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。

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4章 聚合物的分子量与分子量分布1.统计平均分子量由于聚合物分子量具有两个特点，一是其分子量比分子大几个数量级，二是除了有限的几种蛋白质高分子外，分子量都不是均一的，都具有多分散性。

因此，聚合物的分子量只有统计意义，用实验方法测定的分子量只是具有统计意义的平均值。

2.微分分子量的分布函数0000()()()1()1n M dM n m M dM mx M dM w M dM ∞∞∞∞====⎰⎰⎰⎰以上是具有连续性的分子量分布曲线 3.分子量分布宽度实验中各个分子量与平均分子量之间差值的平方平均值 4.多分散系数α表征聚合物式样的多分散性。

w n M M α=或zwM M α= 5. Tung (董履和)分布函数表征聚合物的分子量分布，是一种理论分布函数，在处理聚合物分级数据时十分有用。

6.散射介质的Rayleigh 比表征小粒子所产生的散射光强与散射角之间的关系，公式为2(,)iI r R I θθγ= 7.散射因子()P θ表征散射光的不对称性参数，()P θ是粒子尺寸和散射角的函数。

具体公式如下：222216()1sin 3()2P S πθθλ-=-'注：nλλ'=，2S--均方旋转半径，λ'-入射光在溶液中的波长8.特性粘数[]η表示高分子溶液0c →时，单位浓度的增加对溶液比黏度或相对黏度对数的贡献，具体公式如下：0ln []limlimsprc c ccηηη→→==9.膨胀因子χχ维溶胀因子，在Flory 特性黏数理论中应用方式为;2220h hχ=10. SEC 校正曲线和普适校正曲线(1) SEC 校正曲线：选用一组已知分子量的单分散标准样品在相同的测试条件下做一系列的色谱图。

(2) 普适校正曲线：322()[]h Mφη=以lg[]M η对e V 作图，对不同的聚合物试样，所得的校正曲线是重合的。

第5章 聚合物的分子运动和转变1.玻璃-橡胶转变(玻璃化转变)非晶态聚合物的玻璃化转变即玻璃-橡胶转变，对于晶态聚合物是指其中的非晶部分的这种转变。

第1章高分子的链结构1.写出聚氯丁二烯的各种可能构型。

等。

2．构象与构型有何区别？聚丙烯分子链中碳—碳单键是可以旋转的，通过单键的内旋转是否可以使全同立构聚丙烯变为间同立构聚丙烯？为什么？答：（1）区别：构象是由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化，而构型则是分子中由化学键所固定的原子在空间的排列；构象的改变不需打破化学键，而构型的改变必须断裂化学键。

（2）不能，碳-碳单键的旋转只能改变构象，却没有断裂化学键，所以不能改变构型，而全同立构聚丙烯与间同立构聚丙烯是不同的构型。

5．聚乙烯分子链上没有侧基，内旋转位能不大，柔顺性好。

该聚合物为什么室温下为塑料而不是橡胶？答：这是由于聚乙烯分子对称性好，容易结晶，从而失去弹性，因而在室温下为塑料而不是橡胶。

9.无规聚丙烯在环己烷或甲苯中、30℃时测得的空间位阻参数（即刚性因子）δ=1.76,试计算其等效自由连接链长度b（已知碳—碳键长为0.154nm,键角为109.5°）。

解：b=1.17nm10.某聚苯乙烯试样的分子量为416000，试估算其无扰链的均方末端距（已知特征比Cn=12）。

答：均方末端距为2276.8nm2。

第2章聚合物的凝聚态结构1.名词解释凝聚态，内聚能密度，晶系，结晶度，取向，高分子合金的相容性。

凝聚态：为物质的物理状态，是根据物质的分子运动在宏观力学性能上的表现来区分的，通常包括固体、液体和气体。

内聚能密度：CED定义为单位体积凝聚体汽化时所需要的能量，单位：J/cm2晶系：根据晶体的特征对称元素所进行的分类。

结晶度：试样中的结晶部分所占的质量分数（质量结晶度）或者体积分数（体积结晶度）。

取向：聚合物的取向是指在某种外力作用下，分子链或其他结构单元沿着外力作用方向的择优排列。

高分子合金的相容性：两种或两种以上高分子，通过共混形成微观结构均一程度不等的共混物所具有的亲和性。

2.什么叫内聚能密度？它与分子间作用力的关系如何？如何测定聚合物的内聚能密度？答：（1）内聚能密度：CED定义为单位体积凝聚体汽化时所需要的能量，单位：（2）内聚能密度在300 以下的聚合物，分子间作用力主要是色散力；内聚能密度在400 以上的聚合物，分子链上有强的极性基团或者分子间能形成氢键；内聚能密度在300-400 之间的聚合物，分子间相互作用居中。

第六章橡胶弹性一、思考题1.与金属材料相比，高聚物的力学性能有哪些特点？2.与金属的普弹性相比，高聚物的高弹性有哪些特点？为什么称高弹性为熵弹性？3.影响橡胶高弹性的几个主要因素是什么？4.何谓交联橡胶单轴拉伸状态方程？该方程在什么情况下与实际橡胶相差最大？何谓橡胶的拉伸弹性模量、剪切模量？二、选择题1．关于交联橡胶以下那条不正确。

( ) ○1具有熵弹性○2快速拉伸时吸热○3形变很小时符合Hooke定律2．高聚物处于橡胶态时其弹性模量( ) ○1随着形变增大而增大○2随着形变增大而减小○3随形变变化很小3 高聚物弹性的热力学本质是；○1能弹性○2熵弹性○3对外界做功引起三、简答题1．当温度升高时，高聚物的高弹模量下降。

解释该现象。

2．不受外力作用时橡皮筋受热伸长，而在恒定外力作用下却受热收缩，试用高弹性热力学理论解释。

四、计算题1．某硫化橡胶的密度为1.03g/cm3，网链平均相对分子质量为5000g/mol，试求在27℃下将该橡胶拉长至原长的1.8倍时应力等于多少？若考虑该橡胶交联之前数均相对分子质量为2.0×105时，则修正后应力为多少？2．某种硫化橡胶的密度为964kg/m3，其试件在27℃下拉长一倍时的拉应力为7.25×105N/m2。

试求：(1) 1m3中的网链数目；(2)初始的拉伸模量与剪切模量；(3)网链的平均相对分子质量M。

c3．有一根长4cm、截面积为0.05cm2的交联橡胶，25℃时被拉伸到8cm，已知该橡胶的密度为1.0g/cm3，未交联时其数均相对分子质量为5×106，交联后网链平均相对分子质量为1×104。

试用橡胶弹性理论(经过自由末端校正)计算拉伸该橡胶所用的力及该橡胶的弹性模量。

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。