ISSN:
0003-3146
Keywords:
Chemistry
;
Polymer and Materials Science
Source:
Wiley InterScience Backfile Collection 1832-2000
Topics:
Chemistry and Pharmacology
,
Physics
Description / Table of Contents:
Deviations from the predictions of the statistical theory of rubber-elasticity are to be expected, if there are too short or pre-stressed chains in the network. Other deviations should be expected from the short-range order in the polymers because of their liquid-like character.The storage modulus G′ of cross-linked polymethyl methacrylate and natural rubber in the dry and swollen state was determined by torsional vibrations in dependence of the temperature. It was observed in a large temperature range, that G′ is independent of the frequency and shows a linear increase with increasing temperature. We found, that the part of G′ due to a change in internal energy is increasing with crosslink-density and degree of swelling. According to the statistical theory this part should have a constant value. The interpretation, that short or extended chains contribute in an essential manner to the internal energy part of the modulus, was supported by measurements on endgroup-crosslinked polybutadiene with a narrow distribution of the chain lengths. For this material the mentioned dependencies do not occur.It follows from the statistical theory that the birefringence exhibited by an amorphous rubber-elastic substance at constant deformation is independent of temperature. It also follows that the stress-optical coefficient remains constant when these substances are swollen in solvents, provided a correction is applied to allow for the change in the average refractive index of the material on swelling.We found that for crosslinked polybutadiene and styrene-butadiene copolymer the birefringence at constant deformation decreases distinctly with rising temperature. The stress-optical coefficient also decreases on swelling in carbon tetrachloride.From these results we concluded that in amorphous polymers certain positions of chain segments in relation to one another are preferred as a result of the interaction forces. This short-range order decreases with rising temperature and with swelling.In this short-range order and in the distribution of the chain lengths in the network we see the reason for the characteristic shape of the stress-strain-curve of unswollen elastomers in the range of low deformation, which is not in accordance with the statistical theory.
Notes:
Bei Elastomeren sind Abweichungen von den Voraussagen der statistischen Theorie zu erwarten, wenn zu kurze bzw. zu stark vorgespannte Netzketten vorliegen. Es sind ferner Abweichungen zu erwarten, wenn eine Nahordnung aufgrund des Flüssigkeitscharakters der Polymeren vorliegt.Mit Hilfe eines empfindlichen Torsionspendels wurde an vernetzterm Polymethylmethacrylat und an vernetztem Naturkautschuk in reinerm und gequollenem Zustand der Speichermodul G′ in Abhängigkeit von der Temperatur gemessen. Es wurde gefunden, daß G′ in einem weiten Temperaturbereich von der Frequenz unabhängig ist und einen linearen Anstieg mit der Temperatur zeigt. Es wurde festgestellt, daß der energieelastische Anteil des Speichermoduls mit Vernetzungsgrad und Quellungsgrad ansteigt, während er nach der statistischen Theorie konstant sein sollte. Die Deutung, daß kurze bzw. vorgespannte Ketten eine wesentliche Rolle für den energieelastischen Anteil des Moduls spielen, wurde erhärtet durch Messungen an endgruppenvernetztem Polybutadien mit ziemlich einheitlicher Kettenlänge, bei dem die genannten Abhängigkeiten nicht beobachtet wurden.Aus der statistischen Theorie folgt, daß die Doppelbrechung, die ein amorpher gummielastischer Stoff zeigt, bei konstanter Verformung temperaturunabhängig ist. Es folgt ferner, daß der spannungsoptische Koeffizient beim Quellen dieser Stoffe in optisch isotropen Quellungsmitteln konstant bleibt, sofern eine Korrektur, die die Änderung des mittleren Brechungsindex des Materials berücksichtigt, angebracht wird.Es zeigte sich, daß bei vernetztem Polybutadien und bei vernetztem Styrol-Butadien-Copolymerisat die Doppelbrechung bei konstanter Verformung mit steigender Temperatur deutlich abnimmt. Der spannungsoptische Koeffizient nimmt beim Quellen in Tetrachlorkohlenstoff ebenfalls ab.Aus den Meßergebnissen wird geschlossen, daß in amorphen Polymeren aufgrund von Wechselwirkungskräften gewisse Pusitionen von Kettensegmenten zueinander bevorzugt sind. Diese Nahordnung nimmt mit steigender Temperatur und beim Quellen ab.In dieser Nahordnung und der Kettenlängenverteilung wird die Ursache gesehen für die charakteristische Form der Spannungs-Dehnungskurven von ungequollenen Elastomeren im unteren Verformungsbereich, die nicht der statistischen Theorie entspricht.
Additional Material:
15 Ill.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1002/apmc.1971.050160113
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