《高分子物理》教学中WLF方程的系数求解与分析

Williams-Landel-Ferry方程(简称WLF方程)是高分子物理中一个非常重要的经验公式。其中,C1、C2作为两个经验参数,取决于参考温度Tr的取值,且其乘积为定值(C1.C2≈900),与自由体积热膨胀系数αf有关。本文分析讨论了C1、C2参数的物理意义及C1、C2参数的两种不同求解方法,发现与由-1/logαT对1/(T-Tr)作图的方法I相比较,由-(T-Tr)/logαT对(T-Tr)作图的方法II的灵敏度更高,平均相对残差更小;正是由于对(T-Tr)变化的更高的敏感响应,导致方法II作图的线性相关性(相关系数)较低。综合C1、C2解析值的合理性和作图求解的平均相对残差,推荐采用方法II。

WLF方程——链段运动的特殊温度依赖关系

WLF方程是特殊的运动单元———链段运动所服从的特殊温度依赖关系。链段运动时内能的变化是不重要的 ,主要发生的是熵的变化。原因是高分子的“大” ,量变必然引起质变 ,量“大”引起的质变是新的结构参数“柔性”的产生 ,产生聚合物特有的橡胶高弹性 。

高分子物理中WLF方程的剖析

分析了高分子物理中WLF方程的适用温度范围.从微观的链段运动对方程进行了详细的剖析.高分子链非常大,链段运动比较复杂,使其具有了特有的温度依赖关系WLF方程,所以WLF方程在使用的时候有一定的条件限制,说明了由于参考温度的不同,C1,C2取值不同的原因.

NBR/EVM共混胶老化时间及交联密度对WLF方程中C_1、C_2的影响

研究了NBR/EVM共混胶中老化时间与WLF方程中C_1、C_2的关系和交联密度对C_1、C_2的影响。将WLF方程倒置,转换为线性方程:-1/Logα_T=(C_2/C_1)×[1/(T-T_r)]+1/C_1,经过共混胶压缩蠕变实验,求得C_1、C_2的值。得出结论,C_1与老化时间的关系不大,交联密度对C_1的影响也不大;C_2随着老化时间的延长逐渐减少,交联密度增加,C_2减少。

用时-温等效原理(WLF方程)研究短纤维/橡胶复合材料的动态力学性能

用法国布兰贝拉公司MAK-04型粘弹谱仪,研究了维尼纶短纤维/橡胶复合材料的动态力学性能,并用WLF软件对材料的E′,E″,tgδ进行时-温等效叠加,得到了转换因子αT随实验温度及参考温度变化的规律及WLF方程参数G_1,C_2值。发现,当复合材料中纤维(经LB法预处理)与橡胶粘合较牢固时,复合材料的贮能模量较高,在低频范围(<100Hz)力学损耗较小。

基于阿累尼乌斯模型和WLF方程对NBR/EVM共混胶拉伸和压缩变形的预测研究

通过热空气加速老化试验,测试了NBR/EVM共混胶在不同老化温度、老化时间下的扯断伸长率和压缩永久变形的变化。运用阿累尼乌斯预测模型对共混胶扯断伸长率、压缩永久变形的使用寿命进行了预测;同时运用WLF方程对共混胶的压缩蠕变进行了预测研究。

基于WLF方程的橡胶减振器老化寿命预测

为研究高速列车橡胶地板减振器的老化寿命,本文采用热空气加速老化实验方法,基于WLF方程建立了橡胶减振器的老化寿命预测模型,对模型进行了验证并成功预测了橡胶减振器的老化寿命。预测结果显示:在使用温度为298K,老化性能指标达到临界值0.3时,该橡胶减振器的老化寿命为18年。

沥青感温性能评价指标

为了选择合理的沥青感温性能评价指标，分别采用15、25、30℃的针入度与25℃的针入度和软化点计算了沥青针入度指数，用以评价2种普通沥青、3种改性沥青的感温性，用动态剪切流变仪测得不同温度条件下几种沥青的动态复数粘度，分析其粘-温关系。研究结果表明：普通沥青粘-温关系在15-60℃范围内有较好的线性关系，其温度敏感性是常数，改性沥青的粘-温关系较好地满足WLF方程，其温度敏感性随温度而变化，因此，普通沥青感温性能用针入度指数表示，改性沥青感温性能评价需要指定温度条件。

基于蠕变试验的沥青粘弹性损伤特性

通过BBR-弯曲梁流变仪在不同温度下进行沥青小梁蠕变试验,得到了不同温度下的蠕变柔量曲线。通过移位,按WLF公式推导得到了不同温度下的移位因子和各个温度下的蠕变柔量主曲线簇。用Weibull函数来描述沥青内部缺陷的分布,将Burgers粘弹性模型与连续损伤因子模型二者耦合建立了沥青的粘弹性损伤模型。理论模型和试验结果比较吻合,表明在沥青粘弹性性能评价过程中考虑损伤效应的影响是必要的。

从高分子运动的温度依赖关系看高分子运动特点

高分子的运动是高分子科学中最为基本、最为重要的问题之一,也是教学的重点之一,它是联系高分子微观结构与高聚物宏观性能之间的桥梁,本文就高分子运动的特点尤其是高分子运动的温度依赖关系进行了讨论,进而从本质上理解高聚物结构与性能之间的关系。

黏弹性材料动态力学性能的分数阶时温等效模型与验证

为构造一种更加精准的黏弹性时温等效模型,基于黏弹性阻尼材料的分数阶本构关系和Vogel-Fulcher-Tammann黏度方程,结合WLF(Williams-Landel-Ferry)方程,提出了黏弹性阻尼材料动态力学性能的分数阶时温等效模型(fractional time-temperature superposition model,FTTSM),导出频率转化因子,并给出参数识别方法。在DMA(dynamic thermomechanical analysis)试验数据的基础上,对比研究了FTTSM和WLF两种模型,并应用分数阶Kelvin-Voigt模型对二者在参考温度5℃的主曲线进行了验证。结果表明,FTTSM和WLF所表征的频率转化因子在温度范围(–80~80℃)内最大相对误差为0.984 4%,FTTSM主曲线和WLF主曲线相对于Kelvin-Voigt模型理论预测值的均方根误差(RMSE)分别为1.291和1.834 MPa,验证了FTTSM的精确性。另外FTTSM主曲线扩展的最低频域低于WLF主曲线2个数量级,证明FTTSM对黏弹性动态力学特性具有更广泛的预测能力。为黏弹性材料动态性能预测、物理老化、蠕变损伤演化机理等研究提供理论参考。

玻璃化转变对食品稳定性的影响

本文首先简要介绍玻璃化转变对黏度、扩散和反应速率的影响,而后从物理稳定性、化学稳定性和生物学稳定性三个方面详细论述了玻璃化转变对食品稳定性的影响。在玻璃化转变温度附近温度降低使黏度增大,但小分子物质的扩散系数不再进一步减小。食品可能因发生玻璃化转变而丧失稳定性,但玻璃化转变并不能成为衡量食品稳定性的唯一标准,发生玻璃化转变也不意味着食品稳定性立即丧失。根据玻璃化转变可以较好地预测食品的物理稳定性,而难以有效预测食品的化学和生物学稳定性。

沥青混合料时间-温度-老化等效性原理及应用(英文)

粘弹性材料力学行为的主要特征是它的时间相关性,其本质在于材料内部时钟或特征时间的存在,这个特征时间受多种因素的影响,研究材料特征时间变化往往采用材料粘度的自由体积理论.根据自由体积理论,推导了表征时-温等效关系的WLF方程.老化同样影响材料的粘度,由已有的蠕变试验结果推导了沥青混合料的时间-温度、时间-老化、温度-老化等效关系式,这对研究沥青混合料的力学行为、结构分析以及寿命预估等具有重要的意义和价值.

颗粒填充复合材料的界面层研究

运用动态力学方法研究了硅粉和Al2 O3 填充的环氧树脂基复合材料的力学性能 ,结果表明当填料含量超过 2 0phr时 ,随着填料含量的增加 ,复合材料的玻璃化转变温度Tg 逐渐移向高温区 ,损耗峰的半高宽度W1/2 趋于增宽。当填料含量在 2 0phr时 ,损耗峰的高度和半高宽度W1/2 分别有一个突跃式的下降和增宽 ,而且Tg 大于纯环氧体系。利用WLF方程对环氧复合材料的模量 -温度关系进行了理论推算 ,结果表明用WLF方程预估这类复合体系在Tg 附近的模量是可行的。

聚醚砜流变性能的研究

用锥板流变仪测试了分子量不同的国产聚醚砜（ＰＥＳ）样品的流变性能．结果表明ＰＥＳ具有剪切变稀的特性，所得的粘流活化能与文献报道的ＩＣＩ产品值相近．根据求得的零剪切粘度（η０）与分子量的关系推断样品的分子量已经接近临界分子量（ＭＣ），并利用转换因子αＩ＝η０Ｔ／η０（ＴＲ）绘制了样品的叠合曲线，得到较好的叠加效果，同时还求得了ＷＬＦ方程的两个经验常数Ｃ１和Ｃ２的数值．

梳状聚合物电解质的力学松弛时间

以苯乙烯 /马来酸酐共聚物为骨架 ,聚乙二醇单甲醚为侧链合成了 3种不同侧链长度的梳状高分子聚合物 ,制成了锂盐络合物薄膜 .动态力学性能研究结果表明 ,本体系是主链刚性、侧链较柔软的梳状接枝聚合物 .应用时间温度等效原理 ,选择Tα 作为参考温度 ,建立了主曲线 ,得到了移动因子图和等自由体积图 .Williams、Landel和Ferry(WLF)经验方程的两个参数C1、C2 随着盐浓度增加而增大 .若T0 =50℃作为参考温度 ,平均松弛时间lgτc 与锂盐浓度C呈线性关系 .随着侧链分子量增加 ,主曲线向高频率移动 ;平均松弛时间lgτn 与侧链分子量的关系也是线性的 ;另外随着盐的不同 ,主曲线也会产生移动 ,表明盐种类对松弛时间产生影响 .

非等温粘弹流体平板收缩流的数值模拟

基于线性PTT本构模型对非等温粘弹流体4∶1平板收缩流进行了模拟,其中分子松弛时间、聚合物黏度与温度的依赖关系通过WLF公式描述。控制方程采用同位网格有限体积法求解,速度-压力以及速度-应力间的耦合采用动量插值技术处理。文中给出了不同We数下粘弹流体等温和非等温情况下流场和应力场的变化情况,分析了温度对流场和应力场的影响,考察了Pe数、We数以及能量方程中参数k对温度场的影响。

高分子阳离子导体的极性基效应

高分子阳离子导体是一类只有阳离子充作电荷载流子的高分子固体电解质,因它在直流条件下呈现稳定的离子电导率而受世界各国学者重视。作为具有实用价值的高分子电解质,阳离子导体的关键问题是室温下离子电导率太低(一般比相应的双离子导体低1—2个数量级),难以应用。因而,国内外在这方面的研究重点集中在提高离子电导率上,近年来我们利用共混,共聚和交联等手段对提高离子电导率方面做了仔细工作,其中以极性丙烯酰胺共聚方法较好,经改进后共聚物的锂离子电导率达到2.1×10^(-6)s/cm(25℃),但对极性基改进电导率的实质未经探讨,本文将在上述工作基础上对极性丙烯酰胺共聚改进导电性的实质进行详细分析,得出有益的理论数据。

基于相转变理论的形状记忆聚氨酯的本构方程构建

为了预测形状记忆聚氨酯的力学性能，为材料的设计和制备提供理论依据，借鉴聚合物在外力作用下发生强迫高弹形变的理论，假设形状记忆聚氨酯在外力作用下发生了从初始相到激活相的转变；用Maxwell模型表示初始相，非线性弹簧表示激活相，采用并联的形式组成一个三元件模型。在温度变化过程中，模量随温度的变化规律采用WLF方程表示，而链段运动活化能随温度的演变规律采用一个分段函数描述，构建带有温度场的应力应变本构方程。结果表明，构建的本构方程的理论预测与实验结果有良好的一致性。