第4章 热力学之凝胶网络及橡胶弹性解析
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第七章7.1 橡胶弹性的热力学分析例7-1 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. 解:(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。
(2)恒定外力下,受热收缩。
分子链被伸长后倾向于收缩卷曲,加热有利于分子运动,从而利于收缩。
其弹性主要是由熵变引起的,Tds fdl =-中,f =定值,所以0dl T ds f =-<,即收缩,而且随T 增加,收缩增加。
例7-2 试述高聚物高弹性的热力学本质,并计算:(1)高弹切变模量为106达因/厘米2的理想橡橡胶在拉伸比为2时,其单位体积内储存的能量有多少?(2)把一轻度交联的橡皮试样固定在50%的应变下,测得其拉应力与温度的关系如表所示,求340K 时熵变对高弹应力贡献的百分比.拉应力(kg /cm 2) 4.77 5.01 5.25 5.50 5.73 5.97 温度K 295 310 325 340 355 370解:高聚物高弹性的本质为熵弹性。
橡胶拉伸时,内能几乎不变,而主要引起熵的变化。
(1)2211NkT G σλλλλ⎛⎫⎛⎫=-=- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭6261102 1.75104dyn cm ⎛⎫=⨯-=⨯ ⎪⎝⎭dyn/cm 2 储能函数 ()A Wp d v f dl f d l∆=-∆=-- 对于单位体积 V =1cm 3时,()11dl cm λ=-⨯()661.751021 1.75100.175A d erg J σλ∆=⋅=⨯⨯-=⨯=(2),,T v l vu f f l T ∂∂⎛⎫⎛⎫=+⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭以f 对T 作图,斜率=0.016fT∂=∂ ,3400.016 5.44s l Tf f T T ∂⎛⎫==⨯= ⎪∂⎝⎭5.44100%100%98.9%5.5s f f ⨯=⨯=例7-3 设一个大分子含有1000个统计链段,每个链段平均长度为0.7nm ,并设此大分子为自由取向链。
第四章胶体溶液学习要点分散系、分散相、分散介质、表面现象、表面能、表面活性物质、吸附、孚L 化剂、乳化作用、溶胶、胶团结构、Tyndall现象、Brown运动、电泳、电渗。
聚沉值、大分子溶液、胶凝、盐析学习指南(一)分散系统分散系统,简称分散系,是由一种或几种物质以较小的颗粒分散于另一种物质中所形成的系统。
分散系中被分散的物质称为分散相,容纳分散相的物质称为分散介质。
根据物态,分散系有固态、液态与气态之分。
液体分散系按其分散相直径的大小不同可分为真溶液、胶体分散系和粗分散系三类。
分散系又可分为均相分散系和非均相分散系两大类。
均相分散系只有一个相(体系内部物理性质和化学性质均一的部分形成一相”,包括真溶液、大分子溶液。
非均相分散系的分散相和分散介质为不同的相,包括溶胶和粗分散系。
(二)表面现象我们把在任何两相界面上产生的物理化学现象总称为表面现象。
胶体的许多性质,如电学性质、稳定性、保护作用等都与表面现象有关。
如果把液体内部分子移到表面层就要克服向内的合力而做功。
这种功称为表面功,它以势能形式储存于表面分子。
单位表面上的表面自由能即增加单位表面所消耗的功,称为比表面能,比表面能在数值上等于表面张力。
根据热力学原理,表面能有自发降低的趋势。
要降低表面能,可通过两种途径:一是缩小物体的表面积;二是降低表面张力或是两者都减小。
表面活性物质分子的一端具有疏水性,另一端具有亲脂性。
如果向水中加入表面活性物质,则表面活性物质会部分地代替水分子聚集在溶液表面上,以降低表面张力,导致表面活性物质在表面层的浓度大于在溶液内部的浓度,产生正吸附。
相反,如果向水中加入某些无机盐类(如NaCl等)、糖类(单糖、双糖)以及溶于水的金属氢氧化物、淀粉等表面张力比水大的表面非活性物质,则这类物质在溶液表面层的浓度将会小于它们在溶液内部的浓度,产生负吸附。
(三)孚L状液水与油这两种液体不相溶,若使其中的一种液体的一种以细小的液滴分散于另一种不相溶的液体中,必须在振荡的同时加入一种能降低比界面能的表面活性物质,这种表面活性物质的分子在油与水两相界面上定向地排列,形成一层保护分散相液滴的薄膜,防止了液滴合并变大而分层,使体系得到一定程度的稳定性. 这种能使乳浊液稳定的的表面活性物质称为乳化剂,乳化剂所起的作用称为乳化作用。
第四章胶体溶液学习要点分散系、分散相、分散介质、表面现象、表面能、表面活性物质、吸附、乳化剂、乳化作用、溶胶、胶团结构、Tyndall现象、Brown运动、电泳、电渗。
聚沉值、大分子溶液、胶凝、盐析学习指南(一)分散系统分散系统,简称分散系,是由一种或几种物质以较小的颗粒分散于另一种物质中所形成的系统。
分散系中被分散的物质称为分散相,容纳分散相的物质称为分散介质。
根据物态,分散系有固态、液态与气态之分。
液体分散系按其分散相直径的大小不同可分为真溶液、胶体分散系和粗分散系三类。
分散系又可分为均相分散系和非均相分散系两大类。
均相分散系只有一个相(体系内部物理性质和化学性质均一的部分形成“一相”),包括真溶液、大分子溶液。
非均相分散系的分散相和分散介质为不同的相,包括溶胶和粗分散系。
(二)表面现象我们把在任何两相界面上产生的物理化学现象总称为表面现象。
胶体的许多性质,如电学性质、稳定性、保护作用等都与表面现象有关。
如果把液体内部分子移到表面层就要克服向内的合力而做功。
这种功称为表面功,它以势能形式储存于表面分子。
单位表面上的表面自由能即增加单位表面所消耗的功,称为比表面能,比表面能在数值上等于表面张力。
根据热力学原理,表面能有自发降低的趋势。
要降低表面能,可通过两种途径:一是缩小物体的表面积;二是降低表面张力或是两者都减小。
表面活性物质分子的一端具有疏水性,另一端具有亲脂性。
如果向水中加入表面活性物质,则表面活性物质会部分地代替水分子聚集在溶液表面上,以降低表面张力,导致表面活性物质在表面层的浓度大于在溶液内部的浓度,产生正吸附。
相反,如果向水中加入某些无机盐类(如NaCl等)、糖类(单糖、双糖)以及溶于水的金属氢氧化物、淀粉等表面张力比水大的表面非活性物质,则这类物质在溶液表面层的浓度将会小于它们在溶液内部的浓度,产生负吸附。
(三)乳状液水与油这两种液体不相溶,若使其中的一种液体的一种以细小的液滴分散于另一种不相溶的液体中,必须在振荡的同时加入一种能降低比界面能的表面活性物质,这种表面活性物质的分子在油与水两相界面上定向地排列,形成一层保护分散相液滴的薄膜,防止了液滴合并变大而分层,使体系得到一定程度的稳定性.这种能使乳浊液稳定的的表面活性物质称为乳化剂,乳化剂所起的作用称为乳化作用。
凝胶流体介质的网络结构与力学性能分析引言凝胶流体介质是一种具有特殊性质和广泛应用前景的材料。
它由稳定膨胀的凝胶结构和流体相互作用形成,具有高度的可调性和多样的性能。
研究凝胶流体介质的网络结构和力学性能对于深入理解其特性以及开发新的应用具有重要意义。
本文将从凝胶流体介质的网络结构以及力学性能两个方面对其进行分析。
首先,将介绍凝胶的形成机制和常见的网络结构形态。
然后,将重点探讨凝胶流体介质的力学性质,包括弹性、黏性、流变性等方面。
一、凝胶的形成机制和网络结构形态1.1 凝胶的形成机制凝胶的形成是由于聚合物在溶液或溶胶中自发地形成三维连续网络结构,从而使得溶胶转变为凝胶的过程。
凝胶的形成机制主要有物理交联和化学交联两种方式。
1.2 凝胶的网络结构形态凝胶的网络结构形态多样,可以是线性结构、星形结构、网状结构、高度交联结构等。
其中,线性结构是指聚合物链之间没有交联,仅通过物理吸附力相互连接;星形结构是在线性结构的基础上,聚合物链的两端具有强大的化学交联,形成星状结构;网状结构是聚合物链之间形成交联网络;高度交联结构是网络结构形态最为复杂的一种。
二、凝胶流体介质的力学性能2.1 弹性凝胶流体介质具有较大的变形能力和恢复力,表现出弹性行为。
弹性是指材料在外力作用下发生形变后,在去除外力后能恢复原状的能力。
凝胶通过其网络结构的可逆重排实现了弹性行为。
不同网络结构的凝胶对外力的响应方式也不同,线性结构的凝胶表现出较为简单的背离线性关系的应变-应力曲线,而复杂的网状结构和高度交联结构的凝胶则呈现出更复杂的非线性理性。
2.2 黏性凝胶流体介质的黏性是指其在外力作用下会发生流动和变形的性质。
黏性是凝胶流体介质的固有属性,与凝胶的粘弹性有密切关系。
凝胶的黏性主要受到流动速度、温度、凝胶浓度等因素的影响。
2.3 流变性凝胶流体介质的流变性是指其随着外力作用的改变而改变的性质。
凝胶流体介质可以表现出剪切变稀、剪切变稠、剪切增稠等不同的流变行为。