高等学校化学学报 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (4): 832.doi: 10.7503/cjcu20180685
收稿日期:
2018-10-10
出版日期:
2019-04-03
发布日期:
2019-04-10
作者简介:
联系人简介: 郭宝华, 男, 教授, 主要从事高分子材料方面的研究. E-mail:
基金资助:
CAI Lihai, GUO Baohua*(), ZHANG Cheng, XU Jun, HUANG Zhongyao
Received:
2018-10-10
Online:
2019-04-03
Published:
2019-04-10
Contact:
GUO Baohua
E-mail:bhguo@mail.tsinghua.edu.cn
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摘要:
以尼龙材料的应力松弛行为作为研究对象, 考察初始应变为1.0%, 2.8%和5.1%的尼龙1010样品在温度区间293353 K的松弛曲线, 采用时间-温度等效叠加方法得到了松弛模量主曲线, 计算出叠加过程中的表观活化能、 松弛过程中的活化体积和应力辅助功. 结果表明, 整个松弛过程中的表观活化能和应力辅助功表现出相同的变化趋势, 体现出松弛过程中克服运动单元位垒的过程. 当293323 K区间的松弛曲线叠加时, 随着初始应变的增加, 表观活化能和应力辅助功均逐渐降低, 有助于聚合物内部的运动单元越过能垒发生松弛, 与松弛过程中的应力辅助热活化理论相一致; 当333353 K区间的松弛曲线叠加时, 不同初始应变样品的表观活化能均为260 kJ/mol, 应力辅助功均为60 MPa·nm3, 说明松弛过程中克服运动单元的能垒与应力作用无关. 根据松弛主曲线, 计算出了尼龙1010在1.0%, 2.8%和5.1% 3种形变下, 长时间范围内应力衰减与时间的关系, 为预测实际使用过程中的应力松弛行为提供了依据.
中图分类号:
TrendMD:
蔡利海, 郭宝华, 张诚, 徐军, 黄忠耀. 以时温等效方法研究尼龙1010应力松弛行为及使用寿命预测. 高等学校化学学报, 2019, 40(4): 832.
CAI Lihai,GUO Baohua,ZHANG Cheng,XU Jun,HUANG Zhongyao. Long-term Stress Relaxation Prediction for Nylon 1010 Using Time-temperature Superposition Method†. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(4): 832.
Fig.1 Relaxation modulus of relaxation samples under different initial strains(A) 1.0% strain; (B) 2.8% strain; (C) 5.1% strain. 293 K; 303 K; 313 K; 323 K; 333 K; 343 K; 353 K.
Fig.4 Azimuthal X-ray diffraction intensity curves of Nylon 1010 samples(A) (002) reflection; (B) (100) reflection. a. Initial; b. 5.1% strain at 293 K; c. 5.1% strain at 313 K; d. 5.1% strain at 353 K.
Sample | ΔH/(J×g-1) | Xc(%) | Π(%) |
---|---|---|---|
Initial | 93.6 | 38.4 | 51.2 |
5.1% strain at 293 K | 94.8 | 38.9 | 50.5 |
5.1% strain at 313 K | 93.5 | 38.3 | 52.2 |
5.1% strain at 333 K | 95.5 | 39.1 | |
5.1% strain at 353 K | 94.6 | 38.8 | 50.3 |
Table 1 Crystallinity(Xc) and orientation degree(Π) of Nylon 1010 samples
Sample | ΔH/(J×g-1) | Xc(%) | Π(%) |
---|---|---|---|
Initial | 93.6 | 38.4 | 51.2 |
5.1% strain at 293 K | 94.8 | 38.9 | 50.5 |
5.1% strain at 313 K | 93.5 | 38.3 | 52.2 |
5.1% strain at 333 K | 95.5 | 39.1 | |
5.1% strain at 353 K | 94.6 | 38.8 | 50.3 |
Initial strain(%) | ΔHa/(kJ×mol-1) | Temperature/K |
---|---|---|
1.0 | 596 | 293—323 |
263 | 333—353 | |
2.8 | 432 | 293—323 |
259 | 333—353 | |
5.1 | 356 | 293—323 |
258 | 333—353 |
Table 2 Apparent activation energies(ΔHa) in Arrhenius plots of Fig.6
Initial strain(%) | ΔHa/(kJ×mol-1) | Temperature/K |
---|---|---|
1.0 | 596 | 293—323 |
263 | 333—353 | |
2.8 | 432 | 293—323 |
259 | 333—353 | |
5.1 | 356 | 293—323 |
258 | 333—353 |
[1] | Tobolsky A. V., J. Appl.Phys., 1956, 27(7), 673—685 |
[2] | Dotsenko V. I., Phys. Status Solidi B, 1979, 93(1), 11—43 |
[3] | Kubat J., Nilsson L. A., Rigdahl M., Mater. Sci.Eng.,1982, 53(2), 199—208 |
[4] | Kubat J., Nilsson L. A., Mater. Sci.Eng.,1982, 52(3), 223—228 |
[5] | Kubat J., Rigdahl M., Selden R., J. Appl. Polym.Sci.,1976, 20(10), 2799—2809 |
[6] | Lu Y., Yang W., Zhang K., Yang M. B., Polym.Test.,2010, 29(7), 866—871 |
[7] | Mohomane S., Djokovic V., Thomas S., Luyt A. S., Polym.Test.,2011, 30(5), 585—593 |
[8] | Hejlova A., Blahovec J., Polym. Eng.Sci.,2015, 55(3), 624—633 |
[9] | Razavi-Nouri M., Iran. J. Chem.Eng., 2012, 9(1), 60—69 |
[10] | Bagley R. L., Torvik P., J.Rheol.,1983, 27(3), 201—210 |
[11] | Dobreva A., Gutzow I., Schmelzer J., J. Non-Cryst.Solids,1997, 209(3), 257—263 |
[12] | Fancey K. S., J. Mater.Sci., 2005, 40(18), 4827—4831 |
[13] | Ghosh A., Das S., Banerjee D., Indian J. Fibre Text. Res.,2013, 38(4), 375—379 |
[14] | Koeller R. C., J. Appl.Mech., 1984, 51(2), 299—307 |
[15] | Chen Y., Chen H. S., Kang Y. G., Chem. J. Chinese Universities,2006, 27(11), 2160—2163 |
(陈艳, 陈宏善, 康永刚. 高等学校化学学报, 2006, 27(11), 2160—2163) | |
[16] | Chen H. S., Li M. M., Kang Y. G., Zhang S. L., Chem. J. Chinese Universities,2008, 29(6), 1271—1275 |
(陈宏善, 李明明, 康永刚, 张素玲. 高等学校化学学报, 2008, 29(6), 1271—1275) | |
[17] | Kubat J., Nilsson L. A., Rigdahl M., Mater. Sci.Eng.,1983, 61(3), 267—274 |
[18] | Kubat J., Selden R., Rigdahl M., J. Appl. Polym.Sci.,1978, 22(6), 1715—1723 |
[19] | Shaw M.T., Macknight W. J., Introduction to Polymer Viscoelasticity(3rd Ed.), Translated by Li Y. N., East China University of Science and Technology Press, Shanghai, 2012, 117—121 |
(李怡宁[译]李怡宁[译]. 聚合物黏弹性引论(第三版), 上海: 华东理工大学出版社, 2012, 82—98) | |
[20] | Zeng H. M., Chen H. M., Chem. J. Chinese Universities,1986, 7(12), 1140—1145 |
(曾汉民, 陈海宁. 高等学校化学学报, 1986, 7(12), 1140—1145) | |
[21] | Lv Y.F., Yang X. Z., Zhu S. N., Li X. K.,Acta Chim. Sin., 1983, (6), 525—533 |
(吕亚非, 杨小震, 朱善农, 李相魁. 化学学报, 1983, (6), 525—533) | |
[22] | Yang X.Z., Hu S. R., Lv Y. F., Zhu S. N., Li X. K.,Polym. Commun., 1985, (3), 202—206 |
(杨小震, 胡世如, 吕亚非, 朱善农, 李相魁. 高分子通讯, 1985, (3), 202—206) | |
[23] | Mo Z.S., Zhang H. F., Meng Q. B., Xue X. F., Zhang L. H.,Acta Polym. Sin., 1990, (6), 655—660 |
(莫志深, 张宏放, 孟庆波, 薛小芙, 张利华. 高分子学报, 1990, (6), 655—660) | |
[24] | Fu S. R., Zhang G., Tan Q., Yang Y., J. Therm.Anal.,1993, 40(2), 689—695 |
[25] | Feng J. H., Mo Z. S., Chen D. L., Chinese J. Polym.Sci.,1990, 8(1), 61—68 |
[26] | Zhu C. S., Li X. D., Pu S. T., Chem. J. Chinese Universities,1991, 12(12), 1677—1680 |
(朱诚身, 李修道, 李华光, 蒲帅天. 高等学校化学学报, 1991, 12s(12), 1677—1680) | |
[27] | Zhu C. S., Mo Z. S., Mou Z. C., Chem. J. Chinese Universities,1992, 13(6), 864—866 |
(朱诚身, 莫志深, 牟忠诚. 高等学校化学学报, 1992, 13(6), 864—866) | |
[28] | Mo Z. S., Meng Q. B., Feng J. H., Zhang H. F., Chen D. L., Polym.Int.,1993, 32(1), 53—60 |
[29] | Zeng H. M., Chen H. N., Chem. J. Chinese Universities,1986, 7(9), 851—856 |
(曾汉民, 陈海宁. 高等学校化学学报,1986, 7(9), 851—856) | |
[30] | Zhu C. S., Chen Y., Yang G. P., Wang Y. W., Wang J. W., Mo Z. S., Chem. J. Chinese Universities,1996, 17(5), 805—807 |
(朱诚身, 陈玉, 杨桂萍, 王友文, 王经武, 莫志深. 高等学校化学学报, 1996, 17(5), 805—807) | |
[31] | Wang J. K., Zhao G. S., Zhou Y. C., Chem. J. Chinese Universities,2011, 32(5), 1225—1230 |
(王继库, 赵国升, 周云春. 高等学校化学学报, 2011, 32(5), 1225—1230) | |
[32] | Lu H. B., Zhang X. Y., Zhang H., J. Appl.Phys.,2006, 100(054104), 1—7 |
[33] | Lu H. B., Zhang X. Y., J. Macromol. Sci. Part B,2006, 45(5), 933—944 |
[34] | Cai L.H., Zhang C., Guo B. H., Xu J., Huang Z. Y.,Acta Polym. Sin., 2016, (3), 382—390 |
(蔡利海, 张诚, 郭宝华, 徐军, 黄忠耀. 高分子学报, 2016, (3), 382—390) | |
[35] | Cai L. H., Qi Z. G., Xu J., Guo B. H., Huang Z. Y., Chinese Chem.Lett.,2017, 28(5), 949—954 |
[36] | Ferry J. D., J. Am. Chem.Soc., 1950, 72(8), 3746—3752 |
[37] | Nagamatsu K., Kolloid Z., 1960, 172(2), 141—162 |
[38] | Nagamatsu K., Yoshitomi T., J. Colloid Sci.,1959, 14(4), 377—384 |
[39] | Yoshitomi T., Nagamatsu K., Kosiyama K., J. Appl. Polym.Sci.,1958, 27(115), 335—347 |
[40] | Nagamatsu K., Yoshitomi T., Takemoto T., J. Colloid Sci.,1958, 13(3), 257—265 |
[41] | Williams M. L., Bender M. F., J. Appl.Phys.,1965, 36(10), 3044—3049 |
[42] | Murayama T., Dumbleton J. H., Williams M. L., J. Macromol. Sci., Part B,1967, 1(1), 1—14 |
[43] | Tajvidi M., Falk R. H., Hermanson J. C., J. Appl. Polym.Sci.,2005, 97(5), 1995—2004 |
[44] | Nakano T., Mech. Time-Depend Mater., 2013, 17(3), 439—447 |
[45] | Zhang J., Jiang H., Jiang C., Kang G., Lu F., Polym.Test.,2015, 44(7), 8—14 |
[46] | Van Krevelen D.W., Nijenhuis K. T., Properties of Polymers(4th Ed.), Science Press, Beijing, 2010, 89—101 |
[47] | Mo Z.S., Zhang H. F., Zhang J. D., Structure of Crystalline Polymers by X-Ray Diffraction(2nd Ed.), Science Press, Beijing, 2003, 234 |
(莫志深, 张宏放, 张吉东. 晶态聚合物结构和X射线衍射(第2版), 北京: 科学出版社, 2003, 234) | |
[48] | Gupta V., Rao D. R., J. Appl. Polym.Sci.,1992, 45(2), 253—263 |
[49] | William M., Landel R., Ferry J., J. Am. Chem.Soc.,1955, 77(14), 3701—3707 |
[50] | Brostow W., Corneliussen R.D., Failure of Plastics, Hanser Press, New York, 1986, 60—83 |
[1] | 赵东霞, 张海霞, 冯文娟, 杨忠志. 分子形貌所指示的羟基卡宾及其衍生物的质子转移反应[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(7): 2187. |
[2] | 匡敬忠, 原伟泉, 徐力勇, 李琳, 黄震. La(NO3)3和Pr(NO3)3对高岭石脱羟基动力学的影响[J]. 高等学校化学学报, 2015, 36(7): 1395. |
[3] | 蒋举兴, 王家俊, 段焰青, 刘亚, 王文元, 吴少华. 水催化2个酯分子相互转化反应的理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2014, 35(9): 1919. |
[4] | 李彤, 金葆康. 离子液体中对苯醌的电化学行为[J]. 高等学校化学学报, 2014, 35(4): 847. |
[5] | 汤海燕, 赵茂爽, 冯莉, 曹泽星. 褐煤模型化合物中含氧官能团脱出反应的理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2014, 35(11): 2370. |
[6] | 王继库 赵国升 周云春. 尼龙1010的拉伸结晶行为及Brill转变[J]. 高等学校化学学报, 2011, 32(5): 1225. |
[7] | 郭来辉 方省众 王贵宾 吴忠文. 热塑性聚酰亚胺与聚醚醚酮共混物的等温结晶动力学[J]. 高等学校化学学报, 2011, 32(12): 2908. |
[8] | 孙颖 任爱民 李作盛 闵春刚 任雪峰 封继康. 海萤荧光素类似物发光反应机理的理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2011, 32(11): 2586. |
[9] | 姚同伟, 杜立波, 杨屹, 徐元超, 贾宏瑛, 刘扬. 阿魏酸丙三酯的分子内协同抗氧化作用研究[J]. 高等学校化学学报, 2009, 30(7): 1431. |
[10] | 张大力, 柯家骏, 卢立柱. 气固色谱中分子热运动能的作用[J]. 高等学校化学学报, 2009, 30(4): 777. |
[11] | 许秀芳, 尚贞锋, 李瑞芳, 赵学庄. C50(D5h)与1,3-丁二烯及2,3-二取代的1,3-丁二烯的Diels-Alder环加成反应机理的理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2009, 30(11(1)): 16. |
[12] | 陈宏善, 李明明, 康永刚, 张素玲. Mittag-Leffler函数及其在粘弹性应力松弛中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2008, 29(6): 1271. |
[13] | 陈艳,陈宏善,康永刚 . 分数Maxwell模型应用于PTFE松弛模量的研究[J]. 高等学校化学学报, 2006, 27(11): 2160. |
[14] | 杨家振, 金一, 潘伟, 臧树良. 计时电流法测定Fe3+在离子液体BPBF4中的扩散系数[J]. 高等学校化学学报, 2005, 26(6): 1146. |
[15] | 张其震, 刘建强, 殷晓颖, 张静智. 端基含己氧基偶氮苯基元的一代光致变色液晶碳硅烷树状物的光响应行为研究[J]. 高等学校化学学报, 2004, 25(7): 1368. |
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