第六章 橡胶弹性

一、 概念

1、熵弹性：交联橡胶拉伸时，内能几乎不变，而主要引起熵的变化。在外力的作用下，橡皮分子链由原来的蜷曲状态变为伸展状态，熵值由大变小，终态是一种不稳定的体系，当外力除去后，就会自发的回复到初态。这就说明了高弹性主要是由橡皮内部熵的贡献。橡胶的这种高弹性也称作熵弹性。

2、热塑性弹性体：如SBS是一种兼有塑料和橡胶特性，在常温有橡胶高弹性，一定温下又能塑化成型的高分子材料，称为热塑性弹性体

二、选择答案

1、你会选（ A ）聚合物用作液氮罐的软密封。（液氮沸点为77K）

A、硅橡胶， B、顺丁橡胶，C、天然橡胶， D、丁苯橡胶 2、橡胶试样快速拉伸，温度升高的原因是（ C ）。

⑴分子链从蜷曲到伸展，熵减小放热，⑵分子内摩擦放热，⑶拉伸诱导结晶放热。

A、⑴ B、⑴⑵ C、⑴⑵⑶ D、以上皆不对 3、下列因素中，与理想高弹体的弹性直接相关的参数是（ B ）

A、内能， B、熵， C、体积， D、热焓 4、橡胶的泊松比接近（ D ）

A、0； B、0.1； C、0.2；D、0.5

三、填空题 1、???RTMc(???12) 虎克

2、熵弹性，熵

四、回答下列问题

1、试判别在半晶态聚合物中，发生下列转变时，熵值如何改变？并解释其原因： （1）Tg转变； （3）形成晶体；

（2）Tm转变； （4）拉伸取向。

答：（1）Tg转变： Tg温度以上，高分子链可以改变构象，熵值变大。

（2）Tm转变：Tm温度以上，晶格结构破坏，高分子链可以改变构象，熵值变大。 （3）形成晶体：结晶以后，由于晶格结构的束缚，高分子链的构象不能改变，熵值变小。 （4）拉伸取向：取向以后，高分子链沿外力方向伸展，伸展状态的构象数较少，故熵值变小。 2、在一具有适当交联度软橡皮试条下端掛一砝码（不是过重），达到平衡形变后，升高温度，会观察到什么现象？为什么？

答：会观察到交联度软橡皮试条回缩。

因为橡胶的模量随温度升高而增高，外力不变，则由状态方程可得出伸长率减少。故升高温度，会观察到交联度软橡皮试条回缩。

五、计算题

1、天然橡胶硫化后，网链平均分子量为6000，密度为0.90g/cm3。如果要把长度10cm，截面积0.26cm2的试样，在25℃下拉长到25cm，问需要多大的力？（R=8.314J/Kmol）

已知：λ＝2.5 ρ＝0.90g/cmT＝298.15K R=8.314J/k·mol σ=?RTmc3?9?102kg/m3 528.314?298.151(???12)?900?(2.5??32)?8.7?10N/m 6000?102.5

??A0F=?F A0?=22.6 N

?8.7?105?0.26?10?4?22.N

2、 一交联橡胶试片，长2.8cm，宽1.0cm，厚0.2cm，重0.518g，在25℃时，将它拉伸一

倍，测定张力为10N, 估算试样的网链的平均分子量。（R=8.314 J/K·mol）

m答：已知：λ＝2 ρ＝V＝0.51g2.8?1.0?0.2cm3?0.925g/cm3?9.25?102kg/m3

T＝298.15K R=8.314J/k·mol σ=σ=

10Ao?RTmc52?1.0?010?4?5.0?10N/m .2?10(???12)

?RT?8.314?298.15(???12)=9.25?105??1.75=8.188kg/mol＝8.188×103g/mol

.0?1052?Mc?3、在25℃时，某一硫化橡胶试样，应力为1.5×106N／m2时拉伸比为2.5。试计算该试样1cm3中的网链数。

σ=1.5×106N/m2 λ=2.5 求N1（1cm3） 解：σ＝N1KT(???12) K＝kNA?1.5?106?6.02?10238.314?298.15?(2.5－12)2.58.3146.02?1023 ?? N1＝KT(??1) ?2＝1.56?1026个/m3=1.56×1020个/cm3

4、理想橡胶的应力应变曲线的起始斜率是2.0MPa，要把体积4.0cm3的这种橡胶缓慢可逆

地拉伸到其原来长度的两倍，需要做多少焦耳的功？

依据：W?

122NkT[?2 ???3] ；当ε很小时，E＝3N1kT

??2E?2?106PaE2.0?1068N?N1V?V??4.0?10?6?3kT3kT3kTW?

1282??1NkT??2??3????kT(22??3)?2.67J2??23kT2?