Kenapa Getah Boleh Diregang dan Kembali?

Gelang getah boleh diregang sehingga beberapa kali ganda panjang asalnya tanpa terus putus, kemudian mengecut semula apabila dilepaskan. Sifat ini tidak bermaksud molekul getah sendiri memanjang seperti tali yang boleh diregang tanpa had. Getah terdiri daripada rantai polimer panjang yang membentuk rangkaian fleksibel.

Apa yang berlaku ketika getah diregang?

Dalam keadaan santai, segmen rantai polimer boleh mengambil banyak susunan yang berliku dan tidak teratur. Apabila getah ditarik, banyak segmen menjadi lebih terarah sepanjang arah regangan. Bilangan susunan molekul yang tersedia berkurang, maka entropi konfigurasi rangkaian menurun.

Model ringkas rangkaian elastomer: rantai polimer yang berliku menjadi lebih terarah apabila ditarik. Ikatan silang menghubungkan rantai pada titik tertentu supaya rangkaian tidak sekadar mengalir terpisah.

Nota Istilahikatan silang: Sambungan antara rantai polimer yang membantu membentuk rangkaian tiga dimensi dan mengehadkan pergerakan bebas rantai.

Mengapakah getah kembali kepada bentuk asal?

Pada suhu biasa, gerakan haba sentiasa menggoyangkan segmen polimer. Keadaan rangkaian yang kurang terarah mempunyai jauh lebih banyak kemungkinan susunan berbanding keadaan yang sangat diregang. Oleh itu, tindak balas elastik getah ideal banyak dipacu oleh kecenderungan termodinamik menuju keadaan dengan entropi konfigurasi yang lebih tinggi. Apabila daya luar dilepaskan, rangkaian cenderung mengecut kembali.

Ikatan silang juga penting. Tanpa rangkaian sambungan yang mencukupi, rantai polimer boleh meluncur antara satu sama lain dan bahan boleh mengalami ubah bentuk kekal atau mengalir. Pemvulkanan getah ialah salah satu cara membentuk ikatan silang yang menjadikan getah lebih berguna sebagai elastomer.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?

Bagaimana kita tahu?

Pemerhatian
Getah boleh mengalami regangan besar dan masih kembali hampir kepada bentuk asal, berbeza daripada banyak pepejal keras yang hanya elastik pada ubah bentuk kecil.
Bukti
Eksperimen mekanik dan kajian struktur polimer menunjukkan rantai menjadi lebih terarah semasa regangan; teori serta pengukuran termoelastik pula menunjukkan sumbangan besar perubahan entropi kepada daya pemulih getah.
Inferens
Jika regangan mengehadkan bilangan susunan rantai yang mungkin, pelepasan daya membolehkan rangkaian kembali kepada himpunan susunan yang lebih banyak dan kurang terarah.
Model
Model getah ideal menggambarkan elastomer sebagai rangkaian rantai fleksibel berikatan silang yang bertindak sebagai pegas entropi.
Batasan
Getah sebenar tidak ideal. Jenis polimer, ketumpatan ikatan silang, bahan pengisi, suhu, kadar regangan, penuaan dan penghabluran akibat regangan boleh mengubah tindak balasnya. Regangan berlebihan juga boleh memutuskan rantai atau sambungan.

Uji KefahamanSoalan 1 daripada 3

Apakah perubahan utama pada rantai polimer apabila getah diregang?