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处于高弹态的橡胶类材料在小外力下就能发生100-1000%的大变形,而且形变可逆,这种宝贵性质使橡胶材料成为国防和民用工业的重要战略物资。高弹性源自于柔性大分子链因单键内旋转引起的构象熵的改变,又称熵弹性。高弹性------聚合物(在Tg以上)处于高弹态时所表现出的独特的力学性质,又称橡胶弹性" j" g+ z( m Z7 c; m8 w ]
3 U, M2 E: W, i! R" q+ Z) W一、橡胶高弹性的本质原因
8 @' O. p0 v, V* |: R 高弹性的本质原因和橡胶内部的分子结构有关系的。未经硫化的橡胶呈细团状,硫化后呈渔网状。硫化胶由于各种交联方式的不同,硬度不同,交联密度不同,含胶量不同等原因,表象也不相同。交联密度高了,分子间的键会增加分子束的强度,这时当外力作用下,交联键会给分子链一定的组合保护,因为分子链的长度不同,这时短的就会先因受力过大断掉。就象几条线不同长度的线很容易扯断,但是把几条线中间结几个扣,就会受力更均匀一些,也更不易断。当然交联密度过高就会从本质上改变橡胶大分子的特性,反而会弹性下降。
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2 }. o7 Y) a' ^9 B二、高弹形变的特点
9 S4 O4 f+ m3 }+ r9 q0 p0 B* M1、形变量大,可达100%~1000%(对比普通金属弹性体的弹性形变不超过1%);
& `) R: D2 j3 ?2 H$ p' a$ K' o- o- S2、弹性模量低,约10-1~10MPa(对比金属弹性模量,约104~105MPa)。 : x. C) j; X6 {4 T( M) n
3、高弹形变的弹性模量与温度成正比,而金属的弹性模量随温度升高而下降。 : [* Q' v8 c/ z. H# J1 B6 n# U# ^
4、形变过程有热效应,绝热拉伸(快速拉伸)时,材料会放热而使自身温度升高,金属材料则相反。 4 A p2 t# b8 b2 m- d S# s4 S2 ~
5、高弹形变有力学松弛现象(高弹形变时分子运动需要时间),而金属弹性体几乎无松弛现象。
5 T$ z/ q0 s& @' j" n+ W高弹性的本质是熵弹性形变过程熵减,储存能量T △ S ; 自发的熵增可使形变恢复,无能量损耗。$ S5 A* e% I/ a: }
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三、高弹性的条件:
, d- f8 V( ?& G1、柔性高,高分子链的柔性是出现高弹性的根本原因。只有在室温下不易结晶的柔性高聚物,才有可能成为具有高弹性的橡胶
! g. O# c7 u8 t/ J' Q! N, y1 T2、分子链长,分子链越长,链段数越多,分子链就越柔顺,热运动越容易;分子量越大物理结点越多,链与链之间不容易滑移,有利于提高弹性。* l$ v. L+ M' |, q2 h; A
4、轻度交联,过度的交联会限制分子的链段运动,从而降低弹性。( h8 O2 g* g) h& g* i9 m [
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四、橡胶弹性的影响因素:
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1、交联与缠结效应:
5 b# i8 M5 J4 B# b: \$ i交联点密度与网链密度的关系: , C$ B6 `! Z" B+ i2 w: P1 Y' d% z
交联网链间的物理缠结也是影响弹性模量的因素
$ w1 ^; J1 O8 F1 c$ H4 H7 p2、溶胀效应:溶涨度大,网链密度降低,抑制诱发结晶,模量降低。
; x6 h# t* U' @4 y. o4 m3、网链的极限生长:非高斯效应,使应力或弹性模量增加。
% R+ p- b5 w; C4、应变诱发结晶:拉伸网链沿着拉伸方向取向,有序增加,利于结晶。模量增大。; i1 k7 z. f8 ~
5、填料,填料的加入可以提高模量、拉伸强度等 |
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