熵彈性

熵彈性

由於高分子鏈的熱運動,使得鏈段在小範圍內繞某鏈軸作旋轉運動,使構象發生變化。分子鏈愈捲曲,則可能的構象數目愈多,體系的熵愈大;反之,鏈愈伸直,則可能的構象數目愈少,體系的熵也愈小,因而體現出張力。這種由於分子熱運動,即體系熵增大所引起的彈性稱為熵彈性。其特徵是當溫度升高時,熱運動增加,因而彈性增大。因此,高彈性的本質是一種熵彈性。

詳情:對於天然橡膠或線性非晶態聚合物的高彈態(溫度高於玻璃化溫度),變形主要是由原處於捲曲狀態的長分子鏈沿應力方向伸展而實現,伸展的分子鏈由於構象數較少,因而熵較小。當外力去除後,熵增大的自發過程將使分子鏈重新回復到捲曲狀態,產生彈性回復。這種由熵變化為主導致的彈性變形稱為熵彈性。

熵彈性是高分子鏈最本質的性質,高分子鏈的幾乎全部不同於小分子的特殊性質都與熵彈性有關。

熵彈性的基本特點與 能彈性剛好相反。

能彈性和熵彈性現象的特徵區別:

主要有如下三點:

1.能彈性體的模量高、可逆形變值小,例如鋼的模量達2.1×10^7 N/cm2;熵彈性體的模量低,可逆形變值大,如橡膠的模量為20~80N/cm2,其伸長可達百分之幾百。熵彈性體的模量低值與氣體相似,約為10N/cm2。

2.能彈性體(如鋼)伸長時變冷(吸熱而增加內能),熵彈性體(如橡膠)伸長時發熱(熵減小而放出熱量)。

3.負荷下的鋼加熱時膨脹,而只有很輕微拉伸下的橡膠才是這樣,一般,伸長較大的橡膠加熱時收縮。因此,熵彈性體的彈性模量因加熱而增大。

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