王雅琼2高分子链的结构高分子的凝聚态结构高分子溶液分子量及分子量分布聚合物的分子运动和转变橡胶弹性聚合物的黏弹性聚合物的屈服与断裂聚合物的电学性能聚合物的其它性能本课程的内容王雅琼3第七章橡胶弹性§1橡胶弹性及其特点§2橡胶弹性的热力学分析§3橡胶弹性的统计理论§4橡胶的溶胀§5热塑性弹性体§6改善橡胶性能的措施王雅琼4§1 橡胶弹性及其特点王雅琼5施加外力时发生大的形变，外力除去后可以恢复的弹性材料。
橡胶也称为弹性体（Elastomer ）包括→天然橡胶和合成橡胶什么是橡胶？→举例王雅琼6Nature rubber -PIPCH 2C CHCH 3nCH 3Synthesize rubber•Polybutadiene•Polyisobutylene •Polychloroprene→应用王雅琼7Rubber products→特点王雅琼81.橡胶弹性的特点形变量大→达1000%，金属→小于1%Ö橡胶弹性→高弹性形变可恢复形变需要时间形变时有热效应弹性模量小，且随温度升高而增大Why?王雅琼9形变量大→分子链长，柔性，无规线团伸展形变可恢复→恢复是熵增过程，具有交联结构形变需要时间→分子链长，要克服摩擦力形变时有热效应(拉伸放热) →热力学分析弹性模量小且随温度升高而增大→统计分析Why?→模量数据王雅琼10→2橡胶弹性的本质王雅琼112.产生橡胶弹性的条件分子链要长（分子量大）分子链要有足够的柔性适度的交联处于高弹态→硫交联图王雅琼12用硫交联→§2王雅琼13§2橡胶弹性的热力学分析Thermodynamical Analysis of Rubber Elasticity王雅琼142.1 热力学分析l 0→初始长度f →试样所受的张力dl →伸长量Tensile所研究的系统→热力学王雅琼15First law of thermodynamicsdU = δQ -δWdU →体系内能变化δQ →体系吸收的热量δW →体系对外所做的功p dV-f dl→推导王雅琼16δW 包括膨胀功pdV 和拉伸功-fdlδW = pdV -fdl假设过程可逆δQ = TdS因此：dU = TdS -pdV + fdl→推导王雅琼17等温等容下拉伸，对l 求偏导橡胶在等温拉伸中体积几乎不变，即dV ≈0dU = TdS + fdlf l S T l U VT V T +⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂=⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂,,→推导王雅琼18V T VT l S T l U f ,,⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂−⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂=内能变化熵变化→变换通过热力学方程将恒温变换为恒定伸长，从而便于实验测定王雅琼19Gibbs function ——吉布斯函数G = H -TSJosiah Willard Gibbs(1839~1903)公式变换→推导王雅琼20G = H -TSH = U + pVH 、T 、S 分别为系统的焓、热力学温度和熵焓的定义为：U →系统的内能；p →系统的压力，V →系统的体积→推导王雅琼21求导数Making derivationdG = dU+pdV+Vdp -TdS -SdTdG = Vdp –SdT + fdlG = U + pV -TSdU = TdS –pdV + fdl→推导王雅琼22恒温恒压（T 、p 不变），dT = dp = 0pT l G f ,⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂=恒压恒长（p 、l 不变）, dp = dl = 0lp T G S ,⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂=−→推导王雅琼23G 为状态函数，改变求导顺序不影响结果V l p T V T l p l G T T G l ,,,,⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂∂∂=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂∂∂pT l G f ,⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂=lp T G S ,⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂=−ThereforeVl V T T f l S ,,⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂=⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂−→热力学方程王雅琼24VT V T l S T l U f ,,⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂−⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂=lp p T T f l S ,,⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂=⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂−Vl V T T f T l U f ,,⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂+⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂=橡胶弹性的热力学方程代入→实验测定f-T王雅琼252.2 实验测定的f -T 关系曲线→实验结果54321王雅琼26实验结果1.f 与T 的关系为线性关系2. 各条线的斜率不同→3. 伸长率较大时（直线3~5），斜率为正，即温度升高，保持一定伸长所需要的张力增大4.伸长率较小时（直线1、2），斜率为负，即温度升高，保持一定伸长所需要的张力减小→→讨论3王雅琼270,≈⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂VT l U 实验结果直线3~5 外推到T = 0K 时，几乎都通过坐标的原点→结论王雅琼28结论→外力作用主要引起熵变橡胶弹性主要是熵弹性回弹动力是熵增VT V l l S T T f T f ,,⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂−=⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂≈→熵变的本质王雅琼29橡胶弹性的本质橡胶弹性是由熵变引起的由熵变引起的。
