更新时间:2022-08-25 14:37
由于高分子链的热运动,使得链段在小范围内绕某链轴作旋转运动,使构象发生变化。分子链愈卷曲,则可能的构象数目愈多,体系的熵愈大;反之,链愈伸直,则可能的构象数目愈少,体系的熵也愈小,因而体现出张力。这种由于分子热运动,即体系熵增大所引起的弹性称为熵弹性。其特征是当温度升高时,热运动增加,因而弹性增大。因此,高弹性的本质是一种熵弹性。
对于天然橡胶或线性非晶态聚合物的高弹态(温度高于玻璃化温度),变形主要是由原处于卷曲状态的长分子链沿应力方向伸展而实现,伸展的分子链由于构象数较少,因而熵较小。当外力去除后,熵增大的自发过程将使分子链重新回复到卷曲状态,产生弹性回复。这种由熵变化为主导致的弹性变形称为熵弹性。
熵弹性是高分子链最本质的性质,高分子链的几乎全部不同于小分子的特殊性质都与熵弹性有关。
熵弹性的基本特点与能弹性刚好相反。
能弹性和熵弹性现象的特征区别主要有如下三点:
1.能弹性体的模量高、可逆形变值小,例如钢的模量达2.1×10^7 N/cm2;熵弹性体的模量低,可逆形变值大,如橡胶的模量为20~80N/cm2,其伸长可达百分之几百。熵弹性体的模量低值与气体相似,约为10N/cm2。
2.能弹性体(如钢)伸长时变冷(吸热而增加内能),熵弹性体(如橡胶)伸长时发热(熵减小而放出热量)。
3.负荷下的钢加热时膨胀,而只有很轻微拉伸下的橡胶才是这样,一般,伸长较大的橡胶加热时收缩。因此,熵弹性体的弹性模量因加热而增大。