处于高弹态的橡胶类材料在小外力下就能发生100-1000%的大变形,而且形变可逆,这种宝贵性质使橡胶材料成为国防和民用工业的重要战略物资。高弹性源自于柔性大分子链因单键内旋转引起的构象熵的改变,又称熵弹性。高弹性------聚合物(在Tg以上)处于高弹态时所表现出的独特的力学性质,又称橡胶弹性
一、橡胶高弹性的本质原因
高弹性的本质原因和橡胶内部的分子结构有关系的。未经硫化的橡胶呈细团状,硫化后呈渔网状。硫化胶由于各种交联方式的不同,硬度不同,交联密度不同,含胶量不同等原因,表象也不相同。交联密度高了,分子间的键会增加分子束的强度,这时当外力作用下,交联键会给分子链一定的组合保护,因为分子链的长度不同,这时短的就会先因受力过大断掉。就象几条线不同长度的线很容易扯断,但是把几条线中间结几个扣,就会受力更均匀一些,也更不易断。当然交联密度过高就会从本质上改变橡胶大分子的特性,反而会弹性下降。
二、高弹形变的特点
1、形变量大,可达100%~1000%(对比普通金属弹性体的弹性形变不超过1%);
2、弹性模量低,约10-1~10MPa(对比金属弹性模量,约104~105MPa)。
3、高弹形变的弹性模量与温度成正比,而金属的弹性模量随温度升高而下降。
4、形变过程有热效应,绝热拉伸(快速拉伸)时,材料会放热而使自身温度升高,金属材料则相反。
5、高弹形变有力学松弛现象(高弹形变时分子运动需要时间),而金属弹性体几乎无松弛现象。
高弹性的本质是熵弹性形变过程熵减,储存能量T △ S; 自发的熵增可使形变恢复,无能量损耗。
三、高弹性的条件:
1、柔性高,高分子链的柔性是出现高弹性的根本原因。只有在室温下不易结晶的柔性高聚物,才有可能成为具有高弹性的橡胶
2、分子链长,分子链越长,链段数越多,分子链就越柔顺,热运动越容易;分子量越大物理结点越多,链与链之间不容易滑移,有利于提高弹性。
4、轻度交联,过度的交联会限制分子的链段运动,从而降低弹性。
四、橡胶弹性的影响因素:
1、交联与缠结效应:
交联点密度与网链密度的关系:
交联网链间的物理缠结也是影响弹性模量的因素
2、溶胀效应:溶涨度大,网链密度降低,抑制诱发结晶,模量降低。
3、网链的极限生长:非高斯效应,使应力或弹性模量增加。
4、应变诱发结晶:拉伸网链沿着拉伸方向取向,有序增加,利于结晶。模量增大。
5、填料,填料的加入可以提高模量、拉伸强度等
五、橡胶的其他性能
橡胶除了高弹性还有其他性能指标,可以帮助我们根据橡胶制品使用要求选择相应的品种。
(1) 拉伸强度,试样拉伸破坏时,原截面上单位面积所受的力
(2) 扯断伸长率,试样拉伸破坏时,伸长部分与原长之比
(3) 硬度,衡量橡胶抵抗变形的能力,通常用邵氏硬度计测量
(4) 撕裂强度,表征橡胶耐撕裂性的好坏