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高聚物粘弹性模型化研究过程中的辩证法.doc

高聚物粘弹性模型化研究过程中的辩证法

Hunter军平
2019-05-11 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《高聚物粘弹性模型化研究过程中的辩证法doc》,可适用于工程科技领域

高聚物粘弹性模型化研究过程中的辩证法摘要:粘弹性是高分子材料使用性能中最为突出的力学性能,人们对粘弹性的逐步观察、认识和分析,促成了高聚物粘弹性基本概念、范畴的产生和发展以及其它学科方法的移植和相互渗透又促进了高聚物粘弹性唯象理论和现代分子理论的形成和发展。运用唯物辫证法的基本观点和科学思维方法建立起合适的理论模型,对于更深入地研究聚合物结构与性能之间的相互关系是至关重要的。关键词:高聚物粘弹性辩证法弹性形变和粘性流动的有机统一在众多人的传统观念中,固体毫无疑问是弹性的,流体是粘性的。但当你仔细观察许多种自然现象时,你也许会惊讶地发现,几乎自然界所有的物体同时兼有弹性和粘性。像水这种典型的牛顿液体,跳水运动员在刹那间却能感到它的弹性阻力。现代地球物理和地质学研究不但证明了“万物皆流”思想的正确性,而且也说明了流动现象对观察时间尺度的意义。一切事物是发展变化的,而变化发展的过程对于不同的时间尺度具有相对性。地壳板块的漂移、冰在冰川中的流动、沧海桑田的变迁,虽然在一个人的寿命时间内难以察觉、但从地质年代的时间尺度上观察,这种流动就显而易见了,象岩石这样在普通概念里勿庸置疑认为是固体的东西,也是能形变和流动的物质了,只不过它的刚度极大,粘度极高,松弛时间极长罢了。德博拉的名言“山在上帝面前流动了”彻底打破了传统的力学响应观念,沟通了固体和流体响应之间的界限,是人类思想史在流变学材料观上的充分反映。可见单纯说某种物质具有弹性或粘性,都是具有一定条件的。粘性和弹性是材料属性不可分割的两个方面,在不同的观察时间尺度上它们又相互依存和相互转化。人们对弹性和粘性的逐步观察和认识,促进了高分子流变学学科的产生和发展。宏观流变学与微观流变学的辩证统一在研究高分子材料结构与性能的相互关系时,必须了解宏观与微规的范畴与意义。宏观世界是指自然界中高分子材料的各种物态、及其各种运动形式。宏观客体由许许多多的大分子组成,而这些大分子又是通过化学途径由原子组成的,微观客体构成了宏观客体的组成要素,微观成分运动状态和作用的统计效果构成了宏观客体运动。宏观和微观是指两种不同的研究层次结构和运动演化,它们是彼此相互联系和相互制约的,它们的辩证发展促进了认识论上宏观流变学和微观流变学这对范畴方法的形成和发展。高聚物粘弹性的研究方法可分为两类:一是连续介质力学法,即宏观流变学,不考虑具体的分子结构,试图采用数学解法从宏观角度描述物体的粘弹行为二是分子理论法,即微观或结构流变学,试图从分子结构出发,推导出整体的性质。实践表明,连续介质力学法非常成功地解决了许多工业问题,提供了许多有用的一般性平衡原理(连续性方程、运动方程和能量守恒方程等)以及构写本构方程时所必须遵从的原则,是一种很重要的方法,但它尚有许多不足之处,如对不同类型的流体或固体,本构方程应采用何种具体的函数形式,它不能作出断定,而且这种理论不能对某种本构方程中可能出现的一切常数或函数作出合理的物理解释,更不能将这种常数或函数与材料的形态结构联系起来,从某种意义上来说,连续介质力学方法只是对所有流体宏观相似性的提炼,由于不同的高分子流体具有不同的粘弹性响应,即有不同的记忆特性,因而无法在本构方程中对微观结构的多样性作出全面的总结和归纳。而分子力学法是采用非平衡态热力学方法或扩散方程等动力学方法,求得高分子流体的宏观测定量和表示大分子的力学模型的各种参数之间的关系,无疑能获得许多重要的分子结构信息,但由于不同的聚合物具有不同的粘弹记忆特性,且同一聚合物又存在着复杂的多重转变和多种松弛机理,而难以找到简单明了的、具有普遍意义的物理数学模型。尚能探求到与材料应力、应变状态有关的精确的流变学数学模型,则可以达到既能区分材料的流变学特征参数的物理意义,并为这些参数的实验测定提供合理化的建议,如可与分子量、分子量分布联系起来,又可与材料的连续性方程结合起来,建立运动方程,从而有效地将流动条件和模口几何形状联系起来,可合理地选择最佳的生产条件与工艺参数及优化成型加工设备,以期获得性能良好的制品及可观的经济效益。因而连续介质力学法与分子理论的密切结合是流体运动的相似性与多样性的辩证统一,是流体的宏观运动规律与其微观结构参数的有机统一。

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