松弛时间是在外力作用下从一个平衡态过渡到另外一个平衡态所需要的时间,是粘弹性材料的基本特性之一。高分子熔体粘弹性的松弛特性,尤其是松弛时间对产品性能有重要的影响,现有高分子材料定型制品具有残余应力大,尺寸精度低,易变形等问题。由于高分子材料结构复杂多变,熔体状态下的应力-应变关系不适应于弹性元件的虎克定律,也不适应于粘性元件的粘滞定律。现还没有公认的完善的粘弹性模型和理论可以很好的模拟粘弹性材料的力学行为和准确的表征松弛时间。所以,高分子粘弹性材料流体状态下松弛时间机理与模型的研究具有广阔前景。本研究以用途广泛的聚苯乙烯(Polystyrene.PS)高分子为研究对象,根据已有实验发现,对PS流体状态下运动机理进行研究。构建聚苯乙烯流体状态下的物理模型,并用数学简析式表达其在外力作用下松弛时间的变化。基于PS分子链结构参数、聚集态结构参数等测量参数基础上,结合外界设定工艺条件,构建PS大分子链流体状态下,表征松弛时间的数学模型。主要研究工作一是进行实验研究,仪器测量表征PS分子链结构、聚集态结构等参数。应用凝胶色谱仪测量8种不同牌号PS的平均分子量,并通过计算重均分子量Mw与数据分子量Mn 比值得到分散度D。应用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对PS进行同一性判别。应用热重分析(TG)与差示扫描量仪(DSC)测量PS的热性能,从而确定不同牌号PS的加工温度区域、结合点(?)的数量、取向度F等。主要研究工作二是根据实验发现,进行理论与模型研究。根据已有实验现象,提出PS流体状态下运动机理假设。构建大分子链流体在外力作用下的物理模型,随着外力作用增大(温度升高、转速升高),分子链段运动状态改变,分子链热运动的能量E、分子链间隙v(自由体积)、分子链段运动单元λ发生变化,松弛时间τ变化。结合对材料科学理论知识的研究,材料的微观结构参数与外力作用条件,构建流体状态下宏观因子松弛时间的数学模型。本研究可以简单快速的表征松弛时间τ的变化,表明松弛时间受众多因素耦合作用。主要研究工作三是应用实验松弛时间对模型进行拟合分析,选择Brabender转矩流变仪密练腔熔融聚苯乙烯测量松弛时间。设定恒定转速n=40r/min。T0=玻璃化温度Tg+100℃,实验温度区域范围T0℃～(T0+20)℃,△T=5℃,做温度单因素实验。设定恒定温度为T0℃,选定转速n ∈(30 r/min-60 r/min),An=10 r/min,做转速单因素实验。得到不同实验条件下的松弛时间,将数学模型与实际测量值相比较,有较好的拟合效果。本研究物理数学模型可以指导高分子材料设计和成型工艺制定,使其各运动单元在流体状态下完全恢复,减少残余应力,提高固化成型后的产品的综合性能和尺寸精度。本研究方法同样适用于其他高分子材料,对于高分子材料的发展具有重要意义。