6章橡胶的弹性.ppt

第六章 橡胶弹性 本章的教学内容、要求和目的Rubber products Rubber products 高弹性的本质 高弹性特点 6.1 形变类型 Easy to handle The concept of Strain and Stress Basic concept Schematics of simple elongation Stress 应力 ? Strain 应变 Tensile modulus 拉伸模量 or Young’s modulus 杨氏模量 Shear 剪切 剪切应变 ? Shear modulus and compliance in shear 剪切模量和剪切柔量 Compression 压缩 压缩应变 Compression strain The relationship between Young’s modulus E, shear modulus G and compression modulus B Possion ratios for different polymers E, G, B and ? 6.2 Thermodynamical analysis of rubber elasticity 橡胶的热力学分析 First law of thermodynamics 等温等压拉伸 According to Gibbs function ——吉布斯函数 Making derivation 求导数 恒温恒压， i.e. T, P不变，dT=dP=0 G为状态函数，改变求导顺序不影响结果 Substitute (16) into (7’) f-T Curve Similar to which type of materials? 外力作用引起熵变 热量变化 1、说明交联橡胶平衡态高弹形变热力学分析的依据和所得结果的物理意义。 2、不受外力作用，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：根据热力学第一和第二定律有 物理意义为：外力作用在橡胶上，一方面引起内能的变化，一方面引起熵的变化。 验证实验时，将橡胶试样等温拉伸到一定长度，在定长的情况下测定不同温度下的张力，以f 对T作图，得到一条直线，直线的截距为fu。结论： 一般fu ≈0，说明橡胶拉伸时内能几乎不变，而主要是熵的变化。这种只有熵才有贡献的弹性称为熵弹性 ，拉伸时分子链由混乱变为规则取向，甚至结晶，所以dS0，根据热力学第二定律，dG=TdS,dG0，这就是为什么橡胶拉伸时放热的原因。 重点及要求： 6.3 Statistical Theories of Rubber Elasticity 橡胶弹性的统计理论 交联点由四个有效链组成 高斯链 Gaussian chain 构象数 ? 仿射形变 Affine deformation 主伸长比率 ?1 ?2 ?3 构象熵的变化 Isotropic network 各向同性 The change of free energy ?F Uniaxial elongation 单轴拉伸 拉伸力 f force-elongation ratio relation 力-伸长比关系 应力 Stress ? 橡胶状态方程 2 一般固体物质符合虎克定律 橡胶形变时体积不变，泊松比?为0.5 橡胶状态方程总结 思考 某硫化橡胶交联点间平均摩尔质量MC=5000g/mol,密度ρ=103kg/m3,现于300K拉伸 1倍时，求 （1）回缩应力 （2）弹性模量 Comparison of theoretical curve and experimental results 6.4 橡胶状态方程的一般修正 (2) 自由末端修正 修正后的单位体积内的有效网链数N’ (3) Mooney-Rivlin Equation Empirical law (4) 幻象网络 Phantom network （5）S.F Edwards approach (1976) Different relationships between modulus and elongation ratio 6.5 Swelling effect 溶涨效应 交联橡胶的溶涨包括两部分： 化学位达平衡 If the volume fraction of polymer ?2 is very small 弹性自由能 求偏导 Application 6.6 Thermoplastic elastomer - TPE Definition in English 热固性塑料 Thermoset MOLDED TPE POLYMER W/PVC STITCHED HOCKEY BOOT