第四章 聚合物的力学性能ppt课件.ppt

《第四章 聚合物的力学性能ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二节聚合物的高弹性高弹态是聚合物特有的基于链段运动的一种力学状态，它所表现的高弹性是材料中一项十分难得的可贵性能。对高弹性材料，一方面应努力提高耐老化性能，提高耐热性，另一方面则需降低其玻璃化温度，改善耐寒性。8/22/20211高分子课程教学一．聚合物高弹性的特征1．弹性模量很小，而形变量很大铜、钢：1%；橡胶：1000%，橡胶类物质的弹性形变叫做高弹形变。橡胶的模量比其它物质小一万倍以上。形变量小的原因；弹性模量小的原因。8/22/20212高分子课程教学2.橡胶具有热弹效应橡胶在伸长时会放热，回缩时会

2、吸热。3．具有明显的松弛特性橡胶发生形变需要时间。热弹效应8/22/20213高分子课程教学二．高弹性的高分子结构特征1．分子链的柔性橡胶类聚合物都是内旋转比较容易、位垒低的柔性高分子。8/22/20214高分子课程教学2．分子间的相互作用分子间作用力较小的非极性聚合物。3．分子间的交联控制一定的交联密度对于获得高弹性是十分重要的。8/22/20215高分子课程教学4．结晶与结晶度常温下不易结晶的柔性大分子链才具有橡胶弹性。聚乙烯、聚甲醛等，不呈现高弹性。天然橡胶和古塔波胶：前者具有顺式结构，在室温下不易结晶

3、，具有优良的高弹性能，是一种综合性能优良的橡胶。而后者具有反式结构，容易结晶，是没有弹性的树脂状物质。8/22/20216高分子课程教学5．聚合物的分子量当高分子的链段开始运动，而整个分子链尚不能运动时，聚合物呈高弹性。非晶态聚合物高弹性的温度范围是Tg和Tf之间，这个温度范围通常随分子量的增加而逐渐加宽。8/22/20217高分子课程教学三．橡胶的弹性理论第一步是对橡胶的弹性进行热力学分析；第二步是用统计方法定量地计算高分子量的末端距和熵；第三步是把孤立分子链的性质用于交联网络结构的体系中，试图用定量的方法

4、表示网络结构高聚物的高弹性。8/22/20218高分子课程教学1．橡胶弹性的热力学（1）橡胶的热力学方程假定恒温下，长度为l0的橡胶试样，在外力f的作用下伸长dl，由热力学第一定律可知，体系内能的变化dU等于体系吸收的热量dQ减去体系对外所做的功dW，即：dU=dQ-dW由热力学第二定律可知，在等温可逆过程中：dQ=T·ΔS8/22/20219高分子课程教学体系对外所做的功包括两方面：其一，拉伸过程中橡胶体积变化所做的膨胀功PΔV；其二是拉伸过程中形状变化所做的功-fdl，即：则：(1)8/22/202110

5、高分子课程教学实验证明，橡胶在拉伸过程中，体积几乎不变，dV=0,得：(2)8/22/202111高分子课程教学外力作用在橡胶上，一方面使橡胶的内能发生变化，另一方面使橡胶的熵发生变化。或者说：橡胶的张力是由于内能的变化和熵的变化引起的。物理意义8/22/202112高分子课程教学如果用fu表示内能变化引起的弹性力，fs表示熵引起的弹性力，则为了验证上式，先要把不能被直接测量的加以变换：8/22/202113高分子课程教学根据Gibbs自由能的定义：对于微小的变化：将（1）式的自由能表达式代入得：8/22/2

6、02114高分子课程教学由上式可得：得到8/22/202115高分子课程教学所以（2）可写成：这就是橡胶的热力学方程式，这里的物理意义是：在试样长度l和体积V维持不变的情况下，试样张力f随温度T的变化。8/22/202116高分子课程教学在实验时，将橡皮在等温下拉伸到一定长度l，然后测定不同温度下的张力f。因为上式是按平衡态热力学处理得到的，实验改变温度时，必须等待足够长的时间，使张力达到平衡值为止。为了验证是否到达平衡态，一般还分别做升温和降温对照。以张力f对绝对温度作图，截距为：斜率为：8/22/2021

7、17高分子课程教学以不同的拉伸长度l做平行实验，在f对T的图上便可得到一组直线。8/22/202118高分子课程教学在相当宽的伸长范围和温度范围内，张力与温度之间一直保持良好的线性关系，直线的斜率随伸长率的增加而增加，而且各直线外推到T=0时，几乎都通过坐标原点，即，说明橡胶拉伸时，内能几乎不变，而主要引起熵的变化。结果表明8/22/202119高分子课程教学就是说，在外力作用下，橡胶的分子链由原来的蜷曲状态变为伸展状态，熵值由大变小，终态是一种不稳定体系，当外力除去后就会自发回复到初态。这就说明了为什么橡胶

8、高弹形变是可回复的。又根据恒温可逆过程，则可解释橡胶在拉伸过程中会放出热量的道理。8/22/202120高分子课程教学（2）理想高弹体等温形变过程中内能保持不变的弹性体为理想弹性体。当时即理想弹性体拉伸时，只引起熵变，或者说，只有熵的变化对理想弹性体的弹性有贡献，因此也称这种弹性为熵弹性。8/22/202121高分子课程教学2．橡胶弹性的统计理论从热力学分析的结果知道，对于理想弹性体来说，其弹性是熵