高分子物理之7

1、第七章第七章橡膠彈性橡膠彈性學(xué)習(xí)目的要求學(xué)習(xí)目的要求 通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，掌握形變類型通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，掌握形變類型及描述力學(xué)行為的基本物理量，全面及描述力學(xué)行為的基本物理量，全面理解和掌握橡膠彈性產(chǎn)生的原因、條理解和掌握橡膠彈性產(chǎn)生的原因、條件及特點(diǎn)，指導(dǎo)橡膠的使用和加工件及特點(diǎn)，指導(dǎo)橡膠的使用和加工 。本章的主要內(nèi)容本章的主要內(nèi)容 形變類型及描述力學(xué)行為的基本物理量形變類型及描述力學(xué)行為的基本物理量 橡膠彈性的熱力學(xué)分析橡膠彈性的熱力學(xué)分析 熱塑性彈性體熱塑性彈性體第七章第七章橡膠彈性橡膠彈性Rubber Products1.1.彈性形變大彈性形變大 可達(dá)可達(dá)1000，金屬，金屬GEG，也就是說(shuō)

2、，也就是說(shuō)拉伸比剪切困難拉伸比剪切困難。 三大高分子材料在模量上有很大差別，橡三大高分子材料在模量上有很大差別，橡膠的模量較低，纖維的模量較高，塑料居中。膠的模量較低，纖維的模量較高，塑料居中。 對(duì)于對(duì)于各向異性各向異性材料來(lái)說(shuō)，材料來(lái)說(shuō)，情況要復(fù)雜得多情況要復(fù)雜得多，通常至少有通常至少有5-65-6個(gè)彈性模量，有的多達(dá)個(gè)彈性模量，有的多達(dá)3636項(xiàng)。項(xiàng)。 常見(jiàn)材料的泊松比常見(jiàn)材料的泊松比泊松比數(shù)值泊松比數(shù)值解解 釋釋0.5不可壓縮或拉伸中無(wú)體積變化不可壓縮或拉伸中無(wú)體積變化0.0沒(méi)有橫向收縮沒(méi)有橫向收縮0.490.499橡膠的典型數(shù)值橡膠的典型數(shù)值0.200.40塑料的典型數(shù)值塑料的典型數(shù)值

3、l0l = l0 + dlffl0 Original lengthf tensile forcedl extended lengthP所處大氣壓所處大氣壓 dV體積變化體積變化7.2 橡膠彈性的熱力學(xué)分析熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律dU =Q -WdU 體系內(nèi)能變化體系內(nèi)能變化Q 體系吸收的熱量體系吸收的熱量W 體系對(duì)外所做功體系對(duì)外所做功PdVfdlW = PdV - fdl假設(shè)過(guò)程可逆假設(shè)過(guò)程可逆Q=TdS熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律膨脹功膨脹功拉伸功拉伸功ff橡膠在等溫拉伸中體積不變，橡膠在等溫拉伸中體積不變， 即即 dV=0dU = TdS + fdl對(duì)對(duì)l求偏導(dǎo)求偏導(dǎo)T,VT,VUS

4、=T+ flldU =TdS - PdV+fdlT,VT,VUSf =-Tll 內(nèi)能變化內(nèi)能變化熵變化熵變化難以測(cè)量難以測(cè)量, , 要變換成實(shí)要變換成實(shí)驗(yàn)中可以測(cè)驗(yàn)中可以測(cè)量的物理量量的物理量,T VSl, l VfT,T VT VUSfTll,T Vl VUffTlT橡膠的熱力學(xué)方程橡膠的熱力學(xué)方程將橡皮在等溫下拉伸一定長(zhǎng)度將橡皮在等溫下拉伸一定長(zhǎng)度l, 然后測(cè)然后測(cè)定不同溫度下的張力定不同溫度下的張力f, 由張力由張力f 對(duì)絕對(duì)溫對(duì)絕對(duì)溫度度T做圖做圖, 在形變不太大的時(shí)候得到一條在形變不太大的時(shí)候得到一條直線直線. (dV=0)f - T Curve,V lfT,T VUl,0T VUl

5、結(jié)果：各直線外推到結(jié)果：各直線外推到T=0K時(shí)，時(shí)，幾乎都通過(guò)坐標(biāo)的原點(diǎn)幾乎都通過(guò)坐標(biāo)的原點(diǎn)T,Vl,VUff =+TlT fT /K直線的斜率為直線的斜率為:直線的截距為直線的截距為:外力作用引起熵變外力作用引起熵變,T VT VT VUSSfTTlll 橡膠彈性是熵彈性橡膠彈性是熵彈性回彈動(dòng)力是熵增回彈動(dòng)力是熵增橡膠拉伸過(guò)程中的熱量變化橡膠拉伸過(guò)程中的熱量變化fdl =-TdS拉伸放熱拉伸放熱回縮 dl0, Q0dU=0dV=0dU =TdS-PdV+fdlQ=TdSQfdl回縮吸熱回縮吸熱拉伸 dl0, dS0, Q0=0熱力學(xué)分析小結(jié)熱力學(xué)分析小結(jié),T VT VT Vl VT VUSf

6、TllUfTlTSTl 橡膠彈性是熵彈性橡膠彈性是熵彈性, 回彈動(dòng)力是熵增?；貜梽?dòng)力是熵增。橡膠在拉伸過(guò)程中放出熱量橡膠在拉伸過(guò)程中放出熱量, 回縮時(shí)吸收熱量?；乜s時(shí)吸收熱量。橡膠的熱橡膠的熱力學(xué)方程力學(xué)方程高彈性的本質(zhì)高彈性的本質(zhì) 橡膠彈性是由熵變引起的，在外力作用下，橡膠彈性是由熵變引起的，在外力作用下，橡膠分子鏈由卷曲狀態(tài)變?yōu)樯煺範(fàn)顟B(tài)，熵減小，橡膠分子鏈由卷曲狀態(tài)變?yōu)樯煺範(fàn)顟B(tài)，熵減小，當(dāng)外力移去后，由于熱運(yùn)動(dòng)，分子鏈自發(fā)地趨向當(dāng)外力移去后，由于熱運(yùn)動(dòng)，分子鏈自發(fā)地趨向熵增大的狀態(tài)，分子鏈由伸展再回復(fù)卷曲狀態(tài)，熵增大的狀態(tài)，分子鏈由伸展再回復(fù)卷曲狀態(tài)，因而形變可逆。因而形變可逆。 7.3

7、熱塑性彈性體 熱塑性彈性體熱塑性彈性體(thermoplastic elastomer,TPE)(thermoplastic elastomer,TPE)是是一種兼有塑料和橡膠特性、在常溫下顯示橡膠高彈性、一種兼有塑料和橡膠特性、在常溫下顯示橡膠高彈性、高溫下又能演塑化成型的高分子材料，又稱為第三代高溫下又能演塑化成型的高分子材料，又稱為第三代橡膠。由于橡膠。由于TPETPE既只有傳統(tǒng)橡膠的性質(zhì)。又不需要硫既只有傳統(tǒng)橡膠的性質(zhì)。又不需要硫化，其制品在加工過(guò)程中，邊角余料利廢品可重復(fù)利化，其制品在加工過(guò)程中，邊角余料利廢品可重復(fù)利用，故具有節(jié)省資源、能源、勞力和生產(chǎn)效率高的特用，故具有節(jié)省資源、

8、能源、勞力和生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)。點(diǎn)。按照生產(chǎn)方法的不同，按照生產(chǎn)方法的不同，TPETPE大致可以分為兩大類：大致可以分為兩大類：(1)(1)通過(guò)聚合方法得到的嵌段共聚物通過(guò)聚合方法得到的嵌段共聚物; ;如如: :苯乙烯苯乙烯丁二烯丁二烯苯乙烯三嵌段共聚物；苯乙烯三嵌段共聚物；(2)(2)彈性體與塑料在一定條件下通過(guò)機(jī)械共混方法制備的共彈性體與塑料在一定條件下通過(guò)機(jī)械共混方法制備的共混物?；煳铩Ｈ缛? :乙丙橡膠與聚丙烯共混物乙丙橡膠與聚丙烯共混物熱塑性乙丙橡膠。熱塑性乙丙橡膠。7.3 熱塑性彈性體7.3 熱塑性彈性體 嵌段共聚型嵌段共聚型TPETPEn 嵌段共聚型嵌段共聚型TPETPE包括包括:

9、 :苯乙烯類苯乙烯類TPETPE，聚氨酯類，聚氨酯類TPETPE， 聚酯類聚酯類TPETPE，聚硅氧烷類，聚硅氧烷類TPETPE等。等。n特點(diǎn)特點(diǎn): :彈性好、硬度高、耐磨、耐油。彈性好、硬度高、耐磨、耐油。n缺點(diǎn)缺點(diǎn): :壓縮永久形變較大、熱穩(wěn)定性較差、密度較高、價(jià)格昂貴壓縮永久形變較大、熱穩(wěn)定性較差、密度較高、價(jià)格昂貴等。等。n用途用途: :用于注射用于注射, ,擠出成型制品、鞋底、涂布、涂料、粘合等。擠出成型制品、鞋底、涂布、涂料、粘合等。n 該領(lǐng)域研究得最深透的是陰離子聚合得到的苯乙烯該領(lǐng)域研究得最深透的是陰離子聚合得到的苯乙烯- -丁二烯丁二烯- -苯苯乙烯三嵌段共聚物乙烯三嵌段共聚

10、物(SBS),S/B(SBS),S/B約為約為30/70(30/70(質(zhì)量比質(zhì)量比) )。共混型共混型TPETPE共混型共混型TPETPE在共混技術(shù)上經(jīng)歷了三個(gè)階段在共混技術(shù)上經(jīng)歷了三個(gè)階段: :n 簡(jiǎn)單機(jī)械共混（簡(jiǎn)單機(jī)械共混（TPOTPO）。）。 特點(diǎn)為密度小，抗沖擊性特別是低溫脆性好特點(diǎn)為密度小，抗沖擊性特別是低溫脆性好n 部分動(dòng)態(tài)硫化共混。部分動(dòng)態(tài)硫化共混。 特點(diǎn)特點(diǎn): :材料強(qiáng)度、壓縮永久形變、耐熱、耐溶劑等性能均較材料強(qiáng)度、壓縮永久形變、耐熱、耐溶劑等性能均較TPOTPO有了很大提高，橡膠含量也可高于有了很大提高，橡膠含量也可高于TPOTPOn 動(dòng)態(tài)硫化共混。熱塑性硫化膠動(dòng)態(tài)硫化共混。熱塑性硫化膠(IPV)(IPV)。 特點(diǎn)特點(diǎn): :材料的強(qiáng)度、彈性、抗壓縮永久形變性能及耐熱性都材料的強(qiáng)度、彈性、