六橡胶弹性.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,第6章 橡胶弹性,1,.,6.1描述力学行为的基本物理量,6.2橡胶弹性的热力学分析,6.3橡胶弹性的统计理论,2,.,6.1,材料力学基本物理量,（理解）,应变,材料受到外力作用，它的几何形状发生变化，这种变化叫应变。,附加内力,材料发生宏观形变时，使原子间或分子间产生附加内应力来抵抗外力，附加内力与外力大小相等，方向相反。,应力,单位面积上的附加内力为应力，单位Pa。,3,.,弹性模量,理想的弹性固体，服从虎克定律：,弹性模量=应力应变,柔量：模量的倒数,4,.,F,F,l,A,0,l,0,l,简单拉伸:,杨氏模量,拉伸柔量 D=1/E,5,.,简单剪切,剪切应变,剪切应力,剪切模量,切变柔量,J=1/G,6,.,均匀压缩,V,0,V,0,-,V,P,静压力：P,材料均匀压缩应变,体积模量,可压缩度,1/B,7,.,各向同性,材料三种模量的关系：,:,泊松比,(,法国数学家 Simeom Denis Poisson 为名,),4个参数2个独立,横向应变,纵向应变,也叫横向变性系数，它是反映材料横向变形的弹性常数。,8,.,橡胶,施加外力发生大的形变，外力除去后形变可以恢复的弹性材料。,高弹态,聚合物特有的力学状态。,橡胶高弹态,9,.,1.弹性形变大。1000，,金属1,2.弹性模量小。E10,5,N/m,2,，,塑料10,9,N/m,2,金属10,1011,N/m,2。,3.温度升高，模量增加。,4.形变时有明显的热效应。,5.形变具有时间依赖性（,称为力学松弛）。,橡胶高弹形变的特点：,10,.,热力学体系：,橡皮试样,环境：,外力（单轴拉伸）,依据：,热力学第一定律dUdQ+dW,热力学第二定律dQTdS,6.2 橡胶的热力学分析,11,.,dU=dQ+dW,dW=fdl-pdV,dQ=TdS,dU=TdS+fdl-pdV,dV,0,，,dU=TdS+fdl,12,.,物理意义:,等温等容条件的热力学方程,：,橡胶的张力是由于变形时，内能发生变化,和熵变化而引起的。,13,.,F=U-TS,dU=TdS+fdl-PdV,dF=fdl-SdT,dF=dU-TdS-SdT,变为容易测得的物理量,将,14,.,恒温条件下试样的单位伸长引起的熵变可通过,固定拉伸长度时拉伸力随温度的变化,而测得,15,.,4%,10%,33%,77%,166%,T(K),f,（1）张力和T保持良好的线性关系,（2）直线的斜率随伸长率的增加而增加,（3）伸长率0,dQ0,拉伸放热,dU=TdS+fdl-PdV,fdl=-dQ,dQ=TdS,压缩时,d,l,0,，但f,0，故dQ1.5时，理论与实验,偏差较大,偏差原因？,a、很高应变，高斯链假设不成立。,b、应变引起结晶作用。,36,.,形变较大时的修正,较大形变时,网链的末端距不等于高斯链末端距.,对交联橡胶状态方程的修正,前因子,37,.,(2)自由末端修正,假定每个线形分子链交联后都有两个末端形成自由链,自由链端链,封闭的链圈,交联前橡胶的数均分子量,38,.,39,.,（3）物理缠结和体积变化修正,交联橡胶在形变时是要发生体积变化的需要进行修正。,a:缠结对剪切模量的贡献,拉伸前立方体的体积,拉伸后立方体的体积,物理缠结的贡献,40,.,（4）仿射变形的修正,交联网的变形不是仿射变形，特别是在较高的应变下。,一般交联点的波动要使模量减小,作为一种简单的改正，在式中引入一个,小于1,的校正因子A,41,.,溶胀过程自由能变化包括两部分：,溶剂分子与大分子链混合，熵增，有利于溶胀,G,M,分子链拉长，储存弹性能，熵减，不利于溶胀,G,el,达到溶胀平衡,状态方程处理溶胀平衡,42,.,网链的平均分子量,聚合物的密度,溶剂的摩尔体积,Hunggins,parameter,溶胀前后体积比,43,.,应用,得到,Hunggins,参数,测定交联点间的分子量,交联度同即溶涨后体积的定量关系。,44,.,6.4,热塑弹性体,Thermoplastic elastomer（TPE）,交联为弹性体（橡胶）具有高弹性的条件之一，如果交联点为物理交联，则形成热塑弹性体。,兼有橡胶和塑料两者的特性，在常温下显示高弹，高温下又能塑化成型。称为第三代橡胶，是橡胶史最大的革命。,45,.,