無(wú)定形聚合物力學(xué)行為的應(yīng)變率依賴性研究.pdf

1、無(wú)定形聚合物的特點(diǎn)之一是具有粘彈性,即具有強(qiáng)烈的時(shí)間和溫度依賴性,時(shí)間依賴性也表現(xiàn)為應(yīng)變率的依賴性。在低應(yīng)變率下,起主導(dǎo)作用的是代表主轉(zhuǎn)變的鏈段運(yùn)動(dòng),而在高應(yīng)變率下,次級(jí)轉(zhuǎn)變對(duì)材料的力學(xué)響應(yīng)也發(fā)揮了重要作用,表現(xiàn)為主轉(zhuǎn)變和次級(jí)轉(zhuǎn)變的協(xié)同作用。無(wú)定形聚合物相對(duì)于金屬、陶瓷等材料,其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,因此,研究其力學(xué)行為的應(yīng)變率依賴性是一項(xiàng)復(fù)雜且困難的工作。無(wú)定形聚合物是熱的不良導(dǎo)體,特別是在高應(yīng)變率情況下,變形屬于絕熱變形,使得材料溫度急劇上

2、升,熱軟化十分突出,應(yīng)變軟化和熱軟化耦合作用。再者,從低應(yīng)變率到高應(yīng)變率,目前的本構(gòu)模型預(yù)測(cè)結(jié)果尚不能與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很好吻合,完全理解聚合物結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的關(guān)系,還需要開(kāi)展大量的研究工作。
　　本文對(duì)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚碳酸酯(PC)兩種無(wú)定形聚合物的應(yīng)變率依賴性進(jìn)行了分析和研究,主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:
　　1.介紹了無(wú)定形聚合物的特點(diǎn)和應(yīng)用以及分子運(yùn)動(dòng)特性,分析評(píng)述了無(wú)定形聚合物應(yīng)變率依賴性國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,并論述

3、了與應(yīng)變率密切相關(guān)的熱流變簡(jiǎn)單性和復(fù)雜性、固有變形行為和分子分析等內(nèi)容。
　　2.對(duì)PMMA進(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)分析,引入動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)力應(yīng)變的基本理論,建立起頻率與等效應(yīng)變率的關(guān)系,分析頻率對(duì)PMMA玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響以及升溫速率、頻率對(duì)PMMA動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:玻璃化溫度Tg隨頻率和升溫速率的增大而增大;應(yīng)用損耗模量E''峰值溫度定義的Tg比應(yīng)用損耗因子tan?峰值溫度定義Tg偏小;儲(chǔ)能模量E'隨頻率的增大呈現(xiàn)出緩慢增加的

4、趨勢(shì);tan?峰值對(duì)應(yīng)的頻率隨溫度的升高而增大,且隨溫度的升高tan?曲線向高頻方向漂移。
　　3.進(jìn)行了PC和PMMA的低應(yīng)變率單軸壓縮實(shí)驗(yàn),分析和討論了這兩種無(wú)定形聚合物力學(xué)行為的應(yīng)變率依賴性以及不同應(yīng)變率下的分子運(yùn)動(dòng)。結(jié)果表明:PC和PMMA的屈服應(yīng)力隨對(duì)數(shù)應(yīng)變率的增加基本呈線性增加趨勢(shì),而硬化模量則呈先增大后減小的趨勢(shì);PC和 PMMA的非彈性行為指數(shù) I值并不完全符合 Halary理論,而應(yīng)變軟化幅度SSA則與Halar