《超高弹性材料》word版

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1、超高弹性运动鞋当你热血澎湃观看NBA中球星们一越而起，秒杀篮筐时？你是否常想象着自己也能像他们一样，玩转篮球，秒杀全场？请跟我走进我们的科学设计——超高弹性运动鞋。我们设计的启发来源于人见人烦的跳蚤。科学家们发现，跳蚤的身长只有0.5-3.0毫米，体重仅200毫克左右，可是它跳的高度却达到350毫米，是其身高的100多倍，堪称跳高冠军。更令人惊奇的是，跳蚤每4秒跳一次，能够连续不断地跳78小时，垂直起跳所用的力为其自身体重的140倍。假设跳蚤和人一样大，它可以跳起200多米。 跳蚤起跳时，像是刚刚出膛的枪弹

2、，速度极快，即使用高速摄影机拍摄，也只能折拍出它跳跃的模糊身影。飞机若是以如此之快的速度飞行，飞行员定会因脑血管崩裂而丧生。那又是什么原因让跳蚤跳越本领如此之惊人？科学家经过大量试验和潜心研究发现，跳蚤根本不是跳。原来跳蚤的祖先是一种有翅膀的昆虫。会飞的昆虫是靠有弹性的胶状蛋白质使翅膀快速摆动，拍打空气，从而产生空气动力的。科学家把这种比任何一种橡胶都好的弹性物质称为“莱西林”。由于跳蚤长期寄生在哺乳动物和鸟类身上，它的形态几经演变，翅膀已经退化和消失了，翅膀上的莱西林转到毗邻的大腿上。跳蚤大腿上的肌肉主要

3、用于绷紧莱西林，而当莱西林收缩时，便产生一股强大的爆发力，使跳蚤像离弦之箭，被弹升到几十厘米的高处。研究者把来西林伸到原来长度的3倍，绷紧几个月后再松开，刹时间它便恢复了原状。把橡皮筋拉紧可以贮存能量，一旦松开它只能放出85％的能量，这是因为橡皮筋不能立即恢复原状；而莱西林恢复原状时，却可以在千分之一秒内把97％的能量释放出来。那至于“莱西林”是什么？它为什么会有如此好的性能？这至今也仍是科学上的未解之谜。我们的构思就是从以上信息得到启示，从材料和结构方面相结合，寻找制备出一种超高弹性的运动鞋。一、材料我们

4、所需要的材料应从以下几个方面综合考虑：（1）有较高的弹性模量；（2）能进行一定的弹性形变；（3）以弹性形变储存能量并绝大部分能以机械能形式释放；（4）能量释放过程快。1、橡胶改性（1）杜仲-天然橡胶天然橡胶是顺式—聚异戊二烯,而杜仲胶是反式—聚异戊二烯,仅一字之差,性能却迥然不同，前者是优良的高弹性体,一百多年来在橡胶工业中发挥着重要的作用；而杜仲胶却是一种硬质材料,用途有限。然而杜仲橡胶抗拉强度，断裂伸长率稍逊于天然橡胶，但动态拉伸疲劳性能明显优于天然橡胶，而且它的硬度及300%定伸下应力也高于天然橡胶。

5、经过硫化后的杜仲橡胶具有非常高的网络弹性。杜仲胶是通过硫化的手段，达到临界交联度后获得高弹性的。它与天然橡胶的弹性的区别在于，天然橡胶被当成墒弹性体看待。这是基于把它的单个高分子链看成无规线团，从统计模型出发，每个线团都看成一个基本弹性单元而得出的一种弹性模型。对于杜仲胶，如不进行交联，分子链在相互靠近时，会按特定方式有序堆集而结晶，若在链间建立交联点，交联点附近的链段的有序性会被扭曲，变为无序。随着交联提高，网络的无序性会提高，一旦达到整个网络无序（临界交联度），结晶将被完全抑制，从而获得高弹性。因此，在

6、这种网络中，分子链段并不是无规线团，也就不能用无规线团弹性模型解释，而是交联网络的整体无序模型。其弹性来自分布于整个网络上交联点的各向同性构象记忆。硫化前为热塑性，加工方便。将天然橡胶和杜仲橡胶共混，由于杜仲胶的加入动态力学性能谱的损耗峰明显降低,因此,杜仲胶与天然橡胶共混,既保留一定的弹性,又兼有较高的弹性模量和强度，可能是部分替代天然橡胶的有效途径。（2）蛋清橡胶李建芬发明涉及一种高弹性橡胶，该橡胶包括以下组分及含量(重量):蛋清30%-60%；橡胶40%-70%。与现有技术相比，本发明高弹性橡胶弹性好

7、，融合了蛋清的弹性和橡胶原有的韧性，将二者集中在一体上，提高橡胶综合性能，将其应用于汽车轮胎可以增大轮胎的弹性，增加抓地力，延长使用寿命，增加汽车使用安全性。其中，所述的橡胶包括天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、异戊橡胶、丁基橡胶。2、纤维/橡胶复合材料橡胶具有大形变，弹性好，形变回复率高等优点。而纤维则具有较高模量，若将而这混合，在保持适当收缩率的前提下，即可制得具有高模量、高弹性的橡胶。有实验表明，使用短切CF增强丁腈橡拉伸胶，拉伸强度可上升50%，弹性模量上升500%，同时仍有一定的伸长率。当橡胶受到压缩

8、时，能量通过橡胶传递给纤维，将能量储存在纤维中。去除外力作用后，由于纤维的高模量、高强度，可迅速将橡胶拉回原形，恢复期原状。如图1所示。图1纤维/橡胶受力示意图因此，决定复合材料性能主要在于界面的作用。为了提高纤维和橡胶的相容性，可以对纤维进行表面处理（酸洗、氧化、等离子体处理、超声处理等）；或加入增进粘合的第三组分，如偶联剂等。3、类动物蛋白弹性蛋白是哺乳动物结缔组织弹性纤维的主要结构蛋白，由多条短多肽链交联在