[이론] 고무구조와 탄성

고무는 유연하고 긴 고분자사슬들로 이루어져 있다.이 사슬들은 화학적
결합과 물리적 결합에 의한 망상구조로서 연결되어 있다.이는 사슬의 유연성
과 유동성이 높은 변형성과 관계되는데 외부 응력에 의해 고분자 사슬이 변형
될 때 사슬이 높은 유동성을 가진 형태이면 외부의 변형에 대해 즉각적인 반
응을 보이게 된다.
응력 하에서 사슬들의 흐름성을 방지하여 고체 같은 성질을 유지하려면 고
무 탄성재료는 망상구조를 가져야 한다.이러한 고무분자구조에 의해 본래의
길이보다 수배까지 파열됨이 없이 늘어나는 성질을 지니게 되고 응력이 제거
되었을 때 자유변형이 없이 완전에 가까운 회복능력을 보이게 된다.
과도한 인장 또는 변형될 경우에 따라서는 약간의 영구변형을 발생할 수도 있

지만 원래 길이에 대한 이 비율은 대단히 미미하다.
이 같은 고무탄성은 기계적 성질 측면과 분자구조 측면에서 설명될 수 있
다.
먼저 기계적 성질 측면에서의 특징은 인장을 가하면 열을 발생하면서 쉽게 늘
어나고,인장을 제거하면 열을 흡수하면서 수축한다.또한,일정한 하중을 가
한 상태에서,가열하면 수축되고 냉각시키면 늘어난다는 것이다[4].
두 번째로 분자구조 측면에서의 특징은 고무탄성을 나타내기 위한 분자구조는
첫째는 분자량이 큰 고분자이어야 한다는 것이다.고분자 분자량의 증가는 분
자사슬의 얽힘과 비례관계가 있고,분자사슬의 끝수와는 반비례적인 관계에
있다.이는 분자척도로 볼 때 분자 중 가장 약한 위치는 공유결합력이 없는
사슬의 말단이기 때문에 무한히 큰 분자량에서는 사슬의 말단이 줄어들어 강
도가 커진다는 점이다.
즉,물리적 특성의 대부분이 고분자의 분자량에 의존하고 있다고 할 수 있다.
또한 분자량의 증가와 더불어 신장비도 커지며,강도 또한 증가한다.
그러나 가교된 고무는 가교밀도가 가도하게 커지면 오히려 신장비가 작아지며
더 이상 강도가 증가하지 않는다.즉 최대 강도를 나타내는 적정 가교점간 분
자량이 존재한다는 것을 나타낸다.그 대표적인 현상으로는 물리적 사슬결합
인 얽힘 현상이다.이 얽힘으로 외력에 대한 고분자의 흐름특성이 지연되고
큰 탄성회복거동을 보이게 된다

 

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