39讲 5章9.ppt

第39讲
时温等效原理与组合曲线
非晶态聚合物在不同温度或不同外力作用时间(或频率)都
可以表现出三种力学状态和两种力学转变,由此表明温度和应
力作用时间对聚合物的松弛过程具有等效的作用。
时温等效原理与组合曲线
1)时温等效原理
第一种表述方式:
◆也可在较低温度、较长时间(或较低频率)外力作用条件
下完成,这就是聚合物力学行为中的时温等效原理。
◆聚合物各种层次运动单元获得能量运动而表现出的松弛过
程总是需要一定的时间才能完成;
◆温度升高使松弛时间缩短,温度降低使松弛时间延长;
◆因此,同一松弛过程既可以在较高温度、较短时间(或较
高频率)外力作用条件下完成;
第二种表述方式:
例如,在一个确定的温度条件下松弛时间很长的过程,
既可以在高于该温度条件下一个较短的时间内观察到;
或者在较低温度条件下更长的时间内观察到。
应力作用频率的倒数相当于应力作用时间,降低作用力频率相当于增加应力作用时间。
E (T, t) == E (T0, t /αT)
由此可见,延长应力作用时间、降低力作用频率与升高温度
对聚合物的粘弹性过程都是等效的。
即在温度T、时间t 测得的应力松弛量,
应该等于在参考温度T0、时间为t /αT时的对应值。
当T < T0 时,αT > 1;当T > T0 时,αT < 1。
同样可以得到E′、J 、J′等类似的函数式。
时温等效原理显示,聚合物在不同温度条件下对应的应力-
松弛曲线或蠕变-柔量曲线沿着时间坐标进行平移,可以叠合
成一条组合曲线。各条曲线在时间坐标上需要移动的量称为
平移因子αT,它是实验温度T和参考温度(即基准温度)T0
的函数。
以上得到的时温转换关系需要对密度-温度关系进行修正:
E (T, t) == ρT E (T0, t /αT) /ρ0T0
这一修正相当于应力松弛曲线或蠕变曲线的垂直位移。
◆进行时温转换可以使聚合物的粘弹性实验简化。
例如,蠕变或应力松弛试验中需要解决的关系是:
J (T, t) 或E (T, t) – log t –T
而在动态力学试验中作为温