橡皮筋粘粘的怎么去掉(温度的变化竟使小小的橡皮筋“性情大变”)

Posted 2023-05-30

篇首语：汗水和丰收是忠实的伙伴，勤学和知识是一对最美丽的情侣。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了橡皮筋粘粘的怎么去掉(温度的变化竟使小小的橡皮筋“性情大变”)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

橡皮筋粘粘的怎么去掉(温度的变化竟使小小的橡皮筋“性情大变”)

大家也许都有这样的经验：在温暖的夏天，橡皮筋十分柔软，弹劲十足，到了冬天橡皮筋等橡胶制品就变得硬邦邦的，甚至温度极低时，橡胶会变得很脆，容易发生破裂。

常温中的橡胶球对比液氮中（-196℃）的橡胶球

这个司空见惯的现象背后到底有什么科学原理呢？来和小编一起看看吧~

窥探橡胶内部

要回答为什么温度高时橡胶更有弹性，温度低时变得很脆，首先我们要知道橡胶到底是个什么东西。

橡胶是由无数条呈长链状的高分子构成的，每个链之间相互交联在一起，靠着相互作用牵缠着。

常温下，当我们对橡胶制品施加外力时，虽然每个完整分子链的形态与分子链之间的位置不会发生太大变化，但分子链局部的各个小链段的形态和它们之间的相对位置却会随之改变。每个链段微小的移动与变化在宏观上就表现为橡胶被拉伸或被压缩。

分子链局部链段的运动

通常，在不刻意破坏的情况下，这种形状改变是可逆的，一旦外力释放，内部各个链段的形态和相对位置就会恢复成之前的样子，橡胶宏观上的形状也会随之恢复。

橡胶这种可以轻易被改变形状又能很快自己恢复成原状的性质就是我们日常生活中所说的既柔软又弹力十足。

不过当温度降到非常低时，情况就不一样了。

低温时，构成橡胶的链状分子就像是被“冻结”了一样，被施加外力时，链段几乎不会发生形状和位置的变化，老老实实地固定在各自的位置上。

不过，构成橡胶的每个分子链上还具有更微小的结构，比如构成长链的每个单体分子和更小的原子。

当处于低温的橡胶受到外力时，虽然分子链上局部的链段不会再发生变形和位移，但每个链上的各个原子平均地来看会稍稍偏离自己原来的位置（原子在不停振动，位置不固定，因此用平均位置来描述），只不过这种振动并不会在宏观上明显地改变橡胶的形状。

如果我们把构成橡胶的原子比作操场上的小朋友，温暖时，橡胶内部的分子就像一群手拉手在操场上跳集体舞的小朋友，具有一定的秩序，但是可以相对自由地运动。从航拍的视角看，由这些小朋友形成的整体一会儿大，一会儿小。

手拉手跳集体舞的小朋友

而低温下，橡胶内部的分子就像是在操场上排着整齐队伍做广播体操的小朋友，每个小朋友可以在自己的位置上运动，却不能自由地跑来跑去。

整体上看，这些小朋友形成了一个方阵，无论每个小朋友做广播操的动作多夸张，只要他们在各自的位置附近，即便稍有偏离，也不会对整个方阵的大小、形状产生显著的影响。

在原地做广播操的小朋友

讲到这里，想必大家已经明白了橡胶软硬程度与温度的关系。

温度可以控制橡胶内部分子和原子的运动模式，就如同一个无形的指挥官。

温度较低时，只有原子被允许在各自的位置附近发生微小的偏移；温度较高时，不光原子可以，分子链上一些局部的链段也可以发生形状的改变与位置的偏移。随着温度升高，橡胶内部各微观结构被允许的运动模式不断增加，运动的范围与剧烈程度也不断增大。这个过程在宏观上就表现为坚硬的橡胶变得越来越柔软，直到最终变成黏糊糊的状态，形状越来越容易被改变。

但是如果温度再高时，分子链自身的形变和分子链之间的运动也被解锁了，这时橡胶就会像化掉一样，变成黏稠的流体。

随温度“性情大变”

科学家们根据橡胶随温度“性情大变”的性质给橡胶划分了三个不同的状态：玻璃态、高弹态、粘流态。

温度极低时，橡胶处于玻璃态，正如它的名字一样，此时的橡胶又硬又脆，难以变形且很容易断裂。

当温度升高，超过某一特殊的温度时，橡胶转变成高弹态，变得柔软、弹性十足，这便是我们最熟悉的橡胶的样子。这个特殊的温度叫做玻璃化转变温度，或玻璃点。

非晶态聚合物的温度——形变曲线

如果温度再高，橡胶就会渐渐熔化掉，难以维持原有的形状，变成十分粘稠的流体，如同蜂蜜一般，这个状态叫粘流态。

橡胶颗粒加热后变成粘流态

除了橡胶之外，许多非晶态聚合物也具有类似的特点，这种随温度“性情大变”的特性也广泛地被应用在生活中。

手机壳、电器外壳、一些家具常常会有一层又硬又脆的聚合物涂层，即便温度较高时也依旧保持原状，这就要求人们在设计这种材料时要保证它的玻璃化转变温度足够高，不容易变成高弹态。

而汽车轮胎就要同时保证材料的玻璃化转变温度足够低，粘流温度足够高，这样轮胎才能既不在寒冷的冬天开裂，又不会在炎热的酷暑化掉，保证了行车安全。

从小小的橡皮筋，到生活中各种必不可少的聚合物制品，没想到生活中一个被我们忽略的小现象，竟然藏着如此深奥的科学原理。