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bob体育投注橡胶弹性_baidu文库
浏览: 发布日期:2021-09-10

  bob体育投注官网橡胶弹性 2020年5月25日礼拜一 10 I 9 log G, Pa 8 II 7 III 6 5 IV 4 3 Temperature III区为一段平台,呈橡胶的模量、橡胶 的力学形态,故称橡胶平台 自然橡胶 橡胶的品种 聚丁二烯 分解橡胶 聚异丁烯(不透气) 氯丁橡胶(耐油) Hevea Brasiliensis 橡胶树 Goodyear Tire CHRISTOPHER COLUMBUS 哥伦布 (1451-1506) 海地的印地安人土著人用 一品种似牛奶的红色乳液 放在木制的模型中,用烟 熏的办法,蒸发掉水分来 固化制成球做游戏。 GOODYEAR TIRE Hancock Tire Dunlop Tire Michelin Tire 中订婚义 THE DEFINITION OF RUBBER 施加外力时发作大的形变、外力除了 去后能够规复的弹性子料称为橡胶 Rubber is a polymer which exhibits rubber elastic properties, i.e. a material which can be stretched to several times its original length without breaking and which, on release of the stress, i妹妹ediately returns to its original length. 英订婚义 美国质料协会尺度(ASTM-AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS)划定: 20-70摄氏度下,1min可拉伸2倍的 试样,当外力撤除了后1min内最少回 缩到原长的1.5倍下列大概在利用 前提下,拥有106~107 Pa的杨氏模量 者称为橡胶。 高弹性的素质 高弹性是由熵变惹起的, 在外力感化下,橡胶份子链由 卷曲形态变成舒展形态,熵减 小,当外力移去后,因为热运 动,份子链自觉地趋势熵增大 的形态,份子链由舒展再复兴 卷曲形态,因此形变可逆。 橡胶的分类: ? 自然橡胶:异戊二烯顺式1,4加成构造,Tg为72℃,弹性优良; ? 异戊橡胶(分解自然橡胶): ?丁苯橡胶(SBR):比自然胶有优良的耐磨性、耐 透气性,弹性、耐寒性、耐扯破性差,耐油性、 以及耐非极性溶剂差。 ? 顺丁橡胶(BR) :丁二烯聚合产品。比自然橡胶弹 性好, Tg为-105℃,耐磨性好,非极性橡胶柔性 好,耐油、耐溶剂性差。 ? 氯丁橡胶(CR) :氯丁二烯乳液聚合而患上。物理力学 机能优良,耐热、耐臭氧氧化,耐燃、耐油、粘合性 优良,气密性优良, Tg为-40℃,绝缘性差 ;高温结 晶,加工对温度敏感,储存易蜕变。 ? 丁腈橡胶(NBR) :非晶极性不饱以及橡胶,耐油性好 ,耐热性优于自然以及丁苯胶,耐磨性进步,气密性良 好,耐化学腐化性优于自然胶,极性基团招致弹性、 耐寒性、耐区挠性、抗扯破性差,耐寒性比通用橡胶 均差,电绝缘性最差,耐老化性差,加工机能差,成 本高于氯丁胶。 ? 丁基橡胶(IIR) :异丁烯以及大批异戊二烯共聚合而患上 。结晶性非极性橡胶。气密性好,耐热性、耐候性、 耐化学腐化性优良,电绝缘性优良,减震性优良,拉 伸强度较高;硫化速率慢,加工型差,常温弹性低, 耐油性差,卤化改性。 ?乙丙橡胶(EPM) :非晶饱以及非极性橡胶。耐老化性 、电绝缘性好过丁基橡胶,弹性以及耐寒性靠近于自然 橡胶,耐油性差,硫化速率慢,自粘性以及互粘性差。 ? 硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯、氯醚橡胶、聚硫橡胶、bob体育投注官网 丙烯酸酯橡胶。 组成橡胶弹性体的三个须要前提: (1) 必需由长链聚合物组成 (2) 聚合物链必需拥有高度柔性 (3) 聚合物链必需为交联收集-适度交联 PB CROSS LINKE D 橡胶态的聚合物能否满意作为橡胶的前提?? 橡胶的前提:长链、柔性、相宜交联。 橡胶态的聚合物:1)份子量高于某临界值——长链 2)温度高于Tg链段可活动——柔性 3)交联点安在?? 缠结点 缠结点受聚合物份子量以及温度的限定!!!! 缠结点?????? 1)缠结点怎样经由过程限定份子链的滑移起到暂时交联点的感化? 2)缠结点为何只能在必然的温度范畴内限定份子链的滑移? 3)缠结点为何只能在必然的工夫范畴内限定份子链的滑移? 4)差别构造的聚合物的橡胶态温度与工夫范畴有何差别? 5)差别份子量的聚合物的橡胶态范畴有何差别? 6)暂时橡胶的活动特性以及“永世”橡胶有何差别? 橡胶态的素质?????? 暂时弹性体——橡胶态(高弹态) 小份子物资三态:固态、液态以及睦态 高份子物资??态:固态、液态——内聚能 无定形低聚物:玻璃态、粘流态——无高弹态 无定形高聚物:玻璃态、橡胶态、粘流态 橡胶(弹性体)的特性: 尺寸不变,小形变时,弹性呼应契合胡克定律— —相似固体; 热收缩系数以及等温紧缩系数与液体拥有不异的数 量级——其份子间感化力与液体类似; 形变的应力随温度降低而增长——与气体的压强 随温度降低而增长有相似性。 橡胶质料特征终究是属于固体、液体仍是气体? 固体 液体 气体 必然表面外形,尺 橡胶的收缩系数比普通固体大一 形变的应力 寸不变,小形变时 个量级,等温紧缩系数与液体类 随温度降低 契合虎克定律 似,Possion Ratio近似即是0.5 而增长 高弹性的次要特性——熵弹性的特性 1)可逆形变可高达1000%,金属为1% 2)弹性模量仅102~5 N/M2,金属却高达1010-11 N/M2 3)弹性模量随温度降低而增长,金属却相反 4)倏地绝热拉伸温度降低,回缩时温度低落,而金 属恰好相反 弹性形变量大且是可逆的 拉伸 普通铜、钢等金属的 回缩 形变只要原试样的1% ,而橡胶的高弹形变 高达1000% 弹性模量小且随温度升 高而增大 E= / 橡胶高弹模量 约为105N/m2 金属的弹性子料的 模量可达 1010~11N/m2 橡胶 金属 橡胶弹性模量随温度降低而增大 金属模量随温 度降低而低落 形变有热效应 橡胶伸长率以及伸长热的干系 伸长率(%) 伸长热 (KJ/Kg) 100 200 300 400 500 600 700 800 2.1 4.2 7.5 11.1 14.6 18.2 22.2 27.2 热效应缘故原由 橡胶伸长变形时,份子链段由紊乱布列 酿成比力纪律,此时熵削减;同时,因为分 子间的内磨察力而发生热量;别的,因为分 子划定规矩布列而发作结晶,在结晶过程当中也会 放出热量。因为上述三种缘故原由,使橡胶拉伸 时放出热量。而金属质料在倏地拉伸时(绝 热历程)恰好相反,其温度减小。 高弹与普弹性的底子区分 高弹:大份子链段活动,与时 间有关。其内能险些稳定,主 要由构象熵变革惹起。 普弹:份子键长、键角变革 ,与工夫险些无关,次要由 内能变革惹起。 人间万物能够分为固体、液体、气体,而橡胶的特别之 处在于它三者统筹。 熵弹性 因为高聚物独有的份子链柔性形成了橡 胶固、液、气三者统筹的特征 橡胶弹性的素质:熵弹性 橡胶弹性的素质 高弹性是由熵变惹起的,在外力感化下 ,橡胶份子链由卷曲形态变成舒展形态,熵 减小,当外力移去后,因为热活动,份子链 自觉地趋势熵增大的形态,份子链由舒展再 复兴卷曲形态,因此形变可逆。 未施加任何力的感化,凝集份子将呈球形,缘故原由: 1)就职何液体而言,是外表能最低的外形; 2)对长链份子而言,是熵最大的外形,拥有最大的 构象数。 聚合物呈无规线团状 弹性:形变可规复的性子 能弹性 熵弹性 能弹性的特性: 1)应力以及应变之间连结单值、独一的干系,与加载 途径无关,契合虎克定律,可称能弹性子料为虎克 弹性体; 2)弹性形变与工夫无关,即弹性形变是瞬时到达的; 3)弹性变形量小,普通在0.1%~1%之间; 4)弹性模量较大,可达105MPa; 5)绝热伸永劫变冷(吸热),复兴时放热。 能弹性 晶体质料变形时,原处于均衡结点上的原子沿 应力标的目的伸长,原子间的引力加大,内能增长。载 荷去除了后内能自觉减小的历程将使变形复兴。因为 晶体质料变形时微观有序度根本稳定,则熵值根本 稳定。 熵弹性的特性(与能弹性相反): 1)应力以及应变之间不连结单值、独一的干系,与加载 途径有关; 2)弹性形变与工夫有关,即弹性形变不是瞬时到达的; 3)弹性变形量大,普通在100%~1000%之间; 4)弹性模量较小; 5)绝热伸永劫变热(放热),复兴时吸热。 熵弹性 自然橡胶或线性非晶态聚合物的高弹态(温度 高于玻璃化温度),变形次要是由原处于卷曲形态的 长份子链沿应力标的目的舒展而完成,舒展的份子链因为 构象数较少,因此熵较小。外力去除了后,熵增大的自觉 历程将使份子链从头复兴到卷曲形态,发生弹性复兴。 这类由熵变革为主招致的弹性变构成为熵弹性。 6.1 形变范例及形貌力学举动的根本物理量 ◆ 应力与应变 应变——无惯性挪动的质料受外力感化而发生外形 以及尺寸的相对于改动。 应力——单元截面积质料所接受与外力标的目的相反、源 于份子内各类情势的构造改动而发生的内感化力。 外力招致形变,形变发生内应力。 简朴拉伸 拉伸 Tensile 剪切 Shear 单轴拉伸 Uniaxial elongation 双轴拉伸 biaxial elongation 等轴 非等轴 紧缩 Compression 引见两种次要受力方法: 拉伸 紧缩 剪切 张力:垂直于随便截面的拉伸力。 剪力:平行于立体的拉伸力。 拉伸:受巨细相称、标的目的相反、在一条直线上的力感化 Engineering stress 工程应力 True stress 线---帕斯卡 STRAIN应变 Engineering strain 工程应变 - 伸长率 elongation ratio True strain 真应变 单元:无因次量 TENSILE MODULUS 拉伸模量 OR YOUNG’S MODULUS 杨氏模量 Modulus 质料抵御变形 才能的巨细。 Compliance 柔量 单元:N/m2,或称为Pa, (MPa, GPa) SHEA R剪切 剪切位移 S, 剪切角 , 剪切面间距 d 剪切应变 剪切应变 Shearing strain 剪切应力 Shearing stress SHEAR MODULUS AND COMPLIANCE IN SHEAR 剪切模量以及剪切柔量 简朴剪切尝试能把高聚物宏观力学机能与它们外部 份子活动相联络,成立高聚物力学举动的份子实际 合用 ?固体 ?液体 ?粘弹体 COMPRESSION 紧缩 紧缩应变 COMPRESSION STRAIN Modulus of compression 紧缩模量 Possion ratio 泊松比 拉 伸 ◆泊松比 拉伸实验中质料横向膨胀应变与纵向伸长 应变的比值。 一些质料的泊松比 质料称号 锌 钢 铜 铝 铅 汞 泊松比 0.21 0.25~0.33 0.31~0.34 0.32~0.36 0.45 0.5 质料称号 玻璃 石料 聚苯乙烯 低密度聚乙烯 赛璐珞 橡胶类 泊松比 0.25 0.16~0.34 0.33 0.38 0.39 0.49~0.5 泊松比数值 注释 0.5 0.0 0.49~0.499 0.20~0.40 不成紧缩或拉伸中无体积 变革 没有横向膨胀 橡胶的典范数值 塑料的典范数值 为何泊松比=0.5时形变时体积稳定(体积 不成紧缩)? m0 高=l0 若体积稳定 拉 伸 l0*m0=(l0+ l)*(m0+ m)=2 l0* (m0+ m) m=-0.5*m0 高 =l0+l =2* l0 6.2 橡胶弹性的热力学方程——素质?? 橡胶的热力学方程的抒发情势及物理意思 以适度交联、形变完整可逆的份子链收集为模 型停止热力学阐发,橡皮为热力学系统,情况是外 力、温度以及压力,可逆形变尝试在恒温恒压下实现 。 长度为l的橡皮在拉伸力f的感化下伸长d l,按照 热力学第必然律,系统的热力学能为: dU=dQ-dW 内能的变革 系统吸取的热量 系统对外所做的功 热力学第必然律:能量可以从一种情势改变为另外一种 情势,从一个物体通报给另外一个物体,在转换以及通报的过 程中,各类情势的能量的总量稳定。 H PV U PV F TS G TS H = PV + U F = U -TS G = H –TS = U + PV -TS 假定拉伸历程为等温可逆,按照热力学第二定律: dQ=TdS 热力学第二定律---不克不及够把热量从高温物体传到 低温物体而不发生其余影响。 单轴拉伸历程系统对外界所作的功为 dW =PdV-fdl 收缩功+拉伸功 dU =TdS-PdV+fdl 橡胶在等温拉伸中体积稳定, 即dV=0 dU =TdS+fdl(等温等容 dU =TdS+fdl(等温等压 ) 等温等压拉伸: 内能变革 熵变革 焓是一种热力学函数,对任何体系来讲,焓的界说为 : H=U+PV 等温等容前提下: 物理意思:外力感化在橡胶上,一方面使橡胶的内能 随伸长变革,另外一方面使橡胶的熵随伸长变革。 橡皮的在恒温恒压下的可逆形变,其份子间间隔 稳定,即份子间互相感化稳定,只思索份子构象的 改动对内能以及熵的改动!! ??内能以及熵各占多少?? 变更 不成测! 吉布斯自在能 细小变革: G=H-TS =U+PV-TS dG=dU+PdV+VdP-TdS-SdT (dU=TdS-PdV+fdl) =VdP-SdT+fdl 物理意思:试样长度以及体积稳定的状况下, 试样张力 f 随温度的变革。 f-T 拉伸力对温度的曲线 f 形变量减小 绝对零度T=0K 各直线 时, 险些都经由过程坐标的原点 T (dU/dl)T,V≈0 伸长率小于10% (dU/dl)T,V≈0 外力感化惹起熵变: ?橡胶弹性是熵弹性 ?回弹动力是熵增 橡胶在拉伸应力感化下招致体系熵值减小,外 力消除了当前熵值增长的自觉历程使其规复本来形态 。 等温等容前提下: dU =TdS-PdV+fdl dV=0 dU=0 fdl =-TdS= - dQ 恒温可逆时:dQ=TdS 拉伸 dl0, dS0 回缩 dl0, dS0 dQ0 拉伸放热 dQ0 回缩吸热 注释橡胶拉伸时放热,回缩时吸热 6.3 橡胶弹性的统计实际 热力学阐发 统计实际 热力学函数的变革患上出宏观物理量的干系 微观构造参数患上出高份子链熵值的定量表 达式,导出应力-应变干系。 统计实际的根本内容 交联收集应力与应变之间的定量干系 份子活动机理 无规线团的舒展 构象统计实际 橡胶高弹性的素质 熵弹性 拉伸过程当中应力以及应变的干系 橡胶形态方程-类似模子 幻想气体形态方程:PV=nRT 虎克弹性体形态方程: = E 橡胶弹性体形态方程: = XXX 根本思绪 一个伶仃的柔性高份子链的构象数w----S 一个收集链的构象熵--------全部交联网形变时 的构象熵(包罗了份子尺寸结尾距) △F=△U-T△S 系统自在能的变革 W=△F系统自在能的变革 由外界做功惹起 成立应力-应变干系—橡胶形态方程 橡胶形态方程—形变过程当中应力以及应变的干系 橡胶形态方程1 橡胶形态方程2 橡胶形态方程3 1.单个线形柔性份子链的构象熵 对伶仃柔性高份子链,按等效自在分离链即高斯 链处置,由Z个长度为b的链段构成的。将其一端牢固 在座标的原点(0,0,0),其另外一端出如今座标(x,y,x) 处小体积dxdydz内的概率为: 2=3/(2zb2) z 链段数量, b 链段长度 z O x h dxdydz y 因为链的构象数Ω以及概率密度W成比例,按照 Boltzmann定理: k 是 Boltzmann‘s 常数 一个伶仃柔性高份子链的构象熵为: C – 常数 2. 幻想交联收集模子的构象熵 接纳幻想的“仿射收集模子”,该模子须同时 满意以下4个前提: ①每一一个交联点由4个相互毗连的链段组成 ②两交联点间的链为高斯链 ③交联收集的构象总数是一切单个链段构象数的乘积 ④形变成仿射形变 ⑤拉伸过程当中体积稳定 仿射形变 收集中的各交联点被牢固在均衡地位上,当橡胶形变 时,这些交联点将以不异的比率变形。 设:主伸长比率 1 2 3 形变前, (xi,yi,zi) 形变后,(1xi, 2yi, 3zi) 形变前构象熵 形变后构象熵 单个链构象熵的变革 全部网链的构象熵变革—N个链段构象的加以及(假设3) 每一一个交联收集的结尾距不等,取均匀值,N为网链数 假定交联收集在形变前是各向异性 h2为网链均方结尾距 热力学形态函数 拉伸比 3. 交联收集的形态方程 Helmholtz自在能界说F=U-TS 疏忽内能变革 假定橡胶态聚合物交联收集发作形变历程 中热力学能不改动,则恒温恒容过程当中,系统 Helmholtz自在能F的削减即是对外界所做的功 W——外力做功贮存在发作形变的橡胶中。 储能函数 Helmann von Helmholtz (1821~1894), Germany 形变过程当中内能稳定(小形变),外力对系统的 功即是系统自在能增长,即: ——储能函数干系式 N:单元体积的网链数 在外力感化下,单元体积橡皮在形变过程当中所 贮存的能量,是形变参数、构造参数N以及T的函数。 关于单轴拉伸: 拉伸历程体积稳定: 以是: 则: 又由于: 应力 橡胶形态方程1 : 拉伸比 此中:N1=N/(A0l0) - 单元体积内的网链数 别的:N1可用交联点间链的均匀份子量Mc暗示 橡胶形态方程2 : 关于普通固体物资契合虎克定律: 当1时: 形变很小时,交联橡胶的应力-应变干系契合虎克定律 橡胶形变时体积稳定,泊松比为0.5 形态方程1改写为: E – 初始杨氏模量;G -初始剪切模量 -橡胶形态方程3 橡胶形态方程—形变过程当中应力以及应变的干系 橡胶形态方程1 橡胶形态方程2 橡胶形态方程3 实际曲线以及实践曲线%以 下,或 λ1.5时,理 论以及尝试成果分歧; 高应变时,因为网链 被拉伸,别的能够引 起结晶,以是实验与 实际偏离。 6.5 橡胶弹性的影响身分 6.5.1 交联与缠结效应 6.5.2 溶胀效应 6.5.3 其余身分(网链极限伸长、应变引发 结晶、填料) ◆ 溶胀效应 溶剂份子进入橡胶交联收集,溶胀系统均匀结尾 距增长,模量低落。 交联橡胶的溶胀历程包罗两部门: 交联橡胶的溶胀包罗两部门: 溶剂份子与大份子链混淆,熵增,有益于溶胀 份子链拉长,贮存弹机能,熵减,倒霉于溶胀 到达溶胀均衡 : 当溶胀均衡时 即溶胀体外部溶剂的化学位以及溶胀体内部化学位相称 : 按照路 Flory-Huggins 均匀场实际: 弹性自在能: 幻想交联网等温等压拉伸过程当中内能稳定 =1=2=3 干收集体积为1,溶胀后整体积为V, V = 3 1 试样在凝胶中的体积分数: 1 1/V =2 V = 1/ 2 1 系统中含n1摩尔溶剂,其摩尔体积为V1,溶胀后凝胶的体积 : 溶胀比Q 哈金斯参数(浸透压、光散射、溶胀法); 交联点间均匀份子量Mc;交联度低,Mc大,溶胀度大; 成立溶胀均衡时的橡胶的体积分数以及弹性模量的干系。 6.6 热塑性弹性体简介 热塑性橡胶(即热塑性弹性体thermoplastic elastomer, TPE)是一种兼具塑料以及橡胶特征、 被称为第3代橡胶的新型弹性子料。 其在常温下显现橡胶的高弹性,在低温下 又可很便利地塑化成型,其实不需求像传统橡胶那 样硫化。 嵌段共聚型TPE 共混型TPE 1.嵌段共聚型TPE 嵌段共聚型TPE包罗苯乙烯系、聚氨酯系 、聚酯系以及聚硅橡胶系等系列。 此中玻璃化温度较低、为质料供给弹性、 组成质料持续相的组分称为“橡胶段”或“软段” ,如SBS中的丁二烯B段 而玻璃化温度较高、为质料供给韧性以及强 度、组成质料分离相的组分称为“塑料段”或“硬 段”,如SBS中的苯乙烯S段 2. 共混型TPE 以热塑性乙丙橡胶为典范代表 物理交联,玻 璃区或晶区作 为交联点 Polystyrene Polybutadiene Polystyrene 共混型 EPDM硫化乙丙橡胶/PP聚丙烯 粘度大 粘度小