聚合物的高弹性.ppt

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1、第7章高聚物的高弹性、粘流性、粘弹性高聚物具有许多优良的自然性能和力学性能。其中力学性能是尤为重要的，备受人们的关注。材料的力学性能一般分为形变性能和断裂性能两类。形变性能又分为高弹性、粘流性、粘弹性。断裂性能包括强度和韧性。本章主要讨论高聚物的高弹性、粘流性、粘弹性。高弹性一、橡胶高弹性的特点二、橡胶高弹性的本质（通过热力学分析）通过本章的学习，可以理解和掌握橡胶弹性产生的原因及特点，指导橡胶的使用和加工。高弹性学习的内容：橡胶种类代号中文名称英文名称代号ASTM代号天然橡胶NatutalRubberNRAA异戊橡胶PolyisopreneIRAA丁苯

2、橡胶StyrenebutadienecopolymeSBRAA顺丁橡胶PolybutadieneBRAA.BA丁基橡胶ButylRubberIIRBA乙丙橡胶EthylenepropyleneRubberEPDMAA.BA.CA.DA氯丁橡胶PolychloropreneCRBC.BE丁睛橡胶NitrleRubberNBRBF.BG.BK.CH聚氨酯橡胶UrethaneRubberPUBG氯磺化聚乙烯橡胶HypalonPolyethyleneCSMCE丙烯酸酯橡胶PolyacrylateRubberACMDF.DH.EH氯酯橡胶Epichlorohydr

3、inECOCE乙烯-丙烯酸橡胶Vamac{Ethylene/Acrylic}E/AEE硅橡胶SiliconeRubberSIFC.FE.GE氟素橡胶FluoroCarbonRubberFPMHK氢化丁睛橡胶HydrogenateNitrileHNBRDH氟素硅橡胶FluorinatedSiliconeRubberFLSFK通俗概念：施加外力时发生大的形变，外力除去后可以回复的弹性材料。橡胶的定义ASTM规定：20～30℃下、1min可拉伸2倍的试样，当外力除去后1min内至少回缩到原长的1.5倍以下者或者在使用条件下，具有106～107Pa的杨氏模量者称

4、为橡胶。例如：钢铁：1.96109N/m2PS：0.25108N/m2NR:0.2~1104N/m2E=/－－应力－－形变弹性模量是指单位形变所需要的应力。抵抗外力产生形变的能力E随着温度升高而增大，而金属材料的E则相反1.弹性模量小，E很小7.1.1橡胶高弹性的特点高弹性应变：当材料受到外力作用，几何形状和尺寸发生变化，这种变化叫应变。应力：材料单位面积上的附加内力叫应力。附加内力：材料发生宏观形变时，其内部分子间以及分子内各原子间的相对位置和距离就要发生变化，产生了原子间及分子间的附加内力，抵抗着外力，并力图恢复到变化前的状态，达到平衡

5、时，附加内力与外力大小相等，方向相反。高弹性2.弹性形变大可达100%~1000％，金属<1％高弹性3.形变需要时间－力学松弛特性：链段的运动需要克服分子间的内摩擦力，达到平衡位置需要一定的时间。4.形变时伴随着热效应，橡胶急速拉伸时伴随着热效应，并且随着伸长率的增加而增加。5.泊松比较大，＝0.49，接近液体，拉伸时体积保持不变。6.未交联的橡胶发生的是不可逆的形变。问题：以分子运动的观点解释橡胶具有高弹性的原因高弹性表1常见材料的泊松比泊松比数值解释0.5不可压缩或拉伸中无体积变化0.0没有横向收缩0.49~0.499橡胶的典型数值0.20~0.4

6、0塑料的典型数值高弹性橡胶高弹性的本质高弹性是由熵变引起的，在外力作用下，橡胶分子链由蜷曲状态变为伸展状态，熵减小，当外力移去后，由于热运动，分子链自发地趋向熵增大的状态，分子链由伸展再回复卷曲状态，因而形变可逆。高弹性橡胶的弹性理论的发展分为三步：第一步：对rubber的弹性进行热力学分析，得出高弹性的本质第二步：用统计法定量的计算分子链的末端距和熵，从而对分子的弹性做出完整的解释第三步：把孤立的分子链性质用于交联网的结构体系中，用定量法描述rubber的高弹性7.1.2橡胶的弹性理论高弹性形变平衡态——可逆形变。橡胶的高弹形变，可用热力学第一定律和第

7、二定律进行分析非平衡态——松弛过程形变高弹性7.1.2.1平衡高弹性的热力学分析高弹性高弹性结论是否正确呢?靠实验来验证.后部分不能直接测定需作一变换.能弹性高弹性高弹性高弹性橡胶热力学状态方程该式的物理意义:当l和V保持不变时,外力(张应力)随着温度的变化。如将橡胶试片等温拉伸到某一定长度,测定不同温度下的张力,那么以张力对T作图,在形变不太大的时得到不同拉伸比的直线.直线的斜率为解释现象高弹性3.04.05.06.0f/9.8104Pa=1.42=1.65=1.87=2.05图5天然橡胶在不同拉伸比下的张力-温度关系300320340TK高

8、弹性由图可得到如下的结果:(1)不同拉伸比的直线的斜率并不相同,拉伸比增大时,斜