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日常生活中一些高分子材料現(xiàn)象的解釋
高分子材料在我們的生活中使用越來(lái)越廣泛,我們可以試著用一些高分子材料的基本知識(shí)來(lái)解釋生活中碰到的一些高分子材料的特有現(xiàn)象。
為什么用塑料繩綁東西會(huì)越綁越松
日常生活中,我們經(jīng)常用塑料繩綁東西,可你會(huì)發(fā)現(xiàn),用塑料繩綁東西,我們?cè)较虢壘o,可不久會(huì)發(fā)現(xiàn),塑料繩很快好像變長(zhǎng)了似的,變得很松垮,于是再使勁綁起,可依然會(huì)發(fā)現(xiàn),過(guò)了一會(huì)又變松了,這是為什么呢?
這里就要提到一個(gè)基本概念--應(yīng)力松弛,應(yīng)力松弛,是指高分子材料在總應(yīng)變不變的條件下,由于試樣內(nèi)部的粘性應(yīng)變隨時(shí)間不斷增長(zhǎng),使回彈應(yīng)變分量隨時(shí)間逐漸降低,從而導(dǎo)致回彈應(yīng)力隨時(shí)間逐漸降低的現(xiàn)象。
我們生活中使用的塑料繩(有的地方叫化學(xué)繩)是由線性的聚乙烯或聚丙烯制成,這類高分子材料是典型的非交聯(lián)線性高分子,在綁緊的過(guò)程中,線性的高分子鏈被拉長(zhǎng),表面看起來(lái)很緊,但隨著時(shí)間的延長(zhǎng),線性高分子鏈發(fā)生了滑移,這種滑移是不可恢復(fù)的,鏈發(fā)生滑移后,塑料繩被拉伸的變長(zhǎng)了,開(kāi)始變得不能綁緊,假如此時(shí)再使勁綁緊,則線性鏈繼續(xù)發(fā)生滑移。所以用塑料繩綁東西,綁的越緊最后就會(huì)變得越松,松弛發(fā)生的厲害。因此,有經(jīng)驗(yàn)的人用塑料繩綁東西時(shí),都不要綁的太緊,防止線性高分子鏈發(fā)生嚴(yán)重應(yīng)力松弛。
那怎么樣才能避免這種現(xiàn)象呢?
要用交聯(lián)的高分子材料,交聯(lián)的高分子材料通過(guò)交聯(lián)劑使線性高分子鏈變成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),高分子網(wǎng)絡(luò)鏈被拉伸變形后,仍能有力的回復(fù)。如用橡膠繩綁的話會(huì)大大改善這種現(xiàn)象,如橡皮筋綁就會(huì)好很多,如用交聯(lián)很完善的東西綁,譬如用自行車內(nèi)胎的那種橡膠綁,則基本不會(huì)發(fā)生松弛現(xiàn)象,會(huì)綁的很緊,不信你試試?
早上起床刷牙擠牙膏-擠出脹大
我們?cè)缟掀饋?lái)刷牙擠牙膏時(shí),發(fā)現(xiàn)牙膏從牙膏管口寄出時(shí),牙膏好像突然變大了好多?這是因?yàn)槭裁丛蚰?
這里就涉及到高分子的一個(gè)重要特性---蠕變性。所謂高分子的蠕變,蠕變是指材料在恒定載荷作用下,變形隨時(shí)間而增大的過(guò)程。蠕變是由材料的分子和原子結(jié)構(gòu)的重新調(diào)整引起的,這一過(guò)程可用延滯時(shí)間來(lái)表征。當(dāng)卸去外力時(shí),材料的變形部分地回復(fù)或完全地回復(fù)到起始狀態(tài),這就是結(jié)構(gòu)重新調(diào)整的另一現(xiàn)象。
牙膏中含有大量的高分子化合物,如濕潤(rùn)劑、香料、起泡劑等等,這些高分子鏈在牙膏管中是都是呈自然卷曲的,在被擠出牙膏管口那狹小位置時(shí),高分子鏈在管口的作用下被迫發(fā)生鏈的舒展成線性狀態(tài),在擠出管口后,外力小時(shí),高分子鏈在無(wú)外力作用下回自然呈卷曲狀態(tài),從而使體積變大。
好多人都喜歡吹泡泡糖,剛?cè)胱斓臅r(shí)候,比較硬,后來(lái)不斷的咀嚼后泡泡糖就變得很軟,居然能吹出泡泡來(lái)?這又是為什么呢?這里我們又要學(xué)到一個(gè)高分子材料特有的特性---玻璃化轉(zhuǎn)變。
一般來(lái)說(shuō),高分子材料在不同溫度下有三種力學(xué)狀態(tài),它們是玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)。在溫度較低時(shí),材料為剛性固體狀,與玻璃相似,在外力作用下只會(huì)發(fā)生非常小的形變,此狀態(tài)即為玻璃態(tài):當(dāng)溫度繼續(xù)升高到一定范圍后,材料的形變明顯地增加,并在隨后的一定溫度區(qū)間形變相對(duì)穩(wěn)定,此狀態(tài)即為高彈態(tài),溫度繼續(xù)升高形變量又逐漸增大,材料逐漸變成粘性的流體,此時(shí)形變不可能恢復(fù),此狀態(tài)即為粘流態(tài)。
我們通常把玻璃態(tài)與高彈態(tài)之間的轉(zhuǎn)變,稱為玻璃化轉(zhuǎn)變,它所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度即是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,或是玻璃化溫度。
泡泡糖的主要成分是聚醋酸乙烯酯,它的玻璃化溫度在28度左右,一般情況下低于其玻璃化溫度,其幾乎沒(méi)有流動(dòng)性保持很好的形態(tài),而在嘴里咀嚼后,高于其玻璃化溫度,泡泡糖發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變,有玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變,呈現(xiàn)出高彈態(tài),所以嚼泡泡糖的時(shí)候剛開(kāi)始嚼兩下是吹不出泡泡的,等溫度升高后,嚼軟了以后才行。
礦泉水瓶灌入熱水后,變成白色
生活中經(jīng)常用到礦泉水瓶,有時(shí)候,會(huì)在礦泉水瓶灌入熱水,于是會(huì)發(fā)生一個(gè)奇特的現(xiàn)象,透明的礦泉水瓶很快變成白色,這又是為什么呢?
判斷一種材料是否透明,要看當(dāng)中是否含有對(duì)光產(chǎn)生衍射、反射和吸收是物質(zhì),晶區(qū)的結(jié)構(gòu)規(guī)整性比較好,容易有反射和散射,這些結(jié)構(gòu)使光線不能透過(guò),結(jié)晶度越低越透明,無(wú)定形區(qū)譬如玻璃是典型的無(wú)定性物質(zhì),光線就能很好的透過(guò),透明性就很好。
礦泉水瓶是由聚對(duì)苯二甲酸乙二酯組成,聚對(duì)苯二甲酸乙二酯本身屬于易結(jié)晶高分子材料,制作礦泉水瓶時(shí),是在高溫下吹作法制備的,然后經(jīng)過(guò)退火處理,消除結(jié)晶區(qū)域才具有光學(xué)透明性的。當(dāng)在礦泉水瓶中加入熱水后,聚對(duì)苯二甲酸乙二酯在高溫下分子鏈發(fā)生重新取向運(yùn)動(dòng),重新產(chǎn)生產(chǎn)生結(jié)晶區(qū)域從而喪失透明性。