a.化学结构:刚性链滞后现象小,柔性链滞后现象大.
b.温度：当不变的情况下,T很高滞后几乎不出现,温 度很低,也无滞后.在Tg附近的温度下，链段既可运动 又不太容易，此刻滞后现象严重。
c. : 外力作用频率低时,链段的运动跟的上外力 的 变化,滞后现象很小.
外力作用频率不太高时,链段可以运动,但是跟不上外 力的变化,表现出明显的滞后现象. 外力作用频率很高时,链段根本来不及运动,聚合 物好像一块刚性的材料,滞后很小
蠕变、应力松弛、滞后和内耗
弹
– 由于物体的弹性作用使之射出去。
弹簧 – 利用材料的弹性作用制得的零件，在外力 作用下能发生形变（伸长、缩短、弯曲、扭转 等），除去外力后又恢复原状。
粘
– 同黏：象糨糊或胶水等所具有的、能使 一个物质附着在另一个物体上的性质。
理想弹性固体
受到外力作用形变很小，符合胡克定律 ＝E
图3 理想粘性流动蠕变
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:

1
2 + 3
1
t1 t2
2 3
t
( t ) 1 2 3 -t
(1 e ) t E1 E2 3
•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
一般认为，在小变形下，或低变形速率下，
高分子材料主要表现线性粘弹性
力学松弛或粘弹现象
聚合物的力学性质随时间变化的现象，叫力学松弛或 粘弹现象。
蠕变:固定和T, 随t增加而逐渐 增大
静态的粘弹性 （粘弹性） 力学松弛 动态粘弹性
(交变应力或 应变)
(恒定应力或应变)
应力松弛:固定和T, 随t增加而逐 渐衰减
一个拉伸-回缩循环中，链构象的改变完全回复不损耗功， 所损耗的功都用于克服链段运动的内摩擦阻力转化为热。
内耗的情况可以从橡胶拉伸—回缩的应力应变曲线上看出
σ σ0
拉伸
拉伸曲线下面积为外力对橡胶所作的拉伸功
回缩曲线下面积为橡胶对外力所作的回缩功
回缩 滞后圈
面积之差
ε
损耗的功
ε1 ε0 ε2
硫化橡胶拉伸—回缩应力应变曲线
Creep recovery 蠕变回复

1 2 3
0 t2
t
•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
3.不同聚合物的蠕变曲线:
①线性非结晶聚合物
玻璃态 1 蠕变量很小，工程材料，作结构 材料的Tg远远高于室温 高弹态 1+2

2
t
t 0 sin t t 0 sin t - 0 某处所受的最大应力 外力变化的角频率 在受到正弦力的作用时应变落后于应力的相位差
t 0sint
对弹性材料：（ t） 0 sin wt形变与时间t无关，与应力同相位
• 。

Cross-linking polymer
0e
t
Linear polymer
t
图8 应力松弛曲线
3. 应力松弛与温度的关系
0 玻璃态
高弹态
粘流态
图9 不同温度下的应力松弛曲线
t
如果T很高(>>Tg),链运动摩擦阻力很小,应力很快松 弛掉了,所以观察不到。如常温下的橡胶 如果T很低(《 Tg),内摩擦阻力很大,链段运动能力差, 应力松弛慢,也观察不到。如常温下的塑料 只有在Tg温度附近的几十度的范围内应力松弛现象 比较明显。(链由蜷曲变为伸展,以消耗外力)
滞后现象:在一定温度和和交变应 力下,应变滞后于应力变化. 力学损耗(内耗): 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,称为内耗.
一、蠕变
1. 定义
蠕变是在一定的温度和较小的恒定应力（拉力、扭 力或压力等）作用下，材料的形变随时间的增长而逐 渐增加的现象。如硬塑料的电缆、挂久的雨衣。 若除掉外力，形变随时间变化而减小---称为蠕变回复
0
E1
（t）
外力除去， 立即完全回复

图1 理想弹性体（瞬时蠕变）普弹形变
t1
t2
t
0 应力
E1 普弹形变模量
b. 高弹形变
（t）
链段运动
（t）
t
外力除去， 逐渐回复
0 (t<t1) t/
(t)=
E
（ 1 e ） 松弛时间
2
=2/E2
0 (t→) E2-高弹模量 特点:高弹形变是逐渐回复的.
软PVC丝
砝码
2.蠕变曲线和蠕变方程

1
2+3
1
a) 普弹形变ε1
2 3
t
b) 高弹形变ε2
c) 粘性流动ε3
线形非晶态聚合物在Tg以上单轴 拉伸的典型蠕变及回复曲线
a. 普弹形变
（t）
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。 t
受力作用后，应力与应变速率呈线性关系；
受力时，应变随时间线性发展，外力去除后，应变 不能回复（不可逆）。


t

d dt

t1
t2
粘弹性
材料在较小的外力作用下，弹性和粘性同时存在的力学
行为称为粘弹性。 其特征是应变落后于应力，即应变对应力的响应不是 瞬时完成的，需要通过一个弛豫过程。应力与应变的关 系与时间有关。 粘弹性材料力学性质与时间有关，具有力学松弛的特征。 实际上任何材料均同时显示弹性和粘性两种性质，只是 由于结构不同，粘弹性的显化程度不同，其中最典型的是 高分子材料。一些非晶体，有时甚至多晶体，在比较小的 应力时表现粘弹性现象。
三、动态粘弹性（滞后、内耗）
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、传送皮带、吸收震动的消音器等， 研究这种交变应力下的力学行为称为动态力学行为。
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。 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。
理想弹性行为：应力和应变是单值、瞬时的，弹性变形时 材料储存弹性能，弹性恢复时材料释放弹性能，循环变形 过程没有能量损耗。 内耗的情况可以从橡胶拉伸—回缩的应力应变曲线上看出 σ
拉伸
σ0
回缩
滞后圈 ε1 ε0 ε2
ε
硫化橡胶拉伸—回缩应力应变曲线
拉伸时外力对体系所做的功： 一方面用来改变链段的构象 ( 产生形变 ), 另一方面提供链段 运动时克服内摩擦阻力所需要 的能量。 回缩时体系对外做的功：一方 面使伸展的分子链重新蜷曲起 来回复到原来的状态，另一方 面用于克服链段间的内摩擦力
ε 粘流态 1+2+3 存在永久形变
②理想交联聚合物(不存在粘流态) 形变: 1+2
线性非晶 高聚物
理想粘性体 理想弹性体
交联高聚物
t
二、应力松弛
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。如钟表的 发条、松紧带、捆扎物体的软PVC丝。
2. 应力松弛的内因：其实应力松弛和蠕变是一个问题
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。
在周期性变化的作用力中，最简单而最容易处理的是 正弦变化的应力。 0
t
例：汽车速度60公里/小时 轮胎某处受300次/分 的周期应力作用
对牛顿粘性材料：（ t） 0 sin( wt )应变落后于应力 2 2
对polymer——粘弹材料的力学响应介于弹性与粘性之间，
应变落后于应力一个相位角：
0 /2
(t ) 0 sin(wt )
δ—力学损耗角（形变落后于应力变化的相位角）
1.滞后现象
2.力学损耗（内耗）
① 定义: 定义1：如果形变的变化跟不上应力的变化 ,发生 滞后现象, 则每一次循环变化就会有功的消耗 ( 热 能), 作为热损耗掉的能量与最大储存能量之比称 为力学损耗,也叫内耗。 定义 2 ：在交变应力作用下，由于力学滞后或者 力学阻尼而使机械功转变成热的现象。
② 内耗产生的原因:
①定义:聚合物在交变应力的作用下,形变落后于应力 变化的现象。 ②产生原因: 链段运动时受内摩擦阻力作用,当外力变化时，链段 的运动还跟不上外力的变化，而形变是由链段运动 产生的,所以形变落后于应力，产生一个位相差，越 大说明链段运动越困难，形变越跟不上力的变化。 δ越大，说明滞后现象越严重
③ 滞后现象与哪些因素有关?
特点：
受外力作用后，应力和应变之间呈线性关系 ＝E ， 应力与应变随时保持同相位； 应变与t无关。受力时，应变瞬时发生达到平衡值，除 去外力，应变瞬时恢复（可逆弹性形变）。ຫໍສະໝຸດ E
t1 t2

t
理想粘性液体
d 符合牛顿流体的流动定律的流体 dt
特点：
t1
t2
t
图2 理想高弹体推迟蠕变
c.粘性流动
（t ） 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）