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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
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* T. p5 X( G: c1 X3 t! t一、橡胶高弹性的本质原因
* f# u( _$ j- m% f& @7 H7 W3 k 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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二、高弹形变的特点
7 G( n, {' Z; V. I7 y7 W3 G$ T" l1、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%);
% M( c8 R" B2 Z! j- E, B/ T8 L2、弹性模量低,约10-1~10MPa(对比金属弹性模量,约104~105MPa)。 " p* H1 z3 x4 _) l2 K- 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。 ; b$ f, b: H. A, D5 E) J
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。
6 V/ r% e, W! k+ a0 D5、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。
Y) J& \- x( J$ u. i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。4 s4 L8 J9 O. s" \- Y
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三、高弹性的条件:- x8 w, I0 k1 _2 o+ U2 M3 ]
1、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
- k2 J6 s% p5 J2、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。
4 S7 ~/ k3 u# ]5 M" t* V4、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。
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. |/ O. F, h- y3 {: W四、橡胶弹性的影响因素:
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k$ Z! j4 ` _ ]# R/ D, j" s1、交联与缠结效应:
% q# d" P# Q0 k* a j' j) x交联点密度与网链密度的关系: - V9 }+ X9 x: f- E( Q
交联网链间的物理缠结也是影响弹性模量的因素( t2 y, u% I; r, O
2、溶胀效应:溶涨度大,网链密度降低,抑制诱发结晶,模量降低。& [: f" _0 M4 i6 h" D' e9 c
3、网链的极限生长:非高斯效应,使应力或弹性模量增加。
: Q+ @, {' R. p' ?8 E! [4、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。
# u; W" q9 j. `0 y" L' O/ g+ \# l5、填料,填料的加入可以提高模量、拉伸强度等 |
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