發布日期：2022-04-26 點擊率：25
理想的彈性體能定量貯存和釋放機械能而無損耗, 即形變后立即恢復原狀。 理想的彈性體用模量來度量其剛性, 表示對形變的阻抗。 理想的黏性體會將所受的機械能全部以熱能的形式消耗。 既具有彈性體性質, 又具有黏性體性質的物質稱為黏彈體。 聚合物就是典型的黏彈體, 由聚合物組成的漆膜也具有黏彈性。
聚合物分子在瞬時或在短暫的時間內受到外力, 沒有足夠的時間作相對的移動, 只能改變鍵長和鍵角而伸長或變形。 在時間持續下, 有些聚合物分子的鏈段能作相對移動, 改變相對的位置 。 當外力作用時間短, 外力移去后可以恢復原來的形態, 同時釋放貯存的能量, 猶如彈性體。 外力作用時間長, 則所受的外力逐漸耗散于聚合物鏈段的相對移動中, 不再能恢復為原來的形態。 聚合物的分子量越大, 鏈就越長, 相互纏繞程度越大, 對鏈相對移動的阻礙也越大 。
黏彈體受外力變形后, 部分機械能以勢能貯存在體內, 部分以熱能消散 (如用于聚合物鏈段的相對移動)。 黏彈體的應力應變曲線與溫度和時間都有關系, 如會發生蠕變和應力松弛。 蠕變是指在恒定應力下, 形變隨時間的延長而逐漸增加 。 應力松弛是指在恒定應變下, 應力隨時間的延長而逐漸減少。 黏彈體的蠕變或應力松弛在高溫下則時間縮短, 在低溫下則時間延長, 時間與溫度的作用效果相同。
由于黏彈體的蠕變和應力松弛特性, 如果應力是正弦式交變的形變, 應變也同樣變化, 但應力滯后于應變一個相位角 (δ) 。 這滯后于形變的應力分為兩個分力, 一個與形變同相, 即γconδ,另一個與形變成90°,即γsinδ,并由此可分為同相模量或實數模量(E'),以及滯后90°的模量或虛數模量(E″)。
實數模量是黏彈體的 “彈性” 部分, 又稱為貯存模量, 因為該模量可以定量地貯存在物體內 。 虛數模量是黏彈體的 “黏性” 部分, 又被稱為消散模量 。 因為該模量完全以熱量消散, 而相角與它們的關系是:
tanδ是黏彈體的“黏”與“彈”之比,常稱為消散正切, 內部摩擦或阻尼, 并且是動態力學分析可以測得的數值 。
用動態力學分析儀可測得動態力學圖 (如圖8-1),在高溫側有一個峰(α峰),該峰值的溫度相當于 Tg, 是黏彈體物理和其他許多性質的突變點。α峰的低溫側有一峰(13峰),它處于玻璃態區內,是聚合物鏈段局部運動的響應。β峰顯示著玻璃態下的應力松弛, 有β 峰的漆膜在低溫下(玻璃態下) 要比沒有β峰的有更好的柔韌件, 更適宜用于較低溫度。 柔韌性和抗沖擊性優良的漆膜可見到β峰的出現。
動態力學譜中的α峰對漆膜的微細結構有很強的分辨力, 用來指導成膜聚合物的合成和涂料的配方。 熱塑性涂料中含有兩個互不混容的聚合物時會顯示出兩個 α峰, 每個峰值各相當于各自的 Tg 。兩個聚合物相互混容時, 會顯示出一個較寬的、 比兩個單獨峰的任何一個更寬的α峰。 無規共聚物有一個寬的α峰。 嵌段或接枝共聚物會顯示出兩個α峰, 表示漆膜中相同鏈段聚集而成微細的相域, 分散在連續相中 。 兩種不混容的聚合物以梯度滴加工藝制成的乳液聚合物, 只顯示一個α峰, 而分段滴加工藝則顯示出兩個α峰。
消聲減振涂料要利用消散模量與貯存模量比值最大的α峰段, 也就是放寬α峰, 使之覆蓋整個使用溫度范圍 。 可用幾種不同 Tg的相互混容的聚合物共混, 或使用具有適當的交聯密度并能覆蓋整個使用溫度范圍的橡膠類物質作漆膜 。
某一轎車面漆在不同溫度下烘烤15min而制得的漆膜, 做動態力學譜。 在130℃烘烤, Tg很低, 貯存模量也很小, 硬度等機械強度很低, 這是交聯密度過低的表現 。 140℃烘烤, Tg提高, 貯存模量也增大。 150℃烘烤, Tg和貯存模量與140℃烘烤的基本相同 。 再在140°C烘烤, Tg和貯存模量大大下降, 這是過烘烤而降解的表現 。 因此最佳烘烤溫度為140℃。
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