交联橡胶的应力
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即链段开始运动或冻结的温度
Tf：高弹态向粘流态转变的温度
即整链开始运动的温度
Tg：塑料使用的最高温度，橡胶使用的最低温度 Tf：加工成型的下限温度
玻璃化转变区 链段运动逐渐开始 形变量增大，模量降低(3个数量级)
粘流转变区 整链分子逐渐开始运动 形变量大，模量低，宏观上表现为流动
G
G1()
G2()
高分子的两变、三态
玻璃态T < Tg 运动单元：键长、键角，或小尺寸单元 力学特征：(普弹性)形变量小，模量高(109 ～ 1010 Pa)，形变与时间无关
高弹态Tg ~Tf 运动单元：链段 力学特征：(高弹)形变大(100-1000%)、模量小(105~107Pa)，形变可逆，
Basic terms
橡胶弹性的基本术语
交联密度：单位体积中的交联点数 网链密度：单位体积内所含网链数 网链分子量：重量除以网链数，即密度除以网链密度
Characteristics of Rubber Elasticity
橡胶弹性的特点
A simple rubber band may be stretched several hundred percent, yet on being released, it snaps back （快速恢复）substantially to its original dimensions.
Basic terms
橡胶弹性的基本术语
Idealized structure of a cross-linked polymer
Crosslinking point
Network Chain
r r0
(a)
(b)
A network chain segment
(a) relaxed, with a random coil conformation (b) extended, owing to an external stress
Rubber Elasticity 橡胶弹性
指以天然橡胶为代表的一类高分子材料所表现出的大幅度、可逆形变的性质
高弹态是聚合物特有的力学状态，在Tg以上的非晶态聚合物处于高弹态
典型的代表是各种橡胶，其Tg≈-60~-20 C，在一般使用温度下呈高弹态 Tg是橡胶的使用温度下限，分解温度Td是使用温度上限
伸2倍的试样，外力除去后1min内至少回缩到原长的1.5倍以下者，或者在使用条 件下，具有0.1~1MPa的杨氏模量者 Rubber or elastomer is defined as a crosslinked amorphous polymer above its glass transition temperature
Chapter 6
7.0 Introduction to Rubber Elasticity
橡胶弹性引言
高分子的结构
单体化来自百度文库组成
近程结构 （一次结构）
单体键接方式 单体的立体构型、空间排列 构型 支化与交联
链结构
结构单元的键接序列
远程结构
分子量及分布
高
（二次结构） 构象（刚柔性）
分 子
聚集态结构
晶态 液晶态
结
（三次结构）
非晶态
构
取向
高次结构
构造（Constitution）：高分子中原子和键的序列，包括链节的化学组成、 支化、端基和交联。对共聚物而言，还包括共聚单元
构型（Configuration）：化学键所决定的分子中的原子或基团在空间中 的特定的几何排布。
构象（Conformation）：分子中原子或者基团由于单键内旋转而产生的 空间排布。
This long-range, reversible elasticity constitutes the most striking property of rubbery materials.
Large Strain 形变量大
一般金属材料的形变量只有1%左右，而橡胶的高弹形变 可达1000%
Concept of Rubber Elasticity
橡胶弹性的概念
未交联橡胶，分子在应力作用下发生位移，产生永久形变 交联橡胶有高弹性，必须对橡胶进行硫化
有交联的情况
拉伸
无交联的情况
回缩
Concept of Rubber Elasticity
橡胶弹性的概念
构成橡胶、弹性体的三个要件
必须由长链聚合物构成 聚合物链必须具有高度柔性 聚合物链必须为交联网络
松弛时间长 粘流态Tf ~Td
运动单元：分子整链，受外力作用而产生相对位移，且无法回复 力学特征：形变量更大(流动)， 模量更低
思考
X星球常年温度处于300~350C，你如何设计作为橡胶使用的 高分子材料?
月球阴、阳面温差极大，你如何为月球车设计橡胶材料?
Chapter 6
7.1 Rubber and Rubber Elasticity
高分子的运动
玻璃态 分子运动
高
玻璃化转变
分
子
高弹态
运
分子运动
动
结晶与熔融
高分子熔体
分子链 结构
运动单元 影响因素 与特点
聚集态 结构
高分子的性能
黏弹行为
高
熔体流变
分
子
性 能
力学性能
其他性能
运动单元与 影响因素
特点
分子链 结构
聚集态 结构
温度
时间
作用力
高分子的两变、三态
Tg：玻璃态向高弹态转变的温度
橡胶及橡胶弹性
Concept of Rubber Elasticity
橡胶弹性的概念
Rubber 橡胶；Elastomer 弹性体
在外力作用下，可发生大幅度、可逆变形的材料 施加外力时发生大的形变，外力除去后形变可恢复的材料 ASTM (American Society for Testing and Materials)标准：20~27C下，1min可拉
By contrast, a steel wire can be stretched reversibly for only about a 1% extension. Above that level, it undergoes an irreversible deformation and then breaks.
其原因在于高分子链的柔顺性 无外力作用时，橡胶分子处于自然的蜷曲状态 拉伸时，分子链沿外力方向伸展
Tf：高弹态向粘流态转变的温度
即整链开始运动的温度
Tg：塑料使用的最高温度，橡胶使用的最低温度 Tf：加工成型的下限温度
玻璃化转变区 链段运动逐渐开始 形变量增大，模量降低(3个数量级)
粘流转变区 整链分子逐渐开始运动 形变量大，模量低，宏观上表现为流动
G
G1()
G2()
高分子的两变、三态
玻璃态T < Tg 运动单元：键长、键角，或小尺寸单元 力学特征：(普弹性)形变量小，模量高(109 ～ 1010 Pa)，形变与时间无关
高弹态Tg ~Tf 运动单元：链段 力学特征：(高弹)形变大(100-1000%)、模量小(105~107Pa)，形变可逆，
Basic terms
橡胶弹性的基本术语
交联密度：单位体积中的交联点数 网链密度：单位体积内所含网链数 网链分子量：重量除以网链数，即密度除以网链密度
Characteristics of Rubber Elasticity
橡胶弹性的特点
A simple rubber band may be stretched several hundred percent, yet on being released, it snaps back （快速恢复）substantially to its original dimensions.
Basic terms
橡胶弹性的基本术语
Idealized structure of a cross-linked polymer
Crosslinking point
Network Chain
r r0
(a)
(b)
A network chain segment
(a) relaxed, with a random coil conformation (b) extended, owing to an external stress
Rubber Elasticity 橡胶弹性
指以天然橡胶为代表的一类高分子材料所表现出的大幅度、可逆形变的性质
高弹态是聚合物特有的力学状态，在Tg以上的非晶态聚合物处于高弹态
典型的代表是各种橡胶，其Tg≈-60~-20 C，在一般使用温度下呈高弹态 Tg是橡胶的使用温度下限，分解温度Td是使用温度上限
伸2倍的试样，外力除去后1min内至少回缩到原长的1.5倍以下者，或者在使用条 件下，具有0.1~1MPa的杨氏模量者 Rubber or elastomer is defined as a crosslinked amorphous polymer above its glass transition temperature
Chapter 6
7.0 Introduction to Rubber Elasticity
橡胶弹性引言
高分子的结构
单体化来自百度文库组成
近程结构 （一次结构）
单体键接方式 单体的立体构型、空间排列 构型 支化与交联
链结构
结构单元的键接序列
远程结构
分子量及分布
高
（二次结构） 构象（刚柔性）
分 子
聚集态结构
晶态 液晶态
结
（三次结构）
非晶态
构
取向
高次结构
构造（Constitution）：高分子中原子和键的序列，包括链节的化学组成、 支化、端基和交联。对共聚物而言，还包括共聚单元
构型（Configuration）：化学键所决定的分子中的原子或基团在空间中 的特定的几何排布。
构象（Conformation）：分子中原子或者基团由于单键内旋转而产生的 空间排布。
This long-range, reversible elasticity constitutes the most striking property of rubbery materials.
Large Strain 形变量大
一般金属材料的形变量只有1%左右，而橡胶的高弹形变 可达1000%
Concept of Rubber Elasticity
橡胶弹性的概念
未交联橡胶，分子在应力作用下发生位移，产生永久形变 交联橡胶有高弹性，必须对橡胶进行硫化
有交联的情况
拉伸
无交联的情况
回缩
Concept of Rubber Elasticity
橡胶弹性的概念
构成橡胶、弹性体的三个要件
必须由长链聚合物构成 聚合物链必须具有高度柔性 聚合物链必须为交联网络
松弛时间长 粘流态Tf ~Td
运动单元：分子整链，受外力作用而产生相对位移，且无法回复 力学特征：形变量更大(流动)， 模量更低
思考
X星球常年温度处于300~350C，你如何设计作为橡胶使用的 高分子材料?
月球阴、阳面温差极大，你如何为月球车设计橡胶材料?
Chapter 6
7.1 Rubber and Rubber Elasticity
高分子的运动
玻璃态 分子运动
高
玻璃化转变
分
子
高弹态
运
分子运动
动
结晶与熔融
高分子熔体
分子链 结构
运动单元 影响因素 与特点
聚集态 结构
高分子的性能
黏弹行为
高
熔体流变
分
子
性 能
力学性能
其他性能
运动单元与 影响因素
特点
分子链 结构
聚集态 结构
温度
时间
作用力
高分子的两变、三态
Tg：玻璃态向高弹态转变的温度
橡胶及橡胶弹性
Concept of Rubber Elasticity
橡胶弹性的概念
Rubber 橡胶；Elastomer 弹性体
在外力作用下，可发生大幅度、可逆变形的材料 施加外力时发生大的形变，外力除去后形变可恢复的材料 ASTM (American Society for Testing and Materials)标准：20~27C下，1min可拉
By contrast, a steel wire can be stretched reversibly for only about a 1% extension. Above that level, it undergoes an irreversible deformation and then breaks.
其原因在于高分子链的柔顺性 无外力作用时，橡胶分子处于自然的蜷曲状态 拉伸时，分子链沿外力方向伸展