8 高弹性和黏弹性

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1、聚合物的高弹性和黏弹性第八章高聚物的高弹性和黏弹性授课教师：贺国文授课班级：1508501/502材料与化学工程学院聚合物的高弹性和黏弹性本章基本内容：第一节高弹性的热力学分析第二节高弹性的分子理论第三节交联网络的溶胀第四节聚合物的力学松弛——黏弹性第五节黏弹性的力学模型第六节黏弹性与时间、温度的关系——时温等效原理第七节聚合物黏弹性的实验研究方法第八节聚合物的松弛转变及其分子机理聚合物的高弹性和黏弹性高聚物的力学状态玻璃态高弹态黏流态聚合物的高弹性和黏弹性非晶态高聚物在玻璃化温度以上处于高弹态表8-1某些通用橡胶状的聚合物聚合物结构式Tg（℃）Tm（℃）天

2、然橡胶-CH-C(CH)=CH-CH--732832丁基橡胶-C(CH)-CH--735322聚二甲基硅氧烷-Si(CH)-O--127-4032聚丙烯酸乙酯-CH(COOCH)-CH--24—252苯乙烯-丁二烯共聚物-C(CH)-CH-CH-CH=CH-CH-低—65222乙烯-丙烯共聚物-CH-CH--CH(CH)-CH-低—2232聚合物的高弹性和黏弹性高弹性的高分子链段有足够的自由体积可以活动，当它们受到外力后，柔性的高分子链可以伸展或卷曲，能产生很大的变形，甚至超过百分之百，但并不是所有的聚合物都如此。表8-2某些通用为非橡胶状的聚合物聚合物结构

3、式原因聚乙烯-CH-CH-高度结晶22聚苯乙烯-C(CH)-CH-玻璃体652聚氯乙烯-CH-CHCl-玻璃体2弹性蛋白-CO=NH-CHR-玻璃体聚硫-S-链太不稳定聚对苯撑-CH-链太刚性64酚醛树脂-CH(OH)-CH-链太短642聚合物的高弹性和黏弹性如果将弹性聚合物进行交联，形成网络，它的特点是受到外力后能产生很大的变形，但不导致高分子链之间产生滑动，因此外力除去后形变会完全恢复，这种大形变的可逆性称为高弹性。聚合物的高弹性和黏弹性橡胶是玻璃化转变温度远低于室温的非晶态高聚物。常用的弹性体有：1、聚二烯烃：天然橡胶，聚异戊二烯，聚氯丁二烯，苯乙烯/

4、丁二烯共聚物（丁苯橡胶SBR）和丁腈橡胶等。2、饱和弹性体：聚丙烯酸乙酯和聚丙烯酸丁酯，二元乙丙橡胶或三元乙丙橡胶3、热塑弹体：SBS，或SEBS（苯乙烯/乙烯-丁烯，苯乙烯嵌段共聚物），多嵌段聚氨酯热塑弹性体及聚酯/聚醚热塑弹性体等。4、其它弹性体，如聚硅氧烷和聚硫橡胶等。所有的弹性体都由高分子量的柔性分子链组成，它们的玻璃化温度远低于室温，因此在通常使用温度下都处于高弹态。弹性体在力学性能上的最大特点是在小的应力作用下能产生很大的可逆弹性形变，称为高弹性。聚合物的高弹性和黏弹性8.1高弹性的热力学分析天然橡胶的实验现象：1、橡胶带在迅速拉伸是发热，回缩时

5、变冷。2、在恒定载荷作用下已伸长的橡胶带，受热时缩短，冷却是伸长。3、将伸长的橡胶带放进冷水，该橡胶该失去部分回弹性；但加热时，橡胶又能回复到原长。聚合物的高弹性和黏弹性高聚物的高弹性有如下特点：1、弹性应变大，最高可达1000%，而金属材料的弹性形变一般不超过1%；2、弹性模量约为100Mpa，而金属的普弹模量可高达101～102Gpa；3、快速拉伸时，高弹态高聚物的温度升高，而金属材料的温度下降；4、高弹平衡模量随温度的升高而增加，而金属的普弹模量随温度的升高而降低。聚合物的高弹性和黏弹性8.1高弹性的热力学分析高弹性的上述特点，都是由高弹性的本质决定的

6、。高弹性的本质是熵弹性，即高弹形变主要引起体系的熵变；而普弹性的本质是能弹性，即普弹形变主要因起体系的内能变化。结合分子运动的机理来看，高聚物发生弹性形变时，高分子链通过链段运动从卷曲构象转变为伸展构象，因起体系构象熵的减小；外力去除后，体系又自发地朝熵增方向变化，即高分子链从伸展构象回复。而在普弹形变中，分子运动的机理是键长和键角的变化。聚合物的高弹性和黏弹性8.1高弹性的热力学分析高弹形变可以分为平衡态形变（即可逆过程形变）和非平衡态形变（即松弛过程形变）。所谓平衡态是指热力学学的平衡状态。在平衡态时，高分子链具有平衡构象。从分子运动机理来看，高聚物的高

7、弹形变是链段相对迁移的结果，链段运动又取决于单键内旋转。也就是说，在这种情况下，橡皮高弹应变的平衡应力仅仅是熵变产生的。聚合物的高弹性和黏弹性8.2高弹性的分子理论橡胶弹性的分子理论是说明外力的作用下所产生的形变与网络分子结构之间的关系。首先从最简单的理想交联网络模型谈起。聚合物的高弹性和黏弹性8.2.1仿射网络模型仿射网络模型（affinenetworkmodel）是Flory在1953年提出的，它的基本假设是：（1）每个交联点由四根链组成，交联点是无规分布的；聚合物的高弹性和黏弹性（2）两个交联点之间的链（网链）是高斯链，它的末端距符合高斯分布；（3）由

8、这些高斯链组成的各向同性的交联网的构象综述是各个单独