USTC 中斜爹执术大学 0ER画0回F画A@回回F画0A 高聚物的高弹性 主讲:朱平平
高聚物的高弹性 主讲 :朱平平
A rubber band will get longer or shorter when heated? 熵弹性 It shrinks because of the nature of polymer
A rubber band will get lon ger or shorter when heated? 熵弹性 It shrinks because of the nature of polymer
高分子链的柔性 高聚物的高弹性 ·橡胶在室温就呈现高弹性 在室温是塑料的高聚物在温度高于玻璃化温度 时出现类似橡胶的高弹性 种高聚物,是塑料还是橡胶,常常可以由温 度来决定 高聚物的高弹性主要是起因于它的构象熵的改 变—熵弹性
高分子链的柔性 高聚物的高弹性 • 橡胶在室温就呈现高弹性 • 在室温是塑料的高聚物在温度高于玻璃化温度 时出现类似橡胶的高弹性 •一种高聚物，是塑料还是橡胶，常常可以由温 度来决定 •高聚物的高弹性主要是起因于它的构象熵的改 变——熵弹性
A tapped rubber tree producing latex. These are really common in the south of Thailand and are spreading into other parts of the country because they can be quite profitable
A tapped rubber tree producing latex. These are really common in the south of Thailand and are spreading into other parts of the country because they can be quite profitable
高弹性 高弹性—高聚物在高弹态呈现的力学性能 高弹态一高聚物在其玻璃化温度以上具有的独特 的力学状态 高弹性: 高聚物优异性能之 高聚物区别于其他材料的一个突出特性 有着重要的使用价值
高弹性 •高弹性—高聚物在高弹态呈现的力学性能 •高弹态—高聚物在其玻璃化温度以上具有的独特 的力学状态 •高弹性： 高聚物优异性能之一 高聚物区别于其他材料的一个突出特性 有着重要的使用价值 •
高弹性是极其特殊的 与固体的相似之处: 有稳定的尺寸,在小形变时,其弹性响应符合虎克定 律,像个固体; 与液体的相似之处: 热膨胀系数和等温压缩系数与液体有相同的数量级, 表明在高弹态时高分子间相互作用与液体有相同的数量 级 与气体的相似之处: 在高弹态时,导致形变的应力随温度增加而增加,与 体的压强随温度升高而增加有相似性
高弹性是极其特殊的 •与固体的相似之处： 有稳定的尺寸，在小形变时，其弹性响应符合虎克定 律，像个固体； •与液体的相似之处： 热膨胀系数和等温压缩系数与液体有相同的数量级， 表明在高弹态时高分子间相互作用与液体有相同的数量 级； •与气体的相似之处： 在高弹态时，导致形变的应力随温度增加而增加，与 气体的压强随温度升高而增加有相似性
高弹性的特点 可逆弹性形变大,最高可达1000%,即拉长10倍之多 而一般金属材料的弹性形变不超过1%。 高弹模量小,约为105牛顿/米2;而一般金属的弹性模量 可达10101牛顿/米2 髙弹模量随温度升高而正比地增加;相反,金属材料的 弹性模量随温度增加而减小。 在快速拉伸时,高弹材料的温度升高;而金属材料则相 反
高弹性的特点 • 可逆弹性形变大，最高可达1000%，即拉长10倍之多； 而一般金属材料的弹性形变不超过1%。 • 高弹模量小，约为105牛顿/米2；而一般金属的弹性模量 可达1010-11牛顿/米2 。 • 高弹模量随温度升高而正比地增加；相反，金属材料的 弹性模量随温度增加而减小。 • 在快速拉伸时，高弹材料的温度升高；而金属材料则相 反
平衡态高弹形变的热力学分析 橡皮试样1→>l+dl 热力学第一定律dU=dO-dW dw=pdv-fdl 热力学第二定律aQ=TdS dU=Tds-pdv + fdl 橡胶在拉伸过程中体积几乎不变d≈0 dU=Tas +fal
平衡态高弹形变的热力学分析 • 橡皮试样 •热力学第一定律 l l → + dl dU = dQ − dW dW = pdV − fdl •热力学第二定律 dQ = TdS dU = TdS − + pdV fdl •橡胶在拉伸过程中体积几乎不变 dV ≈ 0 dU = TdS + fdl
dU=Tas+ fdl aS 外力作用在橡胶上,一方面 f al 引起橡胶内能的改变,另 TV TV 方面引起熵的改变。 Gibbs自由能: F=H-TS=u+p-S dF=du+pdv +vdp-Tds-Sdr 将d=TdS-pd+fd代入上式: dF =fdl+vap-SdT
dU = TdS + fdl 外力作用在橡胶上，一方面 引起橡胶内能的改变，另一 方面引起熵的改变。 T V, , T V u S f T l l ⎛ ⎞ ∂ ∂⎛ ⎞ = − ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ∂ ∂ ⎝ ⎠ Gibbs自由能： F = H − = TSup + V −TS dF = du + + pdV Vdp −TdS − SdT 将 du = − TdS pdV + fdl 代入上式： dF = fdl + − Vdp SdT
OF OF f OT l aaF a(OF al T aI aT 1, aT a OT P」7y T,P⊥,V 在橡胶试样的长度和体积维持不变的情况下,张力随温 度的变化。可以直接从实验中测得。 aS f au T of al TV OT l V
l p, F S T ⎛ ⎞ ∂ = −⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ∂ T P, F f l ⎛ ⎞ ∂ = ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ∂ , , , , , , T V l p T p l V T V l V S F F f l l T T l T ⎛ ⎞ ∂ ∂ ⎡ ⎤ ⎛ ∂ ⎞ ⎡ ∂ ⎛ ∂ ⎞ ⎤ ⎛ ∂ ⎞ ⎜ ⎟ = − ⎢ ⎥ ⎜ ⎟ = − ⎢ ⎜ ⎟ ⎥ = −⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ∂ ∂⎢ ⎥ ⎝ ∂ ⎠ ⎢∂ ⎝ ∂ ⎠ ⎥ ⎝ ∂ ⎠ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ 在橡胶试样的长度和体积维持不变的情况下，张力随温 度的变化。可以直接从实验中测得。 T V, , T V u S f T l l ⎛ ⎞ ∂ ∂⎛ ⎞ = − ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ∂ ∂ ⎝ ⎠ T V, , l V u f f T l T ⎛ ⎞ ∂ ∂ ⎛ ⎞ = + ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ∂ ∂ ⎝ ⎠