高分子物理第六章

高分子物理第六章第一頁，編輯于星期日：五點四十四分。前言橡膠聚合物力學(xué)性能的特點橡膠的交聯(lián)橡膠高彈性的特點2第二頁，編輯于星期日：五點四十四分。Rubberproducts一、橡膠3第三頁，編輯于星期日：五點四十四分。Whatisrubber?Naturerubber-PISynthesizerubberPolybutadienePolyisobutylenePolychloroprene4第四頁，編輯于星期日：五點四十四分。Thedefinitionofrubber施加外力時發(fā)生大的形變，外力除去后可以恢復(fù)的彈性材料5第五頁，編輯于星期日：五點四十四分。二、高聚物力學(xué)性能的特點1．高聚物材料具有所有已知材料可變性范圍最寬的力學(xué)性質(zhì)PS制品很脆，一敲就碎（脆性）尼龍制品很堅韌，不易變形，也不易破碎（韌性）輕度交聯(lián)的橡膠拉伸時，可伸長好幾倍，力解除后基本恢復(fù)原狀（彈性）膠泥變形后，卻完全保持新的形狀（粘性）高聚物力學(xué)性質(zhì)的這種多樣性，為不同的應(yīng)用提供了廣闊的選擇余地(包括從液體、軟橡皮到很硬的固體，各種高聚物對于機械應(yīng)力的反應(yīng)相差很大)6第六頁，編輯于星期日：五點四十四分。2,高分子材料力學(xué)性能的最大特點高彈性黏彈性7第七頁，編輯于星期日：五點四十四分。（1）高聚物的高彈性高聚物極大的分子量使得高分子鏈有許多不同的構(gòu)象，而構(gòu)象的改變導(dǎo)致高分子鏈有其特有的柔順性。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，當(dāng)外力移去后，由于熱運動，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)，因而形變可逆。本質(zhì):8第八頁，編輯于星期日：五點四十四分。（2）高聚物的黏彈性指高聚物材料不但具有彈性材料的一般特性，同時還具有粘性流體的一些特性。彈性和粘性在高聚物材料身上同時呈現(xiàn)得特別明顯。9第九頁，編輯于星期日：五點四十四分。PBcross-linkedCrosslinkingiswhenindividualpolymerchainsarelinkedtogetherbycovalentbondstoformonegiantmolecule.三、橡膠的交聯(lián)10第十頁，編輯于星期日：五點四十四分。Molecularmovements具有橡膠彈性的條件:長鏈交聯(lián)足夠柔性11第十一頁，編輯于星期日：五點四十四分。形變量大（WHY？長鏈,柔性）形變可恢復(fù)（WHY？動力:熵增；結(jié)構(gòu):交聯(lián)）彈性模量小且隨溫度升高而增大形變有熱效應(yīng)（在快速拉伸時（絕熱過程），高聚物溫度上升；而金屬材料溫度下降；如果把橡膠薄片拉長，把它貼在面頰上，會感到橡皮在伸長時發(fā)熱）四、高彈性特點12第十二頁，編輯于星期日：五點四十四分。形變類型及描述力學(xué)行為的基本物理量第一節(jié)13第十三頁，編輯于星期日：五點四十四分。6.1.1基本概念應(yīng)變：當(dāng)材料受到外力作用而所處的條件卻使其不能產(chǎn)生慣性位移，材料的幾何形狀和尺寸將發(fā)生變化，這種變化就稱為~~應(yīng)力：達到平衡態(tài)時，附加內(nèi)力和外力大小相等方向相反，單位面積上的附加內(nèi)力（外力）稱為~~，單位N/m2或Pa。附加內(nèi)力：材料發(fā)生宏觀變形時，其內(nèi)部分子以及分子內(nèi)各原子間的相對位置和距離發(fā)生變化，致使原子間或分子間的原有引力平衡受到破壞，因而將產(chǎn)生一種恢復(fù)平衡的力，這種力簡稱~~14第十四頁，編輯于星期日：五點四十四分。彈性模量=應(yīng)力/應(yīng)變彈性模量是發(fā)生單位應(yīng)變時的應(yīng)力，表征材料抵抗變形能力的大小，模量越大，越不容易變形，材料的剛性越大理想的彈性固體，應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系服從虎克定律不同的受力方式，也有不同的模量彈性模量應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比例常數(shù)為~~15第十五頁，編輯于星期日：五點四十四分。物理的觀點簡單剪切本體壓縮（或本體膨脹）基本的形變形狀改變而體積不變體積改變而形狀不變6.1.2形變類型16第十六頁，編輯于星期日：五點四十四分。形變的基本類型拉伸Tensile剪切Shear壓縮Compression17第十七頁，編輯于星期日：五點四十四分。受一對大小相等，方向相反，作用在一條直線上的力Schematicsofsimpleelongation1，拉伸Tensile張應(yīng)變Strain18第十八頁，編輯于星期日：五點四十四分。

-伸長率elongationratio(1)張應(yīng)變StrainEngineeringstress工程應(yīng)力工程應(yīng)變或習(xí)用應(yīng)變(2)張應(yīng)力Stress19第十九頁，編輯于星期日：五點四十四分。材料發(fā)生較大形變時真實截面積真應(yīng)力Truestress真應(yīng)變Truestrain20第二十頁，編輯于星期日：五點四十四分。(3)拉伸模量Tensilemodulusor楊氏模量Young’smodulusModulus

theabilityofasampleofamaterialtoresistdeformation

柔量Compliance拉伸柔量21第二十一頁，編輯于星期日：五點四十四分。剪切位移

S，剪切角

，剪切面間距

d受一對大小相等，方向相反，不在一條直線上的力2，剪切Shear22第二十二頁，編輯于星期日：五點四十四分。(1)剪切應(yīng)變(2)剪切應(yīng)力Shearingstress23第二十三頁，編輯于星期日：五點四十四分。(3)剪切模量Shearmodulus剪切柔量24第二十四頁，編輯于星期日：五點四十四分。周圍壓力P3,壓縮Compression25第二十五頁，編輯于星期日：五點四十四分。(1)壓縮應(yīng)變Compressionstrain(2)壓縮模量Modulusofcompression26第二十六頁，編輯于星期日：五點四十四分。各向同性的材料拉伸試驗中材料橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值的負(fù)值橫向應(yīng)變4,泊松比

Possionratio27第二十七頁，編輯于星期日：五點四十四分。Possionratiosfordifferentpolymers泊松比數(shù)值解釋0.5不可壓縮或拉伸中無體積變化0.0沒有橫向收縮0.49~0.499橡膠的典型數(shù)值0.20~0.40塑料的典型數(shù)值28第二十八頁，編輯于星期日：五點四十四分。E,G,Band

Onlytwoindependentvariables29第二十九頁，編輯于星期日：五點四十四分。橡膠彈性的熱力學(xué)方程第二節(jié)30第三十頁，編輯于星期日：五點四十四分。l0–originallengthf

–tensileforcedl

–extendedlengthtensileP

—所處大氣壓dV

—體積變化熱力學(xué)體系31第三十一頁，編輯于星期日：五點四十四分。dU=dQ-dWdU

–體系內(nèi)能變化dQ–體系吸收的熱量dW–體系對外所做功PdVfdl膨脹功PdV

和拉伸功

fdldW=PdV-fdlFirstlawofthermodynamics32第三十二頁，編輯于星期日：五點四十四分。假設(shè)過程可逆dQ=TdSdU=TdS-PdV+fdldU=dQ-dW橡膠在等溫拉伸中體積不變，即dV=0dU=TdS+fdl熱力學(xué)第二定律等溫等容拉伸33第三十三頁，編輯于星期日：五點四十四分。對l求偏導(dǎo)內(nèi)能變化熵變化dU=TdS+fdl34第三十四頁，編輯于星期日：五點四十四分。G=H-TSJosiahWillardGibbs

(1839~1903)H=U+PVH、T、S分別為系統(tǒng)的焓Enthalpy、熱力學(xué)溫度Temperature和熵EntropyU為系統(tǒng)的內(nèi)能；P為系統(tǒng)的壓力，V為系統(tǒng)的體積AccordingtoGibbsfunction

——吉布斯函數(shù)35第三十五頁，編輯于星期日：五點四十四分。dG=dU+PdV+VdP-TdS-SdTdG=VdP-SdT+fdlG=U+PV-TSdU=TdS-PdV+fdl求導(dǎo)數(shù)36第三十六頁，編輯于星期日：五點四十四分。dG=VdP-SdT+fdl恒溫恒壓，T,P不變，dT=dP=0恒壓恒長，P,l不變，dP=dl=037第三十七頁，編輯于星期日：五點四十四分。ThereforeG為狀態(tài)函數(shù)，改變求導(dǎo)順序不影響結(jié)果38第三十八頁，編輯于星期日：五點四十四分?！鹉z的熱力學(xué)方程39第三十九頁，編輯于星期日：五點四十四分。結(jié)果：各直線外推到T=0K時，幾乎都通過坐標(biāo)的原點固定f-Tcurve40第四十頁，編輯于星期日：五點四十四分。外力作用引起熵變橡膠彈性是熵彈性回彈動力是熵增41第四十一頁，編輯于星期日：五點四十四分。fdl=-TdS拉伸

dl>0,dS<0dQ<0拉伸放熱回縮

dl<0,dS>0dQ>0回縮吸熱dU=0dV=0dU=TdS-PdV+fdlfdl=-dQdQ=TdS熱量變化42第四十二頁，編輯于星期日：五點四十四分。橡膠彈性是

彈性，彈性模量隨溫度的升高而

，在拉伸時

熱。導(dǎo)致形變的應(yīng)力隨溫度升高而增大，與氣體壓強隨溫度升高類似固定V不變例題43第四十三頁，編輯于星期日：五點四十四分。橡膠彈性的統(tǒng)計理論第三節(jié)（自學(xué)）44第四十四頁，編輯于星期日：五點四十四分。橡膠彈性的唯象理論第四節(jié)（自學(xué)）45第四十五頁，編輯于星期日：五點四十四分。橡膠彈性的影響因素第五節(jié)46第四十六頁，編輯于星期日：五點四十四分。6.5.1溶脹效應(yīng)Swellingeffect溶劑小分子進入橡膠交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，不能將其溶解，只能使其溶脹。體系網(wǎng)鏈密度降低，平均末端距增加，進而模量下降。溶脹47第四十七頁，編輯于星期日：五點四十四分。交聯(lián)橡膠的溶脹包括兩部分：溶劑分子與大分子鏈混合，熵增，有利于溶脹分子鏈拉長，儲存彈性能，熵減，不利于溶脹GMGel達到溶脹平衡48第四十八頁，編輯于星期日：五點四十四分。即溶脹體內(nèi)部溶劑的化學(xué)位和溶脹體外部的化學(xué)位相等溶脹平衡時化學(xué)位達平衡49第四十九頁，編輯于星期日：五點四十四分。AccordingtoFlory-HugginsTheoryIfthenumberofsegmentsxbecomesverylarge50第五十頁，編輯于星期日：五點四十四分。理想交聯(lián)網(wǎng)等溫等壓拉伸過程中內(nèi)能不變，體積不變高彈統(tǒng)計理論51第五十一頁，編輯于星期日：五點四十四分。=1=2=3

3=1+n1Vm,1=(1/3)-1=1/2=(1/2)1/3溶劑的物質(zhì)的量溶劑的摩爾體積52第五十二頁，編輯于星期日：五點四十四分。求偏導(dǎo)代入到平衡條件中網(wǎng)鏈的平均分子量聚合物的密度溶劑的摩爾體積Hungginsparameter溶脹前后體積比53第五十三頁，編輯于星期日：五點四十四分。ApplicationToobtaintheHungginsparametersToobtaintheaveragemolecularweightbetweencross-linkedpointsMc交聯(lián)度低時Mc大，Q大即溶脹后體積增加多54第五十四頁，編輯于星期日：五點四十四分。熱塑彈性體第六節(jié)Thermoplasticelastomer-TPE55第五十五頁，編輯于星期日：五點四十四分。生產(chǎn)方法聚合方法，得嵌段共聚物，TPE機械共混法，得共混物，Ethylenepropylenerubber/PP交聯(lián)為彈性體（橡膠）具有高彈性的條件之一，如果交聯(lián)點為物理交聯(lián)，則形成熱塑彈性體。兼有橡膠和塑料兩者的特性，在常溫下顯示高彈性，高溫下又能塑化成型。56第五十六頁，編輯于星期日：五點四十四分。hard-segmentresins57第五十七頁，編輯于星期日：五點四十四分。ether-typesoft-segment58第五十八頁，編輯于星期日：五點四十四分。由長鏈二醇、二異氰酸酯、短鏈二醇或二胺合成軟段硬段軟段和硬段發(fā)生相分離聚氨酯彈性體59第五十九頁，編輯于星期日：五點四十四分。Thehigherpermeabilityofurethane-filmglovesresultsinincreasedcomfortandhandlingcomparedwithv