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1、1Rubber Products第1页/共43页2The definition of rubber施加外力时发生大的形变，外力除去后可以回复的施加外力时发生大的形变，外力除去后可以回复的弹性材料弹性材料橡胶、塑料、生物高分子在橡胶、塑料、生物高分子在T TgTf间都可表现出一间都可表现出一定的高弹性定的高弹性高分子材料力学性能的最大特点高弹性高弹性粘弹性粘弹性第2页/共43页3本讲内容：描述力学行为的基本物理量 应力与应变 模量与泊松比一、一、形变的类型及描述力学行为的基本的物理量：第3页/共43页4应变：当材料受到外力作用，几何形状和尺寸发生变化，这种变化叫应变。应力：材料单位面积上的附加内
2、力叫应力。附加内力：材料发生宏观的变形时，其内部分子间及分子内各原子间的相对位置和距离发生变化使原来的引力平衡被破坏，因而产生恢复平衡的力。应变按照受力方式的不同可以分为三种：张应变，切应变，体应变第4页/共43页5简单剪切简单剪切Shear本体压缩（或本体本体压缩（或本体膨胀）膨胀）基基本本的的形形变变形状改变而体积不形状改变而体积不变变体积改变而形状不体积改变而形状不变变拉伸拉伸 Tensile单轴拉伸单轴拉伸Uniaxial elongation双轴拉伸双轴拉伸biaxial elongation等轴等轴非等轴非等轴第5页/共43页6(1)简单拉伸l0FFl=l0+D DlA0FFA应变
3、应变应力应力真应变真应变真应力真应力图1第6页/共43页7FFA0q qdSA0剪切角剪切角剪切位移剪切位移切应变切应变切应力切应力(2)(2)简单剪切简单剪切图2第7页/共43页8(3)均匀压缩-流体静压力的作用V0PV0-D DV均匀压缩应变均匀压缩应变体积模量图3第8页/共43页9（4）三种弹性模量间的关系弹性模量是表征材料抵抗变形能力的大小,其值的大小等于发生单位应变时的应力各向同性材料 :Poissons ratio 泊松比泊松比泊松比:在拉伸实验中，材料横向应变与纵向应变之比值的负数图4第9页/共43页10表1 常见材料的泊松比泊松比数值解 释0.5不可压缩或拉伸中无体积变化0.0
4、没有横向收缩0.490.499橡胶的典型数值0.200.40塑料的典型数值第10页/共43页111.1.弹性形变大 可达1000，金属 0说明形变终态是个不稳定的体系，当外力除去后，就会自发的回复到初态，这说明为什么橡胶的高弹形变可恢复。同时说明高弹性主要是由橡胶内熵的贡献高弹性的本质是熵弹性气体弹性的本质也是熵弹性第23页/共43页24（3）在拉伸的过程中，内能不变，在 V 不变下-fdl=TdS=dQ当拉伸时dl 0，dQ 0 体系是放热当压缩时dl 0，f 0，dQ 0 放热 过程进行的快,体系来不及与外界进行热交换,拉伸功使橡胶升温.（4）E 小：形变大，应力小，因熵的变化是通过构象的
5、重排实现的，克服的是次价力。第24页/共43页25热力学分析小结橡胶的热力学方程橡胶弹性是熵弹性,回弹动力是熵增.橡胶在拉伸过程中放出热量,回缩时吸收热量.第25页/共43页26材料之所以呈现高弹性，是由于链段运动能比较迅速的适应所受外力而改变分子链的构象。这就要求链在常温下能够充分显示出柔性那么，结论：柔性很好的链，必定会形成高弹性的材料？Conclution：在常温下不易结晶的由柔性分子链组成的聚合物才具有高弹性四、高弹性和分子链结构的关系四、高弹性和分子链结构的关系四、高弹性和分子链结构的关系四、高弹性和分子链结构的关系第26页/共43页271 1、改善高温耐老化性，提高耐热性：在高温下
6、很快发生臭氧龟裂、氧化裂解、交联或其他物理因素的破坏，很少在120 以上保持其物理性能五、橡胶的使用温度范围五、橡胶的使用温度范围第27页/共43页28措施Eg：乙丙橡胶、AN丙烯酸酯橡胶、丁基橡胶远优于NR、SBR改变橡胶的主链结构改变取代基的结构氟橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶、NR和SBR 改变交联的结构第28页/共43页292 2、降低TgTg，避免结晶，改善耐寒性表2 2第29页/共43页30三元乙丙是乙烯、丙烯和非共轭二烯烃的三元共聚物。二烯烃具有特殊的结构，只有两键之一的才能共聚，不饱和的双键主要是作为交链处。另一个不饱和的不会成为聚合物主链，只会成为边侧链。三元乙丙的主要聚合物链是完
7、全饱和的。这个特性使得三元乙丙可以抵抗热，光，氧气，尤其是臭氧。三元乙丙本质上是无极性的，对极性溶液和化学物具有抗性，吸水率低，具有良好的绝缘特性。在所有橡胶当中，EPDM具有最低的比重。它能吸收大量的填料和油而影响特性不大。因此可以制作成本低廉的橡胶化合物。第30页/共43页31防水卷材防水液体橡胶橡胶密封橡胶垫圈三元乙丙橡胶应用模压制品第31页/共43页32六 热塑性弹性体 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。生生产产方方法法聚
8、合方法聚合方法-嵌段共聚物，嵌段共聚物，TPE机械共混法机械共混法-共混物共混物Ethylene propylene rubber/PP第32页/共43页33热固性与热塑性Thermoset-a hard and stiff crosslinked material.Thermosets are different from thermoplastics,which become moldable when heated.Thermosets are crosslinked,so they dont.Also,they are different from crosslinked elasto
9、mers.Thermosets are stiff and dont stretch the way elastomers do.Thermoplastic-a material that can be molded and shaped when its heated.第33页/共43页34Thermoplastic elastomer(TPE)films Thermoplastic elastomer(TPE)films that are permeable to water vapor,or that are permeable to water vapor,or breathable,
10、are finding increasing breathable,are finding increasing use in the medical industryuse in the medical industry隔离服 要求透气性第34页/共43页35SBS Styrene-Butadiene-StyreneHardSoft图6第35页/共43页36共混型TPEEPDM硫化乙丙橡胶硫化乙丙橡胶/PP聚丙烯聚丙烯图7第36页/共43页37聚氨酯弹性体由长链二醇、二异氰酸酯、短链二醇或二胺合成由长链二醇、二异氰酸酯、短链二醇或二胺合成软段软段硬段硬段软段和硬段发生微相分离第37页/共43
11、页38思考题1.根据已知的结构与性能的关系的知识根据已知的结构与性能的关系的知识,写出写出8种以上可用作种以上可用作rubber的的polymer实例及其制备的单体和聚合方法实例及其制备的单体和聚合方法.2.在乙丙橡胶的制备中常加入一定量的丙烯酸酯与之共聚在乙丙橡胶的制备中常加入一定量的丙烯酸酯与之共聚,用意何在用意何在?第38页/共43页39 乙烯丙烯酸甲酯橡胶AEM/Vamac具有良好的耐热性和耐候性，具有良好的耐热耐油平衡性。它主要用于汽车部件，如轴密封、冷却剂和动力操作管、高温火花塞保护罩、自动波纹管的恒速连接器等；也可用于电线电缆，如制作引火线护套等。第39页/共43页40解：前者是
12、无规共聚物，丙烯上的甲基在分子链上是无规排列的，这样在晶格中难以堆砌整齐，所以得到一个无定形的橡胶状的透明聚合物。后者是乙烯和有规立构聚丙烯的嵌段共聚物，乙烯的长嵌段堆砌入聚乙烯晶格，而丙烯嵌段堆砌入聚丙烯晶格。由于能结晶从而是硬而韧的塑料，且不透明。3.两种组成基本相同的乙烯-丙稀共聚物,一种适于rubber,而另一种适于plastics.推测其原因,如何验证你的推测?第40页/共43页414、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，中，f定值，所以，即收缩，而且随T增加，收缩增加。第41页/共43页42 5、在橡胶下悬一砝码，保持外界不变，升温时会发生什么现象？解：橡胶在张力（拉力）的作用下产生形变，主要是熵变化，即蜷曲的大分子链在张力的作用下变得伸展，构象数减少。熵减少是不稳定的状态，当加热时，有利于单键的内旋转，使之因构象数增加而卷曲，所以在保持外界不变时，升温会发生回缩现象。第42页/共43页43感谢您的欣赏！第43页/共43页