聚合物的粘弹性
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（3）受力时间： 受力时间延长，蠕变增大。
16
聚合物的粘弹性
思考题:
1.交联聚合物的蠕变曲线?
3
2.雨衣在墙上为什么越来越长?(增塑PVC)
t
答:PVC的Tg=80℃,加入增塑剂后,玻璃化温度大大下降,成 为软PVC做雨衣,此时处于高弹态,很容易产生蠕变.
17
聚合物的粘弹性 （二）应力松弛Stress Relaxation
从分子运动的角度解释: 材料受到外力的作用,链内的键长和 键角立刻发生变化,产生的形变很小, 我们称它普弹形变.
0
E1
0 应力
E1 普弹形变模量
7
（t）
聚合物的粘弹性
（t）
t
t1
t2 t
图2 理想高弹体推迟蠕变
(t)=
0 (t<t1)
0
E2
(1
e-t
)t(t1
t
4
举例说明
聚合物的粘弹性
物理意义：蠕变大小反映了材料尺寸的稳定性和长期负载能力。
5
聚合物的粘弹性 蠕变曲线和蠕变方程
对聚合物施加恒定外力， 应力具有阶梯函数性质。 0 (0tt1)
(t) 0 ( t1tt2)
6
聚合物的粘弹性
（t）
（t）
t
t1
t2 t
图1 理想弹性体（瞬时蠕变）普弹形变
点解开，以致整个大分子间相互滑动，趋于回到原来的卷曲状态，于是内
部产生的应力也就不断地消耗于克服链段运动的摩擦力上了。当每个分子
链的构象完全以平衡状态来适应试样所具有的应变时，原先强迫链段伸展
所需要的外力当然衰减至零了。
19
聚合物的粘弹性
如果T很高(>>Tg),分子运动加大，链运动摩擦阻力 很小,应力很快松弛掉了;反之,分子运动困难,链段运 动能力差,应力松弛慢。
9
聚合物的粘弹性
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) 1 2 3
(1
-t
e
)
t
E1 E2
3
t
图4 线形非晶态聚合物的蠕变及回复曲线
10
聚合物的粘弹性
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
如外力的作用频率从0→100~1000周,对橡胶的力学性能相当于 温度降低 20~40℃,那么在-50℃还保持高弹性的橡胶,到-20℃就 变的脆而硬了.
塑料的玻璃化温度在动态条件下,比静态来的高,就是说 在动态条件下工作的塑料零件要比静态时更耐热,因此不 能依据静态下的实验数据来估计聚合物制品在动态条件下 的性能.
1
聚合物的粘弹性
作为粘弹性材料的聚合物，其力学性质受到，T, t， 的
影响，在不同条件下，可以观察到不 同类型的粘弹现象。
蠕变
力学松弛
静态的粘弹性 动态粘弹性
应力松弛 滞后现象
力学损耗(内耗)
2
聚合物的粘弹性
力学松弛的具体表现
静态 粘弹性
蠕变 应力松弛
固定和T, 随t增加而逐渐增大 固定和T, 随t增加而逐渐衰减
ε（%）
2.0 1.5 1.0
聚砜
ABS（耐热级）
聚苯醚
聚甲醛
聚碳酸酯 尼龙
改性聚苯醚 ABS
0.5
1000 2000 3000
t
图6
13
聚合物的粘弹性
②相对分子质量 相对分子质量越高，分子之间相对作用力越大，
相互缠结，抗蠕变性也增高。 交联？？
14
聚合物的粘弹性
③结晶高聚物在室温下的抗蠕变性能比非晶聚合物好? 举例: PE Tg=-68℃ 在室温下处于高弹态 1+2
Creep recovery 蠕变回复
•撤力一瞬间，键长、键角等次级运动立即回复，形变直线下降 •通过构象变化，使熵变造成的形变回复 •分子链间质心位移是永久的，留了下来
11
聚合物的粘弹性
理想交联聚合物(不存在粘流态)：形变: 1+2
12
聚合物的粘弹性
蠕变的影响因素 ①结构
主链钢性：分子运动性差，外力作用下，蠕变小
PS Tg=-80~100℃ 在室温下处于玻璃态: 1 所以不能通过结晶来提高聚合物的抗蠕变性能.
15
聚合物的粘弹性
外因
（1）温度：温度升高，蠕变速率增大，蠕变程度变大 因为外力作用下，温度高使分子运动速度加快，松弛加快
（2）外力作用大，蠕变大，蠕变速率高（同于温度的作用）
外温
力度
增升
大高
t
图5 蠕变与,T的关系
动态 粘弹性
滞后现象
力学损耗 (内耗)
在一定温度和和交变应力下,应变滞后于应力 变化.
的变化落后于的变化,发生滞后现象,则每一 个循环都要消耗功
3
聚合物的粘弹性
7.3.1 高聚物的线性粘弹性 静态粘弹性
（1）蠕变 在恒温下施加较小的恒定外力时，材料的形变随时间而
逐渐增大的力学松弛现象。 如挂东西的塑料绳慢慢变长。
20
聚合物的粘弹性
动态粘弹性Dynamic viscoelasticity
在正弦或其它周期性变化的外力作用下,聚合物粘弹性的表现. 高聚物作为结构材料在实际应用时,往往受到交变力的作
用.如轮胎.
21
聚合物的粘弹性
研究动态力学行为的实际意义? 用作结构材料的聚合物许多是在交变的力场中使用,因此必须 掌握作用力频率对材料使用性能的影响.
Biblioteka Baidu
t2 )
0 (t→)
E2-高弹模量 特点:高弹形变是逐渐回复的.
8
（t）
聚合物的粘弹性
无化学交联的线性高聚物,发生分 子间的相对滑移,称为粘性流动.
t （t）
t1 t2
t
图3 理想粘性流动蠕变
(t)=
0 (t<t1)
0 3
t (t1
t
t2 )
0 3
t2 (t
t2 )
3-----本体粘度
1.定义: 在恒定的温度和形变不变的情况下,聚合物内部应力随着
时间的增长而逐渐衰减的现象.
18
聚合物的粘弹性
Cross-linking polymer
0et
Linear
polymer
t
图8 应力松弛曲线
原因: 被拉长时,处于不平衡构象,要逐渐过渡到平衡的构象,即链段随着外
力的方向运动以减小或者消除内部应力，即经链段的热运动，分子的缠结
聚合物的粘弹性
3.粘弹性:聚合物材料组合了固体的弹性和液体的粘性两者的特 征，这种行为叫做粘弹性。粘弹性的表现： 力学松弛 4.线性粘弹性： 组合了服从虎克定律的理想弹性固体的弹性和 服从牛顿流动定律的理想液体的粘性两者的特征，就是线性粘 弹性。否则为非线性粘弹性. 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。力学性质受到，T, t，的影响，在不同条件下， 可以观察到不同类型的粘弹现象。
16
聚合物的粘弹性
思考题:
1.交联聚合物的蠕变曲线?
3
2.雨衣在墙上为什么越来越长?(增塑PVC)
t
答:PVC的Tg=80℃,加入增塑剂后,玻璃化温度大大下降,成 为软PVC做雨衣,此时处于高弹态,很容易产生蠕变.
17
聚合物的粘弹性 （二）应力松弛Stress Relaxation
从分子运动的角度解释: 材料受到外力的作用,链内的键长和 键角立刻发生变化,产生的形变很小, 我们称它普弹形变.
0
E1
0 应力
E1 普弹形变模量
7
（t）
聚合物的粘弹性
（t）
t
t1
t2 t
图2 理想高弹体推迟蠕变
(t)=
0 (t<t1)
0
E2
(1
e-t
)t(t1
t
4
举例说明
聚合物的粘弹性
物理意义：蠕变大小反映了材料尺寸的稳定性和长期负载能力。
5
聚合物的粘弹性 蠕变曲线和蠕变方程
对聚合物施加恒定外力， 应力具有阶梯函数性质。 0 (0tt1)
(t) 0 ( t1tt2)
6
聚合物的粘弹性
（t）
（t）
t
t1
t2 t
图1 理想弹性体（瞬时蠕变）普弹形变
点解开，以致整个大分子间相互滑动，趋于回到原来的卷曲状态，于是内
部产生的应力也就不断地消耗于克服链段运动的摩擦力上了。当每个分子
链的构象完全以平衡状态来适应试样所具有的应变时，原先强迫链段伸展
所需要的外力当然衰减至零了。
19
聚合物的粘弹性
如果T很高(>>Tg),分子运动加大，链运动摩擦阻力 很小,应力很快松弛掉了;反之,分子运动困难,链段运 动能力差,应力松弛慢。
9
聚合物的粘弹性
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) 1 2 3
(1
-t
e
)
t
E1 E2
3
t
图4 线形非晶态聚合物的蠕变及回复曲线
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聚合物的粘弹性
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
如外力的作用频率从0→100~1000周,对橡胶的力学性能相当于 温度降低 20~40℃,那么在-50℃还保持高弹性的橡胶,到-20℃就 变的脆而硬了.
塑料的玻璃化温度在动态条件下,比静态来的高,就是说 在动态条件下工作的塑料零件要比静态时更耐热,因此不 能依据静态下的实验数据来估计聚合物制品在动态条件下 的性能.
1
聚合物的粘弹性
作为粘弹性材料的聚合物，其力学性质受到，T, t， 的
影响，在不同条件下，可以观察到不 同类型的粘弹现象。
蠕变
力学松弛
静态的粘弹性 动态粘弹性
应力松弛 滞后现象
力学损耗(内耗)
2
聚合物的粘弹性
力学松弛的具体表现
静态 粘弹性
蠕变 应力松弛
固定和T, 随t增加而逐渐增大 固定和T, 随t增加而逐渐衰减
ε（%）
2.0 1.5 1.0
聚砜
ABS（耐热级）
聚苯醚
聚甲醛
聚碳酸酯 尼龙
改性聚苯醚 ABS
0.5
1000 2000 3000
t
图6
13
聚合物的粘弹性
②相对分子质量 相对分子质量越高，分子之间相对作用力越大，
相互缠结，抗蠕变性也增高。 交联？？
14
聚合物的粘弹性
③结晶高聚物在室温下的抗蠕变性能比非晶聚合物好? 举例: PE Tg=-68℃ 在室温下处于高弹态 1+2
Creep recovery 蠕变回复
•撤力一瞬间，键长、键角等次级运动立即回复，形变直线下降 •通过构象变化，使熵变造成的形变回复 •分子链间质心位移是永久的，留了下来
11
聚合物的粘弹性
理想交联聚合物(不存在粘流态)：形变: 1+2
12
聚合物的粘弹性
蠕变的影响因素 ①结构
主链钢性：分子运动性差，外力作用下，蠕变小
PS Tg=-80~100℃ 在室温下处于玻璃态: 1 所以不能通过结晶来提高聚合物的抗蠕变性能.
15
聚合物的粘弹性
外因
（1）温度：温度升高，蠕变速率增大，蠕变程度变大 因为外力作用下，温度高使分子运动速度加快，松弛加快
（2）外力作用大，蠕变大，蠕变速率高（同于温度的作用）
外温
力度
增升
大高
t
图5 蠕变与,T的关系
动态 粘弹性
滞后现象
力学损耗 (内耗)
在一定温度和和交变应力下,应变滞后于应力 变化.
的变化落后于的变化,发生滞后现象,则每一 个循环都要消耗功
3
聚合物的粘弹性
7.3.1 高聚物的线性粘弹性 静态粘弹性
（1）蠕变 在恒温下施加较小的恒定外力时，材料的形变随时间而
逐渐增大的力学松弛现象。 如挂东西的塑料绳慢慢变长。
20
聚合物的粘弹性
动态粘弹性Dynamic viscoelasticity
在正弦或其它周期性变化的外力作用下,聚合物粘弹性的表现. 高聚物作为结构材料在实际应用时,往往受到交变力的作
用.如轮胎.
21
聚合物的粘弹性
研究动态力学行为的实际意义? 用作结构材料的聚合物许多是在交变的力场中使用,因此必须 掌握作用力频率对材料使用性能的影响.
Biblioteka Baidu
t2 )
0 (t→)
E2-高弹模量 特点:高弹形变是逐渐回复的.
8
（t）
聚合物的粘弹性
无化学交联的线性高聚物,发生分 子间的相对滑移,称为粘性流动.
t （t）
t1 t2
t
图3 理想粘性流动蠕变
(t)=
0 (t<t1)
0 3
t (t1
t
t2 )
0 3
t2 (t
t2 )
3-----本体粘度
1.定义: 在恒定的温度和形变不变的情况下,聚合物内部应力随着
时间的增长而逐渐衰减的现象.
18
聚合物的粘弹性
Cross-linking polymer
0et
Linear
polymer
t
图8 应力松弛曲线
原因: 被拉长时,处于不平衡构象,要逐渐过渡到平衡的构象,即链段随着外
力的方向运动以减小或者消除内部应力，即经链段的热运动，分子的缠结
聚合物的粘弹性
3.粘弹性:聚合物材料组合了固体的弹性和液体的粘性两者的特 征，这种行为叫做粘弹性。粘弹性的表现： 力学松弛 4.线性粘弹性： 组合了服从虎克定律的理想弹性固体的弹性和 服从牛顿流动定律的理想液体的粘性两者的特征，就是线性粘 弹性。否则为非线性粘弹性. 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。力学性质受到，T, t，的影响，在不同条件下， 可以观察到不同类型的粘弹现象。