切： 损耗角的正切可表示为任意两个相对应的损耗参数与储能参数的比值：''D''G''J''Etg????? ''''EDGJ蠕变曲线：由一个弹簧和一个粘壶串联而成。体系的总应变为两个元件各自的应变之和。体系的总应力与元件各自的应力彼此相等。 理想弹簧：力学性质符合虎克定律，应力正比于应变，比例系数为杨氏模量，在粘弹性的力学模型中用以模拟普弹性变。 理想粘壸：服从牛顿流体定律，在粘弹性的力学模型中用以模拟粘性形变。 Maxwell模型：由一个弹簧和一个粘壶串联而成。体系的总应变为两个元件各自的应变之和。体系的总应力与元件各自的应力彼此相等。用以模拟线性聚合物的应力松弛。 Voigt-Kelvin模型：是由一个弹簧和一个粘壶并联而成。体系的总应力为两个元件各自的应力之和。体系的总应变与元件各自的应变相等。用于模拟交联聚合物的蠕变。 四元件模型：可看成一个Maxwell单元和Voigt单元串联而成的。用于模拟线性聚合物的蠕变。 次级松驰：温度低于玻璃化转变的松弛过程统称为次级松弛。用αβγδ来命名，不同的松弛与不同的分子运动相关。 移动因子：αT 是温度T时粘弹性参数（模量、柔量、力学损耗等）转换为参考温度Ts时的参数在时间或频率坐标上和移动量。αT=τ/τs 动态力学形为： Boltzmann叠加原理：对于聚合物材料的蠕变过程，形变是整个负荷历史的函数，每一次阶跃式加负荷对以后应变的贡献是独立的，最终形变等于各个所加负荷所贡献的形变的加和。 时温等效原理：升高温度和延长观察时间对分子运动是等效的，对于聚合物的粘弹性行为也- 18 - 是等效的。这种等效性即被称为时温等效原理。 WLF方程：根据时温等效原理，对于任何松弛过程，升高温度和延长时间是等效的；同样，C1?T?Tg降低温度与缩短时间也是等效的，二者的关系即为WLF方程。Log??T?? ??C2TTg二、问题 1.聚合物为什么会发生应力松驰，什么是松驰时间及松驰时间的物理意义 答：应力松弛;分子处于不平衡的构象要逐渐过渡到平衡构象，链段顺着外力的方向运动以减少或消除内部应力。 松弛时间 ? 是一个特征时间：? =? / E 物理意义：应力松弛到初始应力的0.368倍时所需的时间称为松弛时间。松弛时间越长，该模型越接近理想弹性体。 2.力学损耗的定性比较 答：粘弹性材料的应变变化跟不上应力的变化，因而在循环变化过程中要消耗能量，这种消耗称为力学损耗或内耗。滞后现象越严重，内耗越大。? W???o?osin?o? 如果δ=0，则ΔW=0，这意味着所有能量都以弹性能量的形式存储起来，没有热耗散。 ? 如果δ=90°，则ΔW→max,这意味着所有能量都耗散掉了。 ? 以应力-应变关系作图时，所得的曲线在施加几次交变应力后就封闭成环，称为滞后环或滞后圈，此圈越大，力学损耗越大 3.Maxwell模拟应力松驰过程 答：有总应变恒定，所以dε/dt=0，因此：??1d????0 Edt???t??d??tEdt t?0???0当时，???o，有：????o??得到应力随时间的变化为：??t???oe?t?式中：τ称为松弛时间。 ? d??t?dt? ?o?E??t??有应力松弛模量的表达式：E?t??E?0?e?t4.Voigt-Kelvin模拟交联高聚物的蠕变 答：对于蠕变过程，???o为常数，有： 当t?0时，??0，积分上式有：??t??式中????为t??时的平衡应变， ?o?1?e??t???????1?e??t?（蠕变方程） E???E称为推迟时间。 有蠕变柔量为：D?t??D1?e?t?? - 19 - ? 在蠕变回复过程中，??0，所以有：E??t???d??t??0 dt以??0?表示开始回复时的应变，积分上式得??t????0?e??t（蠕变回复方程） 5.四元件模型模拟线型高聚物的蠕变 答：四元件模型描述蠕变过程的运动方程为：??t???o?oE1?E2ot ?1?e??t????3蠕变柔量可表示为：D?t????t?11t ??1?e??t??3?oE1E2??6.聚合物粘弹性表现最明显的温度区间 答：只有在Tg附近，聚合物应力松弛现象最为明显。 7.线形和交联聚合物在应力松驰与蠕变中的区别？ 答：应力松弛和蠕变是一个问题的两个方面，都反映了高聚物内部分子的三种运动情况：当高聚物一开始被拉长时，其中分子处于不平衡的构象，要逐渐过渡到平衡的构象，也就是链段要顺着外力的方向来运动以减少或消除内部应力。 - 20 -