1、1一、橡膠高彈性一、橡膠高彈性（ Rubber Elasticity ）的特點（）的特點（掌握）掌握）二、橡膠高彈性的本質(zhì)二、橡膠高彈性的本質(zhì)（掌握通過熱力學分析掌握通過熱力學分析）三、統(tǒng)計方法得到的橡膠狀態(tài)方程三、統(tǒng)計方法得到的橡膠狀態(tài)方程。（。（了解了解）五五、 溶脹效應溶脹效應（了解了解）通過本章的學習，可以全面理解和掌握橡膠彈性產(chǎn)通過本章的學習，可以全面理解和掌握橡膠彈性產(chǎn)生的原因、條件及特點，建立和使用橡膠狀態(tài)方程，生的原因、條件及特點，建立和使用橡膠狀態(tài)方程，指導橡膠的使用和加工指導橡膠的使用和加工 。 四四、橡膠和熱塑性彈性體結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系橡膠和熱塑性彈性體結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系（熟習熟

2、習）2Rubber Products3The definition of rubber 施加外力時發(fā)生大的形變，外力除去后可以回復的彈施加外力時發(fā)生大的形變，外力除去后可以回復的彈性材料性材料 橡膠、塑料、生物高分子在橡膠、塑料、生物高分子在T TgTf間都可表現(xiàn)出一定間都可表現(xiàn)出一定的高彈性的高彈性高分子材料力學高分子材料力學性能的最大特點性能的最大特點高彈性高彈性粘彈性粘彈性4本講內(nèi)容本講內(nèi)容： 描述力學行為的基本物理量描述力學行為的基本物理量 應力與應變 模量與泊松比形變的類型及描述力學行為的基本的物理量：形變的類型及描述力學行為的基本的物理量：5應變：當材料受到外力作用，幾何形狀和尺寸

3、發(fā)生變應變：當材料受到外力作用，幾何形狀和尺寸發(fā)生變化，這種變化叫應變。化，這種變化叫應變。應力：材料單位面積上的附加內(nèi)力叫應力。應力：材料單位面積上的附加內(nèi)力叫應力。附加內(nèi)力：材料發(fā)生宏觀的變形時，其內(nèi)部分子間及附加內(nèi)力：材料發(fā)生宏觀的變形時，其內(nèi)部分子間及分子內(nèi)各原子間的相對位置和距離發(fā)生變化使原來的分子內(nèi)各原子間的相對位置和距離發(fā)生變化使原來的引力平衡被破壞，因而產(chǎn)生恢復平衡的力。引力平衡被破壞，因而產(chǎn)生恢復平衡的力。應變按照受力方式的不同可以分為三種：應變按照受力方式的不同可以分為三種：張應變，切應張應變，切應變，體應變變，體應變6簡單剪切簡單剪切Shear本體壓縮（或本體壓縮（或本體

4、膨脹）本體膨脹）基基本本的的形形變變形狀改變而體形狀改變而體積不變積不變體積改變而形體積改變而形狀不變狀不變拉伸拉伸 Tensile單軸拉伸單軸拉伸Uniaxial elongation雙軸拉伸雙軸拉伸biaxial elongation等軸等軸非等軸非等軸700llAFE楊氏模量(1) 簡單拉伸簡單拉伸l0FFl = l0 + lA0FFA000lllll應變應變應力應力0FA真應變真應變00lnlldllll真應力真應力FA圖圖18tanSdFFA0 dSA0剪切角剪切角剪切位移剪切位移切應變切應變切應力切應力0sFAtg0AFG切變模量圖圖29(3) 均勻壓縮均勻壓縮-流體靜壓力的作用流

5、體靜壓力的作用V0PV0 - V均勻壓縮應變均勻壓縮應變0VV 0VVPB體積模量體積模量圖圖310（4）三種彈性模量間的關(guān)系）三種彈性模量間的關(guān)系 彈性模量是表征材料抵抗變形能力的大小彈性模量是表征材料抵抗變形能力的大小, , 其值其值的大小等于發(fā)生單位應變時的應力的大小等于發(fā)生單位應變時的應力各向同性材料各向同性材料2 (1)3 (12 )EGB : Poissons ratio 泊松比泊松比泊松比泊松比: : 在拉伸實驗中，材料橫向應變在拉伸實驗中，材料橫向應變與縱向應變之比值的負數(shù)與縱向應變之比值的負數(shù)00Tmmvll 圖圖411表表1 常見材料的泊松比常見材料的泊松比泊松比數(shù)值泊松比

6、數(shù)值解解 釋釋0.5不可壓縮或拉伸中無體積變化不可壓縮或拉伸中無體積變化0.0沒有橫向收縮沒有橫向收縮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121.1.彈性形變大彈性形變大 可達可達1000，金屬，金屬 0說明形變終態(tài)是個不穩(wěn)定說明形變終態(tài)是個不穩(wěn)定的體系，當外力除去后，就會的體系，當外力除去后，就會自發(fā)的回復到初態(tài)，這說明為什么橡膠的高彈形變可恢自發(fā)的回復到初態(tài)，這說明為什么橡膠的高彈形變可恢復。同時說明高彈性主要是由橡膠內(nèi)熵的貢獻復。同時說明高彈性主要是由橡膠內(nèi)熵的貢獻高彈性的本質(zhì)是熵彈性高彈性的本質(zhì)是熵彈性氣體彈性的本質(zhì)也是熵彈性氣體彈

7、性的本質(zhì)也是熵彈性25（3）在拉伸的過程中，內(nèi)能不變，在）在拉伸的過程中，內(nèi)能不變，在 V 不變下不變下 -fdl=TdS=dQ當拉伸時當拉伸時dl 0， dQ 0 體系是放熱體系是放熱當壓縮時當壓縮時dl 0，f 0，dQ 0 放熱放熱 過程進行的快過程進行的快, ,體系來不及與外界進行熱交換體系來不及與外界進行熱交換, ,拉拉伸功使橡膠升溫伸功使橡膠升溫. .（4）E 小：形變大，應力小，因熵的變化是通過構(gòu)小：形變大，應力小，因熵的變化是通過構(gòu)象的重排實現(xiàn)的，克服的是次價力。象的重排實現(xiàn)的，克服的是次價力。26熱力學分析小結(jié)熱力學分析小結(jié),T VT VT Vl VT VUSfTllUfTl

8、TSTl 橡膠的橡膠的熱力學熱力學方程方程橡膠彈性是熵彈性橡膠彈性是熵彈性, 回彈動力是熵增回彈動力是熵增.橡膠在拉伸過程中放出熱量橡膠在拉伸過程中放出熱量, 回縮時吸收熱量回縮時吸收熱量.27材料之所以呈現(xiàn)高彈性，是由于鏈段運動能比較迅材料之所以呈現(xiàn)高彈性，是由于鏈段運動能比較迅速的適應所受外力而改變分子鏈的構(gòu)象。速的適應所受外力而改變分子鏈的構(gòu)象。這就要求鏈在常溫下能夠充分顯示出柔性這就要求鏈在常溫下能夠充分顯示出柔性那么，結(jié)論：柔性很好的鏈，必定會形成高彈性的材料？那么，結(jié)論：柔性很好的鏈，必定會形成高彈性的材料？Conclution：在常溫下不易結(jié)晶的由柔性分子鏈組在常溫下不易結(jié)晶的由

9、柔性分子鏈組成的聚合物才具有高彈性成的聚合物才具有高彈性四、高彈性和分子鏈結(jié)構(gòu)的關(guān)系四、高彈性和分子鏈結(jié)構(gòu)的關(guān)系281 1、改善高溫耐老化性，提高耐熱性：、改善高溫耐老化性，提高耐熱性：在高溫下很快發(fā)生臭氧龜裂、氧化裂解、交聯(lián)或在高溫下很快發(fā)生臭氧龜裂、氧化裂解、交聯(lián)或其他物理因素的破壞，很少在其他物理因素的破壞，很少在120 以上保持以上保持其其物理性能物理性能五、橡膠的使用溫度范圍五、橡膠的使用溫度范圍29措施措施Eg：乙丙橡膠、：乙丙橡膠、AN丙烯酸酯橡膠、丁基橡膠遠丙烯酸酯橡膠、丁基橡膠遠優(yōu)于優(yōu)于NR、SBR改變橡膠的主鏈結(jié)構(gòu)改變橡膠的主鏈結(jié)構(gòu)改變?nèi)〈慕Y(jié)構(gòu)改變?nèi)〈慕Y(jié)構(gòu)氟橡膠、氟

10、橡膠、 乙丙橡膠乙丙橡膠 、 氯丁橡膠、氯丁橡膠、NR和和SBR 改變交聯(lián)的結(jié)構(gòu)改變交聯(lián)的結(jié)構(gòu)302 2、降低、降低TgTg，避免結(jié)晶，改善耐寒性，避免結(jié)晶，改善耐寒性表表2 231三元乙丙是乙烯、丙烯和非共軛二烯烴的三元共聚物。二三元乙丙是乙烯、丙烯和非共軛二烯烴的三元共聚物。二烯烴具有特殊的結(jié)構(gòu)，只有兩鍵之一的才能共聚，不飽和烯烴具有特殊的結(jié)構(gòu)，只有兩鍵之一的才能共聚，不飽和的雙鍵主要是作為交鏈處。另一個不飽和的不會成為聚合的雙鍵主要是作為交鏈處。另一個不飽和的不會成為聚合物主鏈，只會成為邊側(cè)鏈。三元乙丙的主要聚合物鏈是完物主鏈，只會成為邊側(cè)鏈。三元乙丙的主要聚合物鏈是完全飽和的。這個特性

11、使得三元乙丙可以抵抗熱，光，氧氣，全飽和的。這個特性使得三元乙丙可以抵抗熱，光，氧氣，尤其是臭氧。三元乙丙本質(zhì)上是無極性的，對極性溶液和尤其是臭氧。三元乙丙本質(zhì)上是無極性的，對極性溶液和化學物具有抗性，吸水率低，具有良好的絕緣特性。在所化學物具有抗性，吸水率低，具有良好的絕緣特性。在所有橡膠當中，有橡膠當中，EPDM具有最低的比重。它能吸收大量的填具有最低的比重。它能吸收大量的填料和油而影響特性不大。因此可以制作成本低廉的橡膠化料和油而影響特性不大。因此可以制作成本低廉的橡膠化合物。合物。32防水卷材防水卷材防水液體橡膠防水液體橡膠橡膠密封橡膠密封橡膠墊圈橡膠墊圈三元乙丙橡膠應用三元乙丙橡膠應

12、用模壓制品模壓制品33六 熱塑性彈性體熱塑性彈性體 Thermoplastic elastomer - TPE交聯(lián)為彈性體（橡膠）具有高彈性的條件之一，如果交交聯(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。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，高兼有橡膠和塑料兩者的特性，在常溫下顯示高彈，高溫下又能塑化成型。溫下又能塑化成型。生產(chǎn)方法生產(chǎn)方法聚合方法聚合方法 - 嵌段共聚物，嵌段共聚物， TPE機械共混法機械共混法 - 共混物共混物Ethylene propylene rubber/PP34熱固性與熱塑性熱固性與熱塑性T

13、hermoset - a hard and stiff crosslinked material. Thermosets are different from thermoplastics, which become moldable when heated. Thermosets are crosslinked, so they dont. Also, they are different from crosslinked elastomers. Thermosets are stiff and dont stretch the way elastomers do.Thermoplastic

14、 - a material that can be molded and shaped when its heated. 35Thermoplastic elastomer (TPE) films that are permeable to water vapor, or breathable, are finding increasing use in the medical industry隔隔離離服服 要要求求透透氣氣性性36SBS Styrene-Butadiene-StyreneHardSoft圖圖637共混型共混型TPEEPDM硫化乙丙橡膠硫化乙丙橡膠/PP聚丙烯聚丙烯圖圖738聚

15、氨酯彈性體聚氨酯彈性體由長鏈二醇、二異氰酸酯、短鏈二醇或二胺合成由長鏈二醇、二異氰酸酯、短鏈二醇或二胺合成軟段軟段硬段硬段軟段和硬段發(fā)生軟段和硬段發(fā)生微相分離微相分離39思考題思考題1.根據(jù)已知的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系的知識根據(jù)已知的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系的知識,寫出寫出8種以上種以上可用作可用作rubber的的polymer實例及其制備的單體和聚合實例及其制備的單體和聚合方法方法.2.在乙丙橡膠的制備中常加入一定量的丙烯酸酯與之在乙丙橡膠的制備中常加入一定量的丙烯酸酯與之共聚共聚,用意何在用意何在?40 乙烯丙烯酸甲酯橡膠乙烯丙烯酸甲酯橡膠AEM/Vamac具有良好的耐熱性和耐具有良好的耐熱性和耐候性候

16、性 ，具有良好的耐熱耐油平衡性。它主要用于汽車部件，具有良好的耐熱耐油平衡性。它主要用于汽車部件，如軸密封、冷卻劑和動力操作管、高溫火花塞保護罩、自動如軸密封、冷卻劑和動力操作管、高溫火花塞保護罩、自動波紋管的恒速連接器等；也可用于電線電纜，如制作引火線波紋管的恒速連接器等；也可用于電線電纜，如制作引火線護套等。護套等。41解：前者是無規(guī)共聚物，丙烯上的甲基在分子鏈上是無解：前者是無規(guī)共聚物，丙烯上的甲基在分子鏈上是無規(guī)排列的，這樣在晶格中難以堆砌整齊，所以得到一個規(guī)排列的，這樣在晶格中難以堆砌整齊，所以得到一個無定形的橡膠狀的透明聚合物。無定形的橡膠狀的透明聚合物。后者是乙烯和有規(guī)立構(gòu)聚丙烯

17、的嵌段共聚物，乙烯的長后者是乙烯和有規(guī)立構(gòu)聚丙烯的嵌段共聚物，乙烯的長嵌段堆砌入聚乙烯晶格，而丙烯嵌段堆砌入聚丙烯晶格。嵌段堆砌入聚乙烯晶格，而丙烯嵌段堆砌入聚丙烯晶格。由于能結(jié)晶從而是硬而韌的塑料，且不透明。由于能結(jié)晶從而是硬而韌的塑料，且不透明。3.兩種組成基本相同的乙烯兩種組成基本相同的乙烯-丙稀共聚物丙稀共聚物,一種適于一種適于rubber,而而另一種適于另一種適于plastics.推測其原因推測其原因,如何驗證你的推測如何驗證你的推測?424、不受外力作用，橡皮筋受熱伸長；在恒定外力作不受外力作用，橡皮筋受熱伸長；在恒定外力作用下，受熱收縮，試用高彈性熱力學理論解釋用下，受熱收縮，試用高彈性熱力學理論解釋 解：（解：（1）不受外力作用，橡皮筋受熱伸長是由于正常的）不受外力作用，橡皮筋受熱伸長是由于正常的熱膨脹現(xiàn)象，本質(zhì)是分子的熱運動。熱膨脹現(xiàn)象，本質(zhì)是分子的熱運動。 （2）恒定外力下，受熱收縮。分子鏈被伸長后傾向于）恒定外力下，受熱收縮。分子鏈被伸長后傾向于收縮卷曲，加熱有利于分子運動，從而利于收縮。其彈性收縮卷曲，加熱有利于分子運動，從而利于收縮。其彈性主要是由熵變引起的，主要是由熵變引起的， 中，中，f定值，所以，定值，所以， 即收縮，而且隨即收縮，而且隨T增加，收縮增加。增加，收縮增加。 Tdsfdl Tdsfdl 0dlT ds f 43 5、在橡膠下懸一砝