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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3 W. C+ O* N% u a" C( z
, G: T e/ R6 u1 M
一、橡胶高弹性的本质原因 {8 T1 F, _2 f+ D' n
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。: I0 d- n. U. K$ V/ t# r* F* C
1 r5 o3 H+ J! A- k0 T' X二、高弹形变的特点 f0 V1 p! J! x
1、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%);1 x5 H3 v1 n# x) W* i2 O$ b8 x% s
2、弹性模量低,约10-1~10MPa(对比金属弹性模量,约104~105MPa)。
! _, ~" h# N( Q, |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。 7 p( l8 T/ r1 t7 L- e
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。
. k3 c* q2 S( P: w# y, |8 P5、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。0 \. M+ g# q- N. c' A' S
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。7 S. `& U7 K; ]
3 |$ \& d0 `- Y6 w) M- U三、高弹性的条件:
* n( a% t/ f) L0 z" Z) |) _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
4 F8 e k, n8 y2、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。0 u: P4 Z2 p' ]' o& J0 Z# f) {
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。* p7 x, p$ ^# ~+ U3 F* K7 @8 r
( ~& K# h9 B. C$ d0 O3 l& |0 v
四、橡胶弹性的影响因素:
7 A, A3 [9 J' M
* _/ N/ [. p0 ^/ D( b" `+ R6 q1、交联与缠结效应:
, P0 `; j' p0 v! z4 w1 k4 U交联点密度与网链密度的关系: : _# p, K1 n$ v+ F, \& i
交联网链间的物理缠结也是影响弹性模量的因素
" A4 u: L( `8 c/ }6 Z; v$ x6 L1 c2、溶胀效应:溶涨度大,网链密度降低,抑制诱发结晶,模量降低。
, @* A7 j/ \! K# U3、网链的极限生长:非高斯效应,使应力或弹性模量增加。
5 j9 Z& l# C( e5 t/ ?2 y4、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。1 R4 B7 N: X" [9 H6 i. i$ z5 e
5、填料,填料的加入可以提高模量、拉伸强度等 |
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