杉木动态黏弹行为的时温等效性
【国家自然科学基金】_时温等效_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140730
科研热词 推荐指数 主曲线 3 道路工程 2 玻璃化转变温度 2 沥青混合料 2 静水压力 1 轮轨接触 1 聚氨酯空腔尖劈 1 纳米硅/单晶硅异质结magfet 1 粘弹性能 1 空隙率 1 磁灵敏度 1 磁传感器 1 环氧沥青混合料 1 热透镜 1 激光器 1 激光二极管侧面抽运 1 残余应力 1 有限元法 1 径向稳区 1 弹塑性 1 声呐平台 1 基因遗传算法 1 吸声性能 1 压力作用 1 动态频率扫描试验 1 动态模量 1 动态力学分析(dmta) 1 动态剪切流变仪 1 切向稳区 1 切向力 1 低温性能 1 不等位电势 1 丁腈橡胶 1 wlf方程 1 cam模型 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 行波 饱和砂岩 阴离子本体聚合 道路工程 超分子 衰减和频散 苯乙烯 自由体积理论 胶体结构 聚集态 老化 缔合 紫外老化试验 粘度 疲劳载荷 热弛豫机制 温-粘特性 沥青胶结料 沥青混合料 构效关系 时温等效 承载力 引发机理 应力松弛 岩石力学 合成 压-粘特性 力学行为 分子对接 乙酰胆碱酯酶抑制剂 6-二芳基-7h-噻唑并[3 4-三嗪-7-酮 2-b]-1 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 1 1 2 1
科研热词 时温等效原理 黏弹性 道路工程 连续松弛谱 聚苯乙烯 老化 细观结构 细观力学 简单性能试验 离散元 环氧沥青混合料 炭黑 温度 泡沫铝 时-温等效 应变率 应力降 平移因子 失稳 动态模量 再生沥青混合料 主曲线 nepe推进剂 hopkinson杆
高分子物理chapter7粘弹性
26
f
F
σ 第7章 聚合物的黏弹性
σ
F
f
σ为拉伸应力 f为内摩擦力 F为回复力
Mechanical loss 力学损耗 Hysteresis loss 滞后损耗，内耗
σ0
1 2 3
第7章 聚合物的黏弹性
2.内耗: 的现象. 由于力学滞后或者力学阻尼而使机械功转变成热
产生的原因: 当应力与形变的变化相一致时,没有滞后现象,每次形变所 作的功等于恢复形变时所作的功,没有功的消耗
图4 线形非晶态聚合物的蠕变及回复曲线
12
第7章 聚合物的黏弹性
蠕变Creep
•加力瞬间，键长、键角立即产生形变，形变直线上升 •通过链段运动，构象变化，使形变增大 •分子链之间发生质心位移
Creep recovery 蠕变回复
•撤力一瞬间，键长、键角等次级运动立即恢复，形变直线下降 •通过构象变化，使熵变造成的形变恢复
②理想交联聚合物，不存在粘流态， 3 =0， =1+2
14
第7章 聚合物的黏弹性
蠕变的影响因素
（1）温度：温度升高，蠕变程度变大 原因：外力作用下，温度高使分子运动速度加快，松弛加快
不同树种的木材物理力学性能
不同树种的木材物理力学性能不同树种的木材物理力学性能包括：弹性、塑性、蠕变、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、冲击韧性、抗劈力、抗扭强度、硬度和耐磨性等。
树木是木材的原体，是由它本身生命生存与繁衍的整个生长过程，积累了成为不同木材的物质，直到生命自然终结，或被认为终结生命，而成为被利用的材料。
树木是木质多年生植物，通常把它分为乔木和灌木两种。
乔木是l．3米以上，只有一个直立主干的树木；灌木是直立的、具有丛生茎的树木。
我国现有木本植物约7000多种，属乔木者约占1/3以上，但是作为工业用材而供应市场的只不过1000种，常见的约300种。
树木是人类繁衍延续到今天的必要条件。
它靠空气、水和阳光存活，通过一系列化学反应，形成树木肢体的物理变化，为人类营造出了天然的乐园。
“碳”是形成木材物理力基础。
树木在生长发育过程中，形成了高度发达的营养体。
水分及营养液等流体的输运现象始终伴随着树木营养生长的生理过程。
树木由树梢沿主轴向上生长（高生长），也在土壤深处向下生长（根生长），中间的树干部分沿着径向生长。
前一年形成的树干部分到了次年不会再进行高生长。
树木从天上接受阳光的沐浴，到地下去寻觅水分，把原料从树根输送到叶片。
由叶子制造养分，将养分向下输送，供给树木生长需要。
这样，树木生长过程中，形成了非常协调完备的水分及养分的输送系统。
一株红杉（美）树高达112米，一株杏仁桉（奥）树竟高达156米，一株银杏（中）树龄达3000年，一株世界爷（美）树龄竟达7800年。
那么对于如此高大、如此年久的树木，体内各种物质（水、矿物质、可溶性碳水化合物和激素等等）是它的最外层是树皮（外皮），树皮里边一层是韧皮部（也叫内皮），经它将营养液由叶部输送到树木的其他部分（包括根在内）。
再向内一层是形成层，它的细胞不断分裂，使树木沿径向生长而不断加粗。
再往里是边材和心材，即木质部，木质部中被叫做导管的细胞组织，它将树液输送到茎和叶部。
7 粘弹性
t
18
第7章 聚合物的黏弹性
2、应力松弛 Stress Relaxation
• 在恒定温度和形变下，维持此形变所需的应力随时间增加而逐渐衰减
0e
0
t
松弛时间 交联高分子 应力衰减至某一平衡值
Crosslinked polymer
Linear polymer
0
t
未交联高分子 应力最终衰减至零
4
第7章 聚合物的黏弹性
5. 力学松弛 聚合物的力学性质随时间变化的现象，叫力学松弛。 包括蠕变及其回复，应力松弛和动态力学实验等。 蠕变 静态的黏弹性 力学松弛 动态黏弹性 力学损耗(内耗)
5
应力松弛 滞后现象
第7章 聚合物的黏弹性
二、静态黏弹性 应力或应变恒定，不同时间时，聚合物材料所表现出来 的黏弹现象。
恒值 (t>t2)
＝
t1
t2
t
3-----本体粘度
分子间滑移，不可恢复
11
图3 理想粘性流动蠕变
第7章 聚合物的黏弹性
当聚合物受力时，以上三种形变同时发生，聚合物的总形变 方程:
2+3 1
1 2 3
t
( t ) 1 2 3 -t
(1 e ) t E1 E2 3
32
tanδ由小到大的顺序：
第7章 聚合物的黏弹性
内耗受温度影响较大
Tg以下，高聚物受外力作用后形变很小， 仅键长、键角变化，速度快，几乎跟得上 应力变化，内耗小
Tg Tf
T Tan
温度升高，高分子向高弹态过渡。链段开始运动，而体系粘度还很大， 链段运动时受到摩擦阻力比较大，高弹形变显著落后于应力的变化，内 耗也大 温度进一步升高，链段运动比较自由，内耗变小 因此，在玻璃化转变区域出现内耗峰 温度继续升高，高分子向粘流态过渡。由于分之间互相滑移，内耗急剧 增加
高分子物理简答题整理
15 聚合物流动过程中会产生哪些弹性效应？如何减小它们带来的不利影响？ 答：主要有法向应力效应，挤出物胀大现象和不稳定流动（或熔体破裂）现象。 减小的措施： （1）升高模具温度，缩短松弛时间，加快弹性恢复； （2）采用较低的流速，降 低剪切力， 减轻弹性效应； （3） 合理设计流道几何形状； 避免尺寸突然变化， 减轻拉伸流动。 增加流道长径比，以利于弹性形变充分松弛。 （4）采用热处理工序，在接近 Tg 温度下将制 品放置一段时间，使弹性形变尽可能恢复，消除内应力。
高分子物理简答题整理
聚合物的黏弹性
1. 什么是黏弹性？ 答： 聚合物的形变的发展具有时间依赖性， 这种性质介于理想弹性体和理想黏性体之间， 称为黏弹性。黏弹性是一种力学松弛行为。 2.（1）分别举两例说明聚合物弹性中伴随有黏性（称为黏弹性）和黏性中伴有高弹性（称 为弹黏性）的现象。 答：橡胶的应力松弛是黏弹性，橡胶拉伸断裂后有永久残余形变也是黏弹性；而挤出物胀大 效应和爬杆效应是弹黏性。 （2）分别说明橡胶弹性中和聚合物黏性熔体中带有弹性的原因。 答：橡胶分子量构象改变时需要克服摩擦力，所以带黏性。聚合物分子链质心的迁移是通过 链段的分段运动实现的，链段的运动会带来构象的变化，所以高分子黏性熔体带黏性。 （3）成型加工中如何降低降低橡胶的黏性和聚合物熔体的弹性？ 答：降低橡胶黏性的方法是适度交联。在成型加工中减少成型制品中的弹性成分的方法是： 提高溶体温度，降低挤出速率，增加口模长径比，降低相对分子质量，特别要减少相对分子 孩子量分布中高相对分子质量尾端。 3.为什么说作用力的时间与松弛时间相当时，松弛现象才能被明显的观察到？ 答：当作用力的时间比松弛时间短的多时，运动单元根本来不及运动，因此聚合物对外 力作用的响应可能观察不到。当作用力的时间比松弛时间长的多时，运动单元来得及运动， 也无所谓松弛。 只有当作用力的时间与链段运动的松弛时间同数量级时， 运动单元可以运动， 又不能完全跟得上，分子链通过链段运动逐渐伸展，形变量比普弹形变大得多，松弛现象才 能被明显的观察到。 类似的也有： 普遍现象与温度的高低和外力的大小有关，温度过低，外力太小时，形变很小而且发展 很慢，在短时间内不易觉察蠕变现象；温度过高，外力过大时，形变发展过快，也感觉不出 蠕变现象；只有在高聚物的 Tg 附近及适当的外力作用下，链段既可以运动，但运动时受到 的内摩擦力又较大，因而只能较缓慢地运动，这时可以观察到明显的蠕变现象。 应力松弛与温度有关，如果温度远远超过 Tg，此时链段运动时受到的内摩擦力很小， 应力很快就松弛掉了，几乎觉察不到。如果温度比 Tg 低得多，虽然链段受到很大的内力作 用，但是由于内摩擦阻力很大，链段运动困难，应力松弛很慢，也不容易被觉察。只有温度 在玻璃化温度附近的几十度范围内，应力松弛现象最为明显。 影响高聚物的滞后现象的因素：本身的化学结构，刚性分子的滞后现象较小，而柔性分 子滞后现象很严重。外界条件，如果外力变化的频率低，链段运动能跟得上外力的变化，滞 后现象就很小，如果外加变化频率很高，链段根本来不及运动，滞后现象很小，只有外力变 化的频率适中时，链段既可以运动，但又跟不上应力的变化，才出现较明显的滞后现象。改 变温度也会产生类似的影响。 在外力频率不变的情况下， 温度很高时， 链段运动变得很容易， 应变几乎不滞后于应力的变化，温度很低时，链段运动速度很慢，在应力变化的时间内形变
第七章粘弹性课后习题
第七章粘弹性一、思考题1. 何谓高聚物的力学性能？从承载速度区分，力学性能可分为哪几类？2. 何谓粘弹性？何谓Boltzmann 叠加原理？何谓时温等效原理？3. 粘弹性实验一般有哪些？何谓应力松弛和蠕变？什么是松弛模量和蠕变柔量？松弛时间与推迟时间有何异同？4. 什么是高聚物的力学滞后和内耗？表征高聚物动态粘弹性的参量有哪些？用什么参量描述其内耗大小？5. 如何由不同温度下测得的E-t 曲线得到某一参考温度下的叠合曲线？当参考温度分别取为玻璃化温度和玻璃化温度以上约50C时，WLF方程中的C2应分别取何值？哪一组数据普适性更好？6. 粘弹性力学模型中的基本元件和基本连接方式有哪些？它们有何基本关系式？写出Maxwell 模型和Voigt 模型的基本微分方程。
广义Maxwell 模型和广义Voigt 模型分别适用于描述高聚物在什么情况下的性质？二、选择题1．高聚物的蠕变与应力松弛的速度( ) CD与温度无关②随着温度增大而减小③随着温度增大而增大2 •用T g为参考温度进行E t曲线时温转换叠加时，温度低于T g的曲线，其lg a值为( )C1 正，曲线向右移动C2 负，曲线向左移动C3 负，曲线向右移动C4 正，曲线向左移动3．高聚物发生滞后现象的原因是( )C1 高聚物的弹性太大C2 运动单元运动时受到内摩擦力的作用C3 高聚物的惰性大4．Voigt 模型可用于定性模拟( )C1 线性高聚物的蠕变C2 交联高聚物的蠕变C3 线型高聚物的应力松弛C4 交联高聚物的应力松弛5．Maxwell 模型可用于定性模拟( )C1 线型高聚物的蠕变C2 交联高聚物的蠕变③线型高聚物的应力松弛（④交联高聚物的应力松弛6 •高聚物黏弹性表现最为明显的温度是（）①v T g ②高于T g附近③T f附近7. 高聚物的蠕变适宜用（）的模型来描述。
①理想弹簧和理想黏壶串联（②理想弹簧和理想黏壶并联③四元件模型8. 高聚物的应力松弛适宜用哪种模型来描述？（）①广义Maxwell模型②广义Voigt模型③四元件模型9. 对于交联高聚物，以下关于其力学松弛行为哪一条正确？（）③蠕变能回复到零③应力松弛时应力能衰减到零③可用四元件模型模拟三、判断题（正确的划“V”，错误的划“X”）1. 交联聚合物的应力松弛现象，就是随时间的延长，应力逐渐衰减到零的现象。
高分子物理第8章第四课.
• 3.借助于转换因子可以将在某一温度 下测定的力学数据，变成另一温度下 的力学数据，这就是时温等效原理。
• 4.实用意义
通过不同 温度下可以试验测得的力 学性质进行比较或换算，得到有些高 聚物实际上无法实测的结果(PE)
• 由实验曲线 迭合曲线
log E
T1
T2 T3
T4
T5 T6 T7
123
反映材料形变时内耗的程度（粘性）
E" tg
E'
滞后角 力学损耗因子
log E' log E"
tg
tg 损耗因子
E' 储能模量
log 0
E" 损耗模量 log
动态力学分析(DMA)
• 动态力学行为是指材料在振动条件下，即在交 变应力（交变应变）作用下做出的力学响应， 即力学性能(模量、内耗)与温度、频率的关系。
E d 可以变成 d dt
E dt
0 E
当t 0时, 0上式积分.
t 0 1 et / 1 et / E
式中 , 是t 时的平衡形变.
E 蠕变过程的松弛时间, 有时称为推迟时间.
21
模型用途:模拟交联高聚物的蠕变过程.
当F作用到模型上时,由于粘壶的存在,弹簧不能立即被拉开, 只能随着粘壶慢慢被拉开,形变是逐渐发展的.外力除去,由于 弹簧的回复力,整个模型的形ห้องสมุดไป่ตู้也慢慢被回复.所以该过程反 映了蠕变过程中的一种形变—高弹形变
38
.WLF方程的应用意义 • 由于时温等效性，可以对不同温度下测定的结果进行换
算，从而得到一些实验上无法测定的结果。 • 例如在材料的实际使用中，常常提出其室温下使用寿命
聚合物的粘弹性
不同温度下的曲线的平移量 lgαT 不同，对于大多数非晶高聚物，lgαT 与 T 的关系符合经验的 WLF
方程
lgαT
＝
− C1(T C2 +T
− T0 ) − T0
式中：C1、C2为经验常数。
为了是C1和C2有普适性，参考温度往往是特定值。经验发现，若以聚合物的 Tg 作为参考温度，C1＝
17.44，C2＝51.6（这是平均值，实际上对各种聚合物仍有不小的差别）。
图 tgδ ～T 上会出现多个内耗峰。习惯上把最高温度出现的内耗峰称α 松弛（即玻璃化转变），随后依次 称为 β 、 γ 、 δ 松弛。低于玻璃化转变的松弛统称为次级松弛（又称多重转变，又见第 6 章）。
β 松弛常归因于较大的侧基、杂原子链节的运动或短链段的局部松弛模式。 γ 松弛常归因于 4 个以
图 7-8 利用时温等效原理将不同温度下测得的聚异丁烯应力松弛数据换成 T＝25℃的数据（右上插图
给出了在不同温度下曲线需要移动的量）
表 7-1 力学性质四参量之间的关系
力学行为曲线
σ
ε
T
t
所研究的关系
热机械曲线
固定
改变
改变
固定
ε ＝ f (T )σ ,t
应力-应变曲线
改变
改变
固定
固定
σ = f (ε )T ,t
蠕变曲线
固定
改变
固定
改变
ε ＝ f (t)σ ,T
应力松弛曲线
改变
固定
固定
改变
σ = f (t)ε ,T
蠕变（creep）和应力松弛（stress relaxation）就是本章研究的静态黏弹性现象。 所谓蠕变，就是在一定温度和较小的恒定应力下，聚合物形变随时间而逐渐增大的现象。所谓应力松 弛，就是在固定的温度和形变下，聚合物内部的应力随时间增加而逐渐减弱的现象。 影响蠕变和应力松弛的因素有： （1）结构（内因）：一切增加分子间作用力的因素都有利于减少蠕变和应力松弛，如增加相对分子质 量，交联，结晶，取向，引入刚性基团，添加填料等。 （2）温度或外力（外因）：温度太低（或外力太小），蠕变和应力松弛慢且小，短时间内观察不到； 温度太高（或外力太大），形变发展很快，形变以黏流为主，也观察不到。只有在玻璃化转变区才最明显。 2.动态黏弹性现象 动态黏弹性现象是在交变应力或交变应变作用下，聚合物材料的应变或应力随时间的变化。主要讨论 滞后（retardation）和力学损耗（内耗，internal friction）两种现象。 所谓滞后，是在交变应力的作用下，应变随时间的变化一直跟不上应力随时间的变化的现象。所谓内 耗，是存在滞后现象时，每一次拉伸-回缩循环中所消耗的功，消耗的功转为热量被释放。
第七章粘弹性课后习题
第七章 粘弹性一、思考题1.何谓高聚物的力学性能？从承载速度区分，力学性能可分为哪几类？2.何谓粘弹性？何谓Boltzmann 叠加原理？何谓时温等效原理？3.粘弹性实验一般有哪些？何谓应力松弛和蠕变？什么是松弛模量和蠕变柔量？松弛时间与推迟时间有何异同？4.什么是高聚物的力学滞后和内耗？表征高聚物动态粘弹性的参量有哪些？用什么参量描述其内耗大小？5.如何由不同温度下测得的E-t 曲线得到某一参考温度下的叠合曲线？当参考温度分别取为玻璃化温度和玻璃化温度以上约50℃时，WLF 方程中的21C C 、应分别取何值？哪一组数据普适性更好？6.粘弹性力学模型中的基本元件和基本连接方式有哪些？它们有何基本关系式？写出Maxwell 模型和Voigt 模型的基本微分方程。
广义Maxwell 模型和广义Voigt 模型分别适用于描述高聚物在什么情况下的性质？二、选择题1．高聚物的蠕变与应力松弛的速度 ( )○1与温度无关 ○2随着温度增大而减小 ○3随着温度增大而增大2．用g T 为参考温度进行t E 曲线时温转换叠加时，温度低于g T 的曲线，其lg αT值为 ( )○1正，曲线向右移动 ○2负，曲线向左移动○3负，曲线向右移动 ○4正，曲线向左移动3．高聚物发生滞后现象的原因是 ( )○1高聚物的弹性太大○2运动单元运动时受到内摩擦力的作用○3高聚物的惰性大4．V oigt 模型可用于定性模拟 ( )○1线性高聚物的蠕变○2交联高聚物的蠕变○3线型高聚物的应力松弛○4交联高聚物的应力松弛5．Maxwell 模型可用于定性模拟 ( )○1线型高聚物的蠕变○2交联高聚物的蠕变○3线型高聚物的应力松弛○4交联高聚物的应力松弛6．高聚物黏弹性表现最为明显的温度是( ) ○1＜T○2高于g T附近○3f T附近g7．高聚物的蠕变适宜用（）的模型来描述。
○1理想弹簧和理想黏壶串联○2理想弹簧和理想黏壶并联○3四元件模型8．高聚物的应力松弛适宜用哪种模型来描述？( ) ○1广义Maxwell模型○2广义V oigt模型○3四元件模型9．对于交联高聚物，以下关于其力学松弛行为哪一条正确？( ) ○1蠕变能回复到零○2应力松弛时应力能衰减到零○3可用四元件模型模拟三、判断题（正确的划“√”，错误的划“×”）1．交联聚合物的应力松弛现象，就是随时间的延长，应力逐渐衰减到零的现象。
【国家自然科学基金】_动态黏弹性_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140731
科研热词 落叶松 木材干燥 干燥应力 黏弹性应变 黏弹性库仑应力 黏弹性双相介质 黏弹性 静态库仑应力 道路工程 玛尼mw 7.6地震 滞后角 沥青混合料 水泥沥青胶凝材料 水泥沥青砂浆 松弛过程 机械吸附蠕变 时域 损耗角正切 弹性应变 应变率 应力分布 复合材料 地震触发 同伦法 可可西里mw 7.8地震 参数反演 动态黏弹性 动态模量 动态响应 动态剪切模量 动力响应 全温全频分析 二氧化硅/木材复合材料 主曲线
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
科研热词 黏弹性 计算方法 表观活化能 胶接材料 皮肤组织 界面裂纹 热变性 热力学行为 沥青路面 永久变形 有限元 接触 损伤 悬架 应力松弛 干燥处理材 履带式车辆 奇异积分方程 含水率 动脉 动态应力强度因子 动态 力学松弛过程 光纤bragg光栅 低温保存 传感器
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
应力积分法 应力强度因子 应力场 岩石力学 多裂纹 复配 复刚度 塑性加工 地震抗滑稳定性 土-桩相互作用 含水率 参数反演 北布扎奇油田 动态黏弹性分析 动态黏弹性 动态监测 动力响应 动力刚度 凝胶 冷结晶 三维模型 timoshenko模型 timoshenko梁 laplace变换
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
高分子物理习题答案(名词解释4-9章)
第4章 聚合物的分子量与分子量分布1.统计平均分子量由于聚合物分子量具有两个特点，一是其分子量比分子大几个数量级，二是除了有限的几种蛋白质高分子外，分子量都不是均一的，都具有多分散性。
因此，聚合物的分子量只有统计意义，用实验方法测定的分子量只是具有统计意义的平均值。
2.微分分子量的分布函数0000()()()1()1n M dM n m M dM mx M dM w M dM ∞∞∞∞====⎰⎰⎰⎰以上是具有连续性的分子量分布曲线 3.分子量分布宽度实验中各个分子量与平均分子量之间差值的平方平均值 4.多分散系数α表征聚合物式样的多分散性。
w n M M α=或zwM M α= 5. Tung (董履和)分布函数表征聚合物的分子量分布，是一种理论分布函数，在处理聚合物分级数据时十分有用。
6.散射介质的Rayleigh 比表征小粒子所产生的散射光强与散射角之间的关系，公式为2(,)iI r R I θθγ= 7.散射因子()P θ表征散射光的不对称性参数，()P θ是粒子尺寸和散射角的函数。
具体公式如下：222216()1sin 3()2P S πθθλ-=-'注：nλλ'=，2S--均方旋转半径，λ'-入射光在溶液中的波长8.特性粘数[]η表示高分子溶液0c →时，单位浓度的增加对溶液比黏度或相对黏度对数的贡献，具体公式如下：0ln []limlimsprc c ccηηη→→==9.膨胀因子χχ维溶胀因子，在Flory 特性黏数理论中应用方式为;2220h hχ=10. SEC 校正曲线和普适校正曲线(1) SEC 校正曲线：选用一组已知分子量的单分散标准样品在相同的测试条件下做一系列的色谱图。
(2) 普适校正曲线：322()[]h Mφη=以lg[]M η对e V 作图，对不同的聚合物试样，所得的校正曲线是重合的。
第5章 聚合物的分子运动和转变1.玻璃-橡胶转变(玻璃化转变)非晶态聚合物的玻璃化转变即玻璃-橡胶转变，对于晶态聚合物是指其中的非晶部分的这种转变。
动态力学分析
oe
t /
式中σo是起始应力，τ是松弛时间。 如果温度远远超过 Tg ，此时链段运动时受到的内 摩擦力很小，应力很快就松弛掉了，几乎觉察不到。 如果温度比Tg低得多，虽然链段受到很大的应力作用 ，但是由于内摩擦阻力很大，链段运动困难，应力松 弛极慢，也不容易被觉察。只是在玻璃化温度附近的 几十度范围内，应力松弛现象最为明显。
1.1 蠕变
蠕变是指在一定的温度和较小的恒定外力（ 拉伸、压缩或剪切）作用下，材料的形变随时间的 增加而逐渐增大的现象。 ① 普弹形变ε1。 ② 高弹形变ε2。 ③ 粘性流动ε3。
(t ) 1 2 3
E1
E2
(1 e
t /
) t 3
1.2 应力松弛
如果应力与应变关系可由服从虎克定律的弹性 行为和服从牛顿定律的粘性行为的线性组合来描述 ，那么称之为线性粘弹性，否则为非线性粘弹性。 高聚物的力学性质随时间的变化统称为力学松 弛，粘弹性是一种力学松弛行为。 根据高分子材料受外部作用情况的不同，粘弹 性表现出不同的现象，最基本的有蠕变、应力松弛 、滞后和力学损耗。
o cos sin t o sin sin(t / 2)
应力由两部分组成，一部分与应变同相位，幅值 为σocosδ，用于弹性形变；另一部分与应变相差 π/2，幅值为σosinδ，用于克服摩擦阻力。
定义E’为同相位的应力和应变的比值：
实数模量，又称储能模量， 表示材料在形变过程中由于 弹性形变而储存的能量。 定义E”为相位差π/2的应力和应变的比值：
内耗的大小因高聚物的结构而异。侧基的大小、 和数量：分子链上没有取代基团，其内耗较小；体 积较大的侧基、侧甲基数目较多，则内耗较大。橡 胶的内耗越大，吸收冲击能量越大，但是回弹性较 差。 高聚物的内耗与温度有关：玻璃化转变温度时 出现一个与链段运动有关的内耗峰。当接近粘流温 度时，出现与分子链运动有关的内耗极大值。 内耗峰值出现的温度大小次序：分子链运动的 内耗峰＞链段运动的内耗峰＞基团运动的内耗峰。 内耗与交变应力的作用频率有关：在频率适中 的范围内，链段既能运动又跟不上外力的变化，滞 后现象较明显，内耗在这一频率范围将出现一个极 大值。
高分子物理思考题名词解释
溶剂分子渗入聚合物内部，即溶剂分子和高分子的某些“链段”混合，使高分子体积膨胀。
溶度参数(δ)
内聚能密度的平方根。
Huggins参数（χ1）
反映高分子与溶剂混合时相互作用能的变化。
θ溶液
溶液的化学位为理想溶液的化学位时的溶液。
渗透压第二维利系数（A2）
表征了高分子“链段”与溶剂分子之间的相互作用，它与高分子溶液中的形态有密切关系，取决于体系和实验温度。
第2章
凝聚态
高分子的凝聚态是指高分子链之间的几何排列和堆砌状态，包括固体和液体。
内聚能
克服分子间作用力，1mol的凝聚体汽化时所需的能量。
单晶
有一定外形，短程有序和长程有序贯穿整块的晶体物质。
球晶
当结晶性聚合物从浓溶液中析出或从熔体冷却结晶时，在不存在应力或流动的情况下，都倾向于生成这种结晶形态。
片晶厚度
是指应变达到极大值的（1- e-1）倍（0.632倍）时所需的时间。
时温等效原理
聚合物的同一力学松弛现象，既可以在较高的温度下、较短的时间内观察到，也可以在较低的温度下、较长时间内观察到。因此，升高温度与延长时间对分子运动是等效的，对聚合物的黏弹行为也是等效的。
移动因子或平移因子（aT）
是聚合物在不同温度下、同一力学响应所需观察时间的比值。
储能模量（E′）
是反映材料形变过程由于弹性形变而储存的能量。
损耗模量（E″）
是反映材料形变过程以热损耗的能量。
损耗角正切（tanδ）
tanδ= E″/ E′，即损耗角正切等于损耗模量与储能模量的比值。
松弛时间（τ）
是指应力降低到起始应力σ（0）的e-1倍（0.368倍）时所需的时间。
推迟时间（τ′）
高分子物理 第7章 粘弹性(时温等效)
② 交联聚合物
① 线形聚合物
Xinjiang university
2、判断题
× 1）交联高聚物的应力松弛现象，就是随时间的延长，应力逐渐 衰减到零的现象。
× 2）聚合物在橡胶态时，黏弹性表现最为明显。
× 3）除去外力后，线性聚合物的蠕变能完全恢复。
×
4）高聚物在室温下受到外力作用而变形，当除去外力后，形变
这个等效性可以借助余一个转换因子T来实现，即在某一温 度下测得的力学数据可以转变成另一个温度下的力学数据。
Xinjiang university
对于非晶聚合物，在不同温度下获得的粘弹性数据，均可通 过沿着时间轴平移叠合在一起。
在保持曲线形状不变的条件下，将相应于温度T的应力松弛曲线叠合。
时温等效原理给出： E(T,t) E(T0,t / aT )
第
第五节、聚合物的结构与动态力学性能关系
七
章 一、非晶态聚合物的玻璃化转变和次级转变
二、晶态、液晶态聚合物的松弛转变和相转变
结晶高聚物由于其结晶不完善，存在晶区和非晶区共存。 为更进一步表明是晶区还是非晶区产生的松弛过程，一
般在α、β、γ、δ下方注上脚标“c”或“a”分别表示晶区和 非晶区。
晶区引起的松弛转变和相转变对应的分子运动可能有： ① 结晶聚合物的熔融
是晶区的主转变，温度为熔点温度，发生相变。 ② 晶型转变
例：PTFE的松弛谱，19~30℃的内耗峰是三斜晶向六角晶 的转变。
③ 晶区中分子链沿晶粒长度方向的协同运动。 这种松弛与晶片厚度有关。
④ 晶区内部 侧基或链段的运动、缺陷区的局部运动，以及分子链
折叠部分的运动等。 图7-42 HDPE和LDPE在-200~150℃范围内的动态力学性能温度谱 图7-42 两种不同结晶度PTFE的动态力学性能温度谱
聚合物的粘弹性—时温等效原理和叠加(高分子物理课件)
式中C1 ，C2 为常数。
WLF 方程主要适用于非晶态高聚物。
由于时温等效性，可以对不同温度下测定的结果进行换 算，从而得到一些实验上无法测定的结果。
在室温下几年、几百年的应力松驰是不能实现的，可在高温条 件下短期内完成；或在室温下几十万分之一秒完成的应力松驰， 可在低温条件下几小时完成。
例：NR要得到某低温下NR的应力松弛行为，由于温度太低， 应力松弛很慢，要得到完整的曲线和数据需要很长时间，此时 可利用于时温等效原理，在常温下或较高温度下，测得的应力 松弛数据，换算、叠加成低温下的曲线。
N1k T (
1
2
)
G(
1
2
)
E
d d
d d ( 1)
NKT
d
(
1
2
)
d
1
NKT (1 3 ) 3G
因为G=0.333×107N/m2 WLF方程
E 3G 1107 N / m2
log aT
log (T ) (Tg )
17.44(T Tg ) 51.6 (T Tg )
(30) 17.44(30 5)
(t) 1 (t 1 ) 2 (t 2 )
推广到一般情况，若在 1 ， 2 ， 3 ··· n 分别施加应力 1 ，
2 ， 3 ··· n 总形变
(t) 1 (t 1 ) 2 (t 2 ) n (t n )
n
i (t i ) i 1
采用蠕变柔量表示
log
5.692
4.9 1016 51.6 (30 5)
(30) 9.96 1010 N • s / m2
(T ) 9.96 1010 104 s
E
1107
聚合物的高弹性和粘弹性
高分子物理课内实践——聚合物的高弹性和黏弹性一、高弹性：非晶态聚合物在玻璃化温度以上时处于高弹态。
高弹态的高分子链段有足够的自由体积可以活动，当它们受到外力后，柔性的高分子链可以伸展或蜷曲，能产生很大的形变，甚至超过百分之几百，但不是所有的聚合物都如此。
如果将高弹态的聚合物进行化学交联，形成交联网络，它的特点是受外力后能产生很大的形变，但不导致高分子链之间产生滑移，因此外力除去后形变会完全回复，这种大形变的可逆性称为高弹性。
它是相对于普弹性而言的。
所谓普弹性就是金属或其他无机材料的属性，即在力场作用下，应力与应变成正比，服从胡克定律，且形变量甚小，仅为千分之几或更小。
高弹态高聚物的弹性形变则数值很大，可达百分之几或更大，在绝热拉伸或压缩过程中，处于高弹态的高聚物（如橡胶）的温度能上升，金属的温度则下降。
在平衡状态时，橡胶的弹性模量与温度成正比，而金属的模量则与温度成反比。
高弹态是聚合物特有的基于链段运动的一种力学状态，高弹性是高分子材料极其重要的性能，其中尤以橡胶类物质的弹性最大。
它有如下特征：1.弹性模量很小而形变量很大。
由于热运动的作用，这种分子会不断的改变着自己的形状，就会显示出形变量比较大的特点，当外力作用对抗回缩力的时候形变就会自发回复，造成形变的可逆性，由于回缩力不大，在外力不大的时候就会可能发生比较大的形变，所以其弹性的模量表现比较小;2.弹性模量随温度的升高而增加。
在外力的作用下，这种回缩力与温度也有很大关系，会随着温度的升高，分子的热运动就会出现加强，回缩力也就会增大，弹性模量也就出现增加，弹性形变就会变小；3.泊松比大；4.形变需要时间。
由于在受到压力压缩的时候，形变就会总是随着时间的发展达到最大，随着压力的下降而消失。
不管是克服分子之间的作用力以及内摩擦力，还是从一种平衡的状态过渡到外力相适应的平衡状态，形变都是在外力作用之后所引起的，所以发生形变是需要时间的；5.形变时有热效应。
宽温宽频宽动态位移下ZN-33材料的黏弹行为
文
摘 对 Ｚ Ｎ一３ ３黏 弹 阻尼材 料进 行 温 度 、 率和 动 态位 移 的扫 描 实验 和 不 同 温度 、 频 载荷 下蠕 变实验 。
研 究 了材料在 宽 温、 宽频 、 动 态位移 下的 动 态 阻尼 特 性 。得 到 了 Ｚ ３ 宽 Ｎ一 ３材料 复模 量和 损耗 因子 随 温度 、 频 率 和动 态位移 变化 的规 律 。 同时对该 材料 的蠕 变特性 进行 了研 究 ， 示其蠕 变行 为 的非线 性特性 ， 行 了蠕 变 揭 进
１ 引 言
关性 ＿ 。动态 实验 是 研 究 动 态 谐 变作 用 下 材料 黏 ６ ｊ
黏 弹性 阻 尼 材料 广 泛 应用 于航 空 、 天 、 器仪 航 仪 表 等减振 降 噪 中 Ｊ但其 阻尼性 能极 大 地依 赖 于温 ，
度、 频率 、 动态位移等环境因素。研究表 明， 随着温度 的升高或 频率 的降 低 ， 材 料 经 历 玻璃 态 、 弹态 和 该 黏 橡胶 态 三 区¨ ；ａｎ Ｐｙｅ发 现 ， 材 料 在 动 态情 况 下 发 该 生 Ｐｙｅ ａｎ 效应 Ｊ即 动态 力 学 特 性 的 动 态 位 移 特性 。 ， 目前宽温 、 宽频和宽动态位移等环境因素对这类材料 阻尼性能影响的动态实验研究在国内外已成为重点 。 阻尼材 料 的蠕变 性能 明显 地依 赖于温 度 ； 当阻 尼材 料
Ａｂｓｒ ｃ Ｉ ｈ ｓｐａ ｅ ，ｔ ｅ ｓ ａ ｅ ｔ ｎ ｅ ｆｅ ｅ ｔｔｍｐ ｒ ｔｒ ｔ ａ ｔ ｎ ｔ ｉ ｐ ｒ ｈ ｃ ｎ ｔ ｓｓ ｕ ｄ ｒｄｉ ｒ ｎ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ，ｆｅ ｕ ｎ ｙ， ｎ ｍｉ ｉｐ ａ ｅ ｎ ｎ ｒ ｅ ｆ ｒ ｑ ｅ ｃ ｄｙ ａ ｃ ｄ ｓ ｌｃ ｍｅ ｔａ ｄ ｃ ｅ ｐ ｔｓｓ ｕ ｄ ｒ ｄ ｆｅｅ ｔ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ａ ｄ ｌａ ｓ ａ ｅ ｃ ｎｄ ｃｅ ． Ｔｈ ｙ ａ ｃ ａ ｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｔ ｏ ｉｃ ｅａ ｔｃ ｄａ ｉ ｇ ｅ ｔ ｎ ｅ ｉ ｒ ｎ ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｎ ｏ ｄ ｙ ｏ ｕ ｔ ｄ ｆ ｅ ｄ ｎ ｍｉ ｄ ｍｐ ｎ ｒ ｐ ｒｙ ｆ ｖｓ ｏ・ｌ ｓｉ ｍｐ ｎ ｍａ ｅ ａ ｔｒ ｌＺＮ一 ３ ａ ｒ ａ ａ ｇ ｆｔ ｍｐ ｒｔ ｒ ｉ ３ ｔｂ ｏ ｄ ｒ ｎ ｅ ｏ ｅ ｅ ａｕ ｅ，ｆｅ ｕ ｎ ｙ ａ ｄ ｄ ｎ ｍｉ ｉｐ ａ ｅ ｎｔｉ ｎ ｅ ｔｇ ｔｄ，Ｔｈ ｖ ｌ ｔｏ ｆ ｒ ｑ ｅ ｃ ｎ ｙ ａ ｃ ｄ ｓ ｌ ｃ ｍｅ ｓｉ ｖ ｓｉａ ｅ ｅ ｅ ｏｕ ｉｎｓｏ ｔ ｅ ｃ ｍｐ ｅ ｄ ｌ ｓ ａ ｄ ｔ ｏ ｓ ｆｃ ｏ ｒ ｎ ｅ ｔ ａｅ ｎ ｅ ｆｅ ｅ ｔｔｍｐｅ ａｕ ｅ，ｒ ｑ ｅ ｃ ｎ ｙ ａ ｃ ｄ ｓ ｌｃ — ｈ ｏ ｌｘ ｍｏ ｕ ｕ ｎ ｈｅｌ ｓ ａ ｔｒａ ｅ ｉ ｖ ｓｉ ｔ ｄ ｕ ｄ ｒｄｉ ｒ ｎ ｅ ｇ ｆ ｒ ｔ ｒ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ａ ｄ ｄ ｎ ｍｉ ｉｐ ａ ｅ ｍｅ ｔ ｎ ．Ｃｒ ｅ ｎ ｌ ｓｓ ｏ ｅ ｐ ａ ａｙ ｉ ｆＺＮ・ ３ ｉ ｏ ｄｕ ｔ ｄ ｔ ｅ ｅ ｌｎ ｎ ｉ ｅ ｒ ｐ ｏ ｅ ｙ ａ ｄ ｔ ・ｔｅ ｓ ｅ ｕ ｖ ｌｎ ｅ ｄ ｓ ｒｐｉ ｎ ｏ ３ ｓ ｃ ｎ ｃｅ ｏ ｒ ｖ ａ ｏ ｌｎ ａ ｒ ｐ ｒ ｎ ｉ ｓｒ ｓ ｑ ｉａ ｅ ｃ ｅ ｃ ｉ ｔ ｆ ｔ ｍｅ ｏ ｃ ｅ ｐ ｃ ｍｐ ｉｎ ｅ ｉ ｎｖ ｓｉ ａｅ ｒ ｅ ｏ ｌａ ｃ ｓ ｉ ｅ ｔ ｔ ｄ． ｇ Ｋｅ ｒ ｓ ＺＮ・ ３， ｍｐｅ ａｕ ｅ， ｒ ｑ ｅ ｃ Ｄｙ ａ ｃ ｄｉｐ ａ ｅ ｎ ， ｅ ｐ， ｍｅ Ｓ ｒ ｓ ｑ ｖ ｅ ｃ ｙ ｗｏ ｄ ３ Ｔｅ ｒ ｔ ｒ Ｆ ｅ ｕ ｎ ｙ， ｎ ｍｉ ｓ ｌ ｃ ｍｅ ｔ Ｃｒ ｅ Ｔｉ ・ ｔｅ ｓ 下 Ｚ ３ Ｎ一 ３ 材 料 的黏 弹行 为
动态力学分析DMA
在每一种形变模式下，不仅可以 在固定频率下测定宽阔温度范围 内的动态力学性能温度谱或在固 定温度下测定宽频率范围内的频 率谱，而且还允许多种变量组合 在一起的复杂试验模式。
3.实验技术
01
01 3.1 制样要求
02
02
要求样品的材质必须均匀、 无气泡、无杂质、加工平整；
03
03
样品的尺寸没有统一规定， 但要求测量准确。
粘弹性材料的流变行为存在时温等效原则，即材料在低温下的行为相 当于高频(相当于短时间)下的行为；而材料在高温下的行为像低频(相
当于长时间)下的行为。
玻璃化转 变
温度（内因） ω。
W
链段的运动形态 外力的作用频率
一．1测量方式/模式
主要有拉伸、剪切、压缩、双悬臂和三点
弯曲5种模式 。
2.2 测量仪器分类
强迫非共振法
1
2
强迫非共振法是指强迫试样以设定 频率振动，测定试样在振动时的应 力、应变幅值以及应力与应变之间 的相位差。
强迫非共振仪的商品型号很多，可 分为两大类： 一类主要适合于测 试固体，一类适合于测试流体，后 者称为动态流变仪。
强迫非共振法
所有的先进强迫非共振仪都包含 有多种形变模式，如拉伸、压缩、 剪切、弯曲(包括三点弯曲、单悬 臂梁与双悬臂梁弯曲)等，有些仪 器中还有杆、棒的扭转模式。
测定动态力学性能的仪器 有三类：
自由衰减振动，如扭摆法、 扭辫法；
受迫振动的共振类型，如 振簧法；
受迫振动的非共振类型， 如粘弹性仪。
目前大多数动态力学分析仪都可以用来测 定试样的动态力学性能温度谱、频率谱和 时间谱，因此仪器的织成部分中一般都包 括温控炉、温度控制与记录仪。
自由哀减振动法
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摘 要 ： 运 用 时 温 等 效 原 理 研 究 含 水 率 为 ０ ６ 的 木 材 试 样 的 动 态 黏 弹 性 质 。在 ２ １０℃ 温 度 范 围 内 ， 过 频 ．％ ５～ ５ 通 率 扫 描 （ ． ～ ０Ｈ ） 验 获 得 不 同恒 定 温 度 水 平 下 木 材 的 贮 存 模 量 和 损 耗 因 子 值 。将 其 他 温 度 下 的 黏 弹 性 曲 线 ０ １ ２ ｚ 试 通过水平 移动因子平移并叠合连接至参考温度 （ 本研 究 中 为 １５℃ ） ３ 曲线 ， 别 生 成 一 定 频 率 范 围 内 的贮 存 模 量 和 分
ｓｐ ｒ ｏｅｔｅ ｎａｒｆｒｎ ｅｔｍｐ ｒｔｒ （． ．１ ５ ｏ ｎ ｔｉ ｓ ｄ ）ｃ ｒｅ ｈ ｘｅ ｄ ｄｓｏａ ｅｍｏ ｕｕ ｎ ｏｓ ｕ ｅｉ ｓ ｈ ｍ ｏ ｅｅｅ ｃ ｅ ｅａｕｅ ｉｅ ３ Ｃ ｉ ｈｓ ｔ ｙ ｕｖ ．Ｔ ｅｅ ｔｎ ｅ ｔｒｇ ｄ ｌｓａ ｄ ｌｓ ｍｐ ｕ
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损 耗 因 子 主 曲 线 。 通 过 最 小 二 乘 拟 合 法 ， 用 Ａ ｒｅ ｉｓ 程 对水 平 移 动 因 子 与 温 度 的 关 系 曲线 进 行 拟 合 分 析 。结 采 ｒ ｎｕ 方 ｈ 果 表 明 ： 存 模 量 主 曲线 的水 平 移 动 因子 与 温 度 的 关 系 曲线 在 ２ 贮 ５～１ ０ ｏ ５ Ｃ内满 足 Ａ ｒｅ ｉｓ 程 ， 此 利 用 时 温 等 ｒ ｎｕ 方 ｈ 因 效 原 理 描 述 木 材 的 动 态 刚 度 性 质 是 适 用 的 ；但 时 温 等 效 原 理 无 法 预 测 木 材 的松 弛转 变行 为 。 关键 词 ： 杉 木 ；动 态 黏 弹 性 ；时温 等 效 原 理 ； ｒ ｅ ｉｓ 程 Ａ ｒ ｎｕ 方 ｈ 中 图 分 类 号 ： ７ １２ ￥ ８ ． 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ １— ４ ８ ２ １ ） ２— １４— ５ １０ ７ ８ （０ ２ ０ ０２ ０
Ｃ ｉｅｅＦｒ Ｃ ｎ ｉｇ ａ ａ ｌｎ ｅｌｔ ）ｗ ｏ ｔａ ｘｒｍｅｙｌｗ ｍ ｉ ｕｅｃ ｎｅ ｔ ０ ６ ） ｔｒｇ ｄ ｌｓａ ｄ ｌｓ ｈｎ ｓ ｉ（ ｕ ｎｎ ｈ ｍｉ ａ ｃｏａａ ｏ ｄ ａ ｎ ｅ ｔ ｅ ｌ ｏ ｏｓ ｒ ｏ ｔｎ （ ． ％ ．Ｓｏａ ｅｍｏ ｕｕ ｎ ｏｓ ｔ
第 ４ ８卷 第 ２ 期
２０ １２年 ２ 月
林
业
科
学
Ｖｏ ． １ ４８． ． ‘ Ｎｏ ２ Ｆ ｂ．。 ｅ ２ ０ １２
Ｓ ＥＮＴＩ ＣＩ Ａ
ＳＩ ＬＶＡＥ
Ｓ ＮＩ Ｉ ＣＡＥ
杉木 动态 黏 弹行 为 的时 温等 效 性 术
蒋 佳 荔 吕建 雄
（ 国林 业 科 学 研 究 院 木 材 工 业 研 究 所 国 家 林业 局 木材 科 学 与技 术 重 点 实 验 室 北 京 １０ ９ ） 中 ０ ０ １
ｆ ｃ ｏ ａ ａ ｗｅ ｅ ｂ ａ ｎ ｄ ｔ ｉ ｅ ｅ ｔ ｃ ｎ ｔ ｎ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｓ ｒ ｎ ｉ ｇ ｒ ｍ ２ ｏ ｔ １ ０ Ｃ ｉ ｒ ｑ ｅ ｃ ｍｕ ｔ ｌ ｘ ｎ ａ ｔ ｒ ｄ ｔ ｒ ｏ ｔ ｉ ｅ ａ ｄ ｆ ｒ ｎ ｏ ｓａ ｔ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ａ ｇ ｎ ｆｏ ｆ ５ Ｃ ｏ ｏ ｎ ｆ ｅ ｕ ｎ ｙ ５ ｌｉ ｅ ｉ ｇ ｐ