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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
) [6 z ^% {: Q' O9 E5 g3 Q1 y* L( [' z + i3 C3 F4 y) r6 Q+ n9 v6 w
一、橡胶高弹性的本质原因
2 L' d* F( D, u5 L* Y 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。
& d* k$ E( A- F9 n9 X* [) b: x3 A- \9 T; ?; H
二、高弹形变的特点: e' W! d" I/ k( [
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%);- U* [* F7 J: p0 b# p, n
2、弹性模量低,约10-1~10MPa(对比金属弹性模量,约104~105MPa)。 1 m/ P! f: u% y2 R6 \/ g; r
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。
! C4 m% d( a2 I2 Z4、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。
; @* K, i: a' T4 u: Q R# N2 I5、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。2 X& X! |7 `4 d. D+ ?, R J
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。
( b4 n4 d1 S" T2 |1 h9 ?- h
" {5 J5 |2 w) w% L8 v* ^3 K/ w三、高弹性的条件:/ R/ I; Y- ?7 H, P
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 F2 B/ I& h( l, F2、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。
! M9 L: S1 s4 S8 q4、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。
6 a% h( s9 A1 T! F+ U; H
' I; l6 ~* L& h7 [1 l四、橡胶弹性的影响因素:! F: |' n! k, `0 N3 B ~
1 U6 Z& Q v& a1、交联与缠结效应:/ G7 _- |! v. [ U( w/ q
交联点密度与网链密度的关系: . g( ` n" j2 ?
交联网链间的物理缠结也是影响弹性模量的因素
" a4 k& Q: F% E k+ X* ~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。
: X1 Y) y1 ~. N% E/ x3、网链的极限生长:非高斯效应,使应力或弹性模量增加。
9 l) x% D) K: B) j4、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 z' b3 y! k8 F3 R5、填料,填料的加入可以提高模量、拉伸强度等 |
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