高分子物理第7章

第7章 聚合物的粘弹性

1. 举例说明聚合物的蠕变、应力松弛、滞后和内耗现象。为什么聚合物具有这些现象?这些现象对其使用性能存在哪些利弊?

答：①蠕变：材料（高分子材料）在恒定的外界条件下T、P，在恒定的外力σ下，材料变形长度ε随时间t的增加而增加的现象。例如：晾衣服的塑料绳（尼龙绳）；坐久了的沙发；晾着的毛衣

②应力松弛：材料在一定温度下，受到某一恒定的外力（形变），保持这一形变所需随时间的增加而逐渐减小的现象；例如：松紧带子；密封件 在受外力时，密封效果逐渐变差（密封的重要问题）

③滞后：交变压力作用下，高分子材料的形变总是落后于应力变化的现象；例如：橡胶轮胎 传送带，一侧拉力，一侧压力；防震材料，隔音材料

④内耗：形变总是落后于应力，有滞后存在，由于滞后，在每一循环中就有质量的损耗，滞后环在拉伸中所做的功，作为热能而散发。



2. 简述温度和外力作用频率对聚合物内耗大小的影响。画出聚合物的动态力学谱示意图，举出两例说明图谱在研究聚合物结构与性能方面的应用。

3. 指出Maxwell模型、Kelvin模型和四元件模型分别适宜于模拟哪一类型聚合物的哪—力学松弛过程。

4. 什么是时温等效原理?该原理在预测聚合物材料的长期使用性能方面和在聚合物加工过程中各有哪些指导意义？

5. 定量说明松弛时间的含意。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地观察到? ．

6. 简述聚合物粘弹理论的研究现状与展望。

7. 以某种聚合物材料作为两根管子接口法兰的密封垫圈，假设该材料的力学行为可以用Maxwell模型来描述。已知垫圈压缩应变为0.2，初始模量为3×106N/m2，材料应力松驰时间为300d，管内流体的压力为0.3×106N/m2，试问多少天后接口处将发生泄漏?

解： 天

天

8. 将一块橡胶试片—端夹紧，另一端加上负荷，使之自由振动。已知振动周期为0.60s，振幅每一周期减少5％、试计算：

(1) 橡胶试片在该频率(或振幅)下的对数减量(△)和损耗角正切(tgδ)；

(2) 假定△＝0.02，问多少周期后试样的振动振幅将减少到起始值的—半？



9. 分别写出纯粘性液体（粘滞系数η）、理想弹性体（弹性模量E）、Maxwell单元(EM、ηM)和Kelvin在单元（EK、ηK）在t＝0时加上一恒定应变速率K后应力(σ)随时间（t）的变化关系，并以图形表示之。

10. 设聚丙烯为线性粘弹体，其柔量为D(t)＝1.2t0.1（Gpa）－1 (t的单位为s，应力状态如下：


试计算1500s时，该材料的应变值。

解：




11. 在频率为1H

z条件下进行聚苯乙烯试样的动态力学性能实验，125℃出现内耗峰、请计算在频率1000Hz条件下进行上述实验时，出现内耗峰的温度。(已知聚苯乙烯的Tg＝100℃)

解：




12. 某聚合物试样，25℃时应力松弛到模量为105N/m2需要10h，试计汁算－20℃时松弛列同一模量需要多少时间？(已知该聚合物的Tg＝－70℃)

解：





13. 某聚合物的粘性行为服从Kelvin模型，其中η值服从WLF方程，E值服从相交弹性统计理论。该聚合构的玻璃化温度为5℃，该温度下粘度为1×1012Pas，有效网链密度为1×10－4mol/cm3。试写出30℃、1×106Pa应力作用下该聚合物的蠕变方程。

解：