第6章、橡胶弹性

以下为1~6章的名词解释,资料来源为高分子物理(第四版)材料科学基础(国外引进教材),化工大词典,百度百科,维基百科等。

第一章高分子链的结构全同立构:高分子链全部由一种旋光异构单元键接而成间同立构:高分子链由两种旋光异构单元交替键接而成构型:分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列,这种排列就是热力学稳定的,要改变构型必需经过化学键的断裂与重组分子构造(Architecture):指聚合物分子的各种形状,一般高分子链的形状为线形,还有支化或交联结构的高分子链,支化高分子根据支链的长短可以分为短支链支化与长支链支化两种类型共聚物的序列结构:就是指共聚物根据单体的连接方式不同所形成的结构,共聚物的序列结构分为四类:无规共聚物、嵌段共聚物、交替共聚物、接枝共聚物接枝共聚物:由两种或多种单体经接枝共聚而成的产物,兼有主链与支链的性能。

嵌段共聚物(block copolymer):又称镶嵌共聚物,就是将两种或两种以上性质不同的聚合物链段连在一起制备而成的一种特殊聚合物。

环形聚合物:它的所有结构单元在物理性质与化学性质上都就是等同的超支化聚合物:就是在聚合物科学领域引起人们广泛兴趣的一种具有特殊大分子结构的聚合物构象:由于σ单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态。

链段: 高分子链上划分出的可以任意取向的最小单元或高分子链上能够独立运动的最小单元称为链段。

链柔性:就是指高分子链在绕单键内旋转自由度,内旋转可导致高分子链构象的变化,因为伴随着状态熵增大,自发地趋向于蜷曲状态的特性。

近程相互作用:就是指同一条链上的原子或基团之间,沿着链的方向,因为距离相近而产生相互作用远程相互作用:因柔性高分子链弯曲所导致的沿分子链远距离的原子或基团之间的空间相互作用。

远程相互作用可表现为斥力或引力,无论就是斥力还就是引力都使内旋转受阻,构想数减少,柔性下降,末端距变大。

自由连接链:假定分子就是由足够多的不占体积的化学键自由结合而成,内旋转时没有键角限制与位垒障碍,其中每个键在任何方向取向的几率都相同。

1. 一个纸杯装满水置于桌面上，用一发子弹从桌面下部射入杯子，并从杯子的水中穿出，杯子仍位于桌面不动。

如果杯里装的是高聚物溶液，这次子弹把杯子打出8米远，解释之。

答：低分子液体如水的松弛时间是非常短的，它比子弹穿过杯子的时间还要短，因而虽然子弹穿过水那一瞬间有黏性摩擦，但它不足以带走杯子。

高分子溶液的松弛时间比水大几个数量级，即聚合物分子链来不及响应，所以子弹将它的动量转换给这个“子弹－液体－杯子”体系，从而子弹把杯子带走了。

2. 已知增塑PVC 的Tg 为338K ，Tf 为418K ，流动活化能 ，433K 时的粘度为5Pa. s 。

求此增塑PVC 在338K 和473K 时的粘度各为多大？答：在 范围内，用WLF 经验方程计算又因为473K>Tf ，故用Arrhenius 公式计算， 或3. 溶液的粘度随着温度的升高而下降，高分子溶液的特性粘数在不良溶剂中随温度的升高而升高，怎样理解？答：在常温下，线团密度很大时，随温度升高，线团趋向松解，粘度增高。

在良溶剂中线团密度已经很小，随着温度的升高，线团密度变化不大，粘度降低。

4. 为何同一种高聚物分子量分布宽的较分布窄的易于挤出或注射成型?分子量分布宽的试样的粘度对切变速率更敏感，随切变速率的提高，粘度比窄分布的试样131.8-⋅=∆mol kJ E ηC T T g g 100+-3015.11)338433(6.51)338433(44.17log 433-=-+--=g T ηη004.123015.115log log =+=g T ηsPa g T ⋅=∴1210ηRT E e /0ηηη∆=8226.0)43331.81031.8exp()47331.81031.8exp(33)433()473(=⨯⨯⨯⨯=ηηsPa ⋅=⨯=∴1.48226.05)473(η低。

5. 为什么高分子熔体的表观粘度小于其真实粘度？6. 不受外力作用时橡皮筋受热伸长；在恒定外力作用下，受热收缩，试用高弹性热力学理论解释.答：（1）不受外力作用，橡皮筋受热伸长是由于正常的热膨胀现象，本质是分子的热运动。

高分子物理课后答案第一章：高分子链的结构一、根据化学组成不同，高分子可分为哪几类？（1、分子主链全部由碳原子以共价键相连接的碳链高分子2、分子主链除含碳外，还有氧、氮、硫等两种或两种以上的原子以共价键相连接的杂链高分子3、主链中含有硅、硼、磷、铝、钛、砷、锑等元素的高分子称为元素高分子4、分子主链不含碳，且没有有机取代基）二、什么是构型，不同构型分别影响分子的什么性能？（构型是指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何构型；1、旋光异构影响旋光性2、几何异构影响弹性 3、键接异构对化学性能有很大影响）三、什么是构造，分子构造对高分子的性能有什么影响？（分子构造是指聚合物分子的各种形状，线性聚合物分子间没有化学键结构，可以在适当溶剂中溶解，加热时可以熔融，易于加工成型。

支化聚合物的化学性质与线形聚合物相似，但其物理机械性能、加工流动性能等受支化的影响显著。

树枝链聚合物的物理化学性能独特，其溶液黏度随分子量增加出现极大值。

）四、二元共聚物可分为哪几种类型？（嵌段共聚物、接枝共聚物、交替共聚物、统计共聚物）五、什么是构象？什么是链段？分子结构对旋转位垒有什么影响？（构象表示原子基团围绕单元链内旋转而产生的空间排布。

把若干个链组成的一段链作为一个独立运动的单元，称为链段。

位垒：1、取代基的基团越多，位垒越大2、如果分子中存在着双键或三键，则邻近双键或三键的单键的内旋转位垒有较大下降。

）六、什么是平衡态柔性？什么是动态柔性？影响高分子链柔性的因素有哪些？（平衡态柔性是指热力学平衡条件下的柔性，取决于反式与旁式构象之间的能量差。

动态柔性是指外界条件影响下从一种平衡态构象向另一种平衡态构象转变的难易程度，转变速度取决于位能曲线上反式与旁式构象之间转变位垒与外场作用能之间的联系。

影响因素：一、分子结构：1、主链结构2、取代基3、支化交联4、分子链的长链二、外界因素：温度、外力、溶剂）七、自由连接链？自由旋转链？等效自由连接链？等效自由旋转链？蠕虫状链？（自由连接链：即键长l 固定，键角⊙不固定，内旋转自由的理想化模型。

第六章高聚物的力学性能（1）6.1 概述6.1.1 高聚物力学性能的特点（形变性能、断裂性能）高弹形变：平衡高弹形变：瞬时、平衡、可逆的高弹形变；非平衡高弹形变：瞬时粘弹性，与时间有关高弹性：准平衡态高弹形变，由高分子构象熵的改变引起，处于链段无规自由热运动橡胶（弹性体）→外力作用（拉伸力）→ 链段运动对外响应→可逆的弹性形变（伸长数倍）普弹性：内能的改变引起粘弹性：呈粘性流体的性质、弹性和粘性同时出现。

表现在力学松弛现象（蠕变、应力松弛）及动态力学行为。

高聚物的力学行为：依赖于时间、温度。

必须同时考虑应力、应变、时间和温度来描述。

研究目的：（1）力学性能宏观描述和测试合理化；（2）宏观力学性能与微观各个层次的结构因素的关系。

6.1.2 形变类型和描述力学行为的基本物理量（1）简单剪切（形状改变，体积不变）剪切应力：σ = F/A，剪切应变：γ= tgθ，剪切模量（刚度）：G = σ/γ，剪切柔量：J = 1/G = γ/σ（2）本体（体积）压缩（形状不变，体积改变）本体应变：Δ= ΔV / V，本体模量：K = P/Δ = P / （- ΔV / V），本体柔量（可压缩度）：B = 1 / K（3）单向拉伸（形状和体积同时改变）拉伸应力：σ = F/A0（张应力，工程应力），拉伸应变：ε1 = （l-10）/10=Δl/10（张应力，工程应变，习用应变），杨氏模量：E = σ / ε1 （高聚物 E = 0.1MPa～500MPa），拉伸柔量：D = 1 / E横向应变：ε2 =（b - b0）/ b0，ε3 =（d - d0）/ d0）泊松比：γ = -ε2 / ε1= -ε3 / ε1 （拉伸试验中横向应变与纵向应变的比值的负数）对于大多数高聚物：橡胶，γ = 0.5，体积几乎不变，没有横向收缩。

塑料，γ = 0.2～0.4。

对各向同性的理想材料：G = E /（1+γ），K = E（1 - 2γ），E = 9KG /（3K + G），若体积几乎不变，即γ = 1/2, 则 E = 3G；对于各向异性材料情况比较复杂，不止有两个的独立弹性模量，通常至少有5或6个。

第六章 橡胶弹性一、 概念1、熵弹性2、热塑性弹性体二、选择答案1、你会选（ ）聚合物用作液氮罐的软密封。

（液氮沸点为77K ）A 、硅橡胶，B 、顺丁橡胶，C 、天然橡胶，D 、丁苯橡胶2、橡胶试样快速拉伸，温度升高的原因是（ ）。

⑴分子链从蜷曲到伸展，熵减小放热，⑵分子内摩擦放热，⑶拉伸诱导结晶放热。

A 、⑴B 、⑴⑵C 、⑴⑵⑶D 、以上皆不对三、填空题1、交联橡胶的状态方程为 ，只有在形变很小时，交联橡胶的应力－应变关系才符合 定律。

2、橡胶高弹性的热力学本质为 ，即橡胶拉伸时，内能几乎不变，而主要引起 的变化。

四、回答下列问题1、交联橡胶弹性统计理论的根据是什么？写出由它得出的交联橡胶的状态方程，并说明状态方程的意义。

2、在一具有适当交联度软橡皮试条下端掛一砝码（不是过重），达到平衡形变后，升高温度，会观察到什么现象？为什么？五、计算题1、天然橡胶硫化后，网链平均分子量为6000，密度为0.90g/cm 3。

如果要把长度10cm ，截面积0.26cm 2的试样，在25℃下拉长25cm ，问需要多大的力？（R=8.314J/Kmol ）2、一交联橡胶试片，长2.8cm ，宽1.0cm ，厚0.2cm ，重0.518g ，在25℃时，将它拉伸一倍，测定张力为10N, 估算试样的网链的平均分子量。

（R=8.314 J/K ·mol ）3、某一硫化橡胶试样，应力为1.5×106N ／m 2时拉伸比为2.5。

是计算该试样1cm 3中的网链数。

4、理想橡胶的应力应变曲线的起始斜率是2.0MPa ，要把体积4.0cm 3的这种橡胶缓慢可逆地拉伸到其原来长度的两倍，需要做多少焦耳的功？ 依据：]3[22 21-+=λλNkT W ；当ε很小时，E ＝3N 1kT。