高分子材料教材 4.1 弹性体基础知识

1.4 弹性体材料的典型性能指标
<一> 拉伸强度 交联的橡胶试样在预先设定的速率（一般 为500mm/min）被拉断时的工程应力。 500mm/min）被拉断时的工程应力 拉断时的工程应力。
<二> 断裂伸长率 橡胶试验被拉断时的 应变值，单位为％ 应变值，单位为％。
<三> 定伸应力 弹性体材料在一定伸长 弹性体材料在一定伸长时所承受工程应 一定伸长时所承受工程应 力。通常测100％和300％时的定伸应力。 力。通常测100％和300％时的定伸应力。
碳链橡胶
杂链橡胶
<三> 其它分类方法
化学交联的传统橡胶
按交联方式
热塑性弹性体——第三代橡胶 热塑性弹性体——第三代橡胶 块状固体橡胶
按原料形态
粉末橡胶 液体橡胶
<四> 橡胶与弹性体在定义上的异同与关系 “橡胶（rubber）”最早得名于西班牙探险 橡胶（rubber） 家哥伦布在南美洲的探险活动。 合成橡胶由于分子结构 交联机理与天然橡 合成橡胶由于分子结构和交联机理与天然橡 分子结构和 胶有很大的相似性，且通用合成橡胶主要是 替代NR 用来替代 的，所以沿用了“橡胶”名称。 用来替代NR的，所以沿用了“橡胶”名称。 上世纪60～70年代开始，热塑性弹性高分子 上世纪60～70年代开始，热塑性弹性高分子 材料开始发展。这类材料在分子结构和交联 材料开始发展。这类材料在分子结构和交联 机理与NR具有很大的不同，因此根据其高 机理与NR具有很大的不同，因此根据其高 弹性特点，创造了“Elastomer，弹性体” 弹性特点，创造了“Elastomer，弹性体” 以区别于传统的天然橡胶和热固性橡胶。 后来弹性体逐步称为了具有高弹性的高分子 后来弹性体逐步称为了具有高弹性的高分子 材料的统称。 材料的统称。
合成橡胶
大品种特种 合成橡胶
小品种特种 合成橡胶
特种 合成 橡胶
<二> 按化学结构分类
天然橡胶（NR） 天然橡胶（NR） 丁苯橡胶（SBR） 丁苯橡胶（SBR） 不饱和非极性 顺丁橡胶（BR） 顺丁橡胶（BR） 异戊橡胶（IR） 异戊橡胶（IR） 丁腈橡胶（NBR） 丁腈橡胶（NBR） 不饱和极性 氯丁橡胶（CR） 氯丁橡胶（CR） 乙丙橡胶（EPM） 乙丙橡胶（EPM） 饱和非极性 丁基橡胶（IIR 丁基橡胶（IIR） IIR） 氟橡胶（FKM） 氟橡胶（FKM） 氯化聚乙烯（CPE） 氯化聚乙烯（CPE） 饱和极性 氯磺化聚乙烯（CSM) 氯磺化聚乙烯（CSM) 丙烯酸酯橡胶（ACM） 丙烯酸酯橡胶（ACM） 硅橡胶（SiR） 硅橡胶（SiR） 聚氨酯橡胶（PU） 聚氨酯橡胶（PU） 氯醚橡胶（CO、 氯醚橡胶（CO、ECO)
阿克隆磨耗机及其基本原理
撕裂过程中最大力值 撕裂强度＝ 样品的厚度
单位: 单位: kN/m
裤形撕裂试样
<五> 疲劳性能
硫化橡胶在周期性应力或应变的作用下， 硫化橡胶在周期性应力或应变的作用下，结构 和性能的变化称为疲劳现象。 和性能的变化称为疲劳现象。 定负荷压缩疲劳——古德里奇压缩疲劳 定负荷压缩疲劳——古德里奇压缩疲劳
2. 在使用温度下要不结晶或结晶很少 PE和POM虽然Tg都很低，但大量的结晶 PE和POM虽然Tg都很低，但大量的结晶 结构可将高分子的强迫高弹形变固定下 结构可将高分子的强迫高弹形变固定下 来。 拉伸结晶现象对于橡胶的高强度具有很 拉伸结晶现象对于橡胶的高强度具有很 大的贡献——如NR，IIR，CR和EPM等。 大的贡献——如NR，IIR，CR和EPM等。 3. 在使用温度下分子链间相对滑移要小 分子链上要有可交联 化学或物理的） 分子链上要有可交联（化学或物理的） 可交联（ 的位置。
拉伸 1818-29oC， 长L0 至2L0保 持1min 去除外力 1min内恢复 1min内恢复 到小于1.5L 到小于1.5L0
1.2 橡胶的分类
<一> 按来源和用途分类
天然橡胶
通用合成胶 丁苯橡胶（SBR） 丁苯橡胶（SBR） 顺丁橡胶（SBR） 顺丁橡胶（SBR） 异戊橡胶（IR） 异戊橡胶（IR） 乙丙橡胶（EPM，EPDM） 乙丙橡胶（EPM，EPDM） 氯丁橡胶（CR） 氯丁橡胶（CR） 丁基橡胶（IIR） 丁基橡胶（IIR） 丁腈橡胶（NBR） 丁腈橡胶（NBR） 氯化聚乙烯（CPE） 氯化聚乙烯（CPE） 氯磺化聚乙烯（CSM） 氯磺化聚乙烯（CSM） 硅橡胶（SiR） 硅橡胶（SiR） 丙烯酸酯橡胶（ACM） 丙烯酸酯橡胶（ACM） 氟橡胶(FKM） 氟橡胶(FKM） 聚氨酯弹性体（PU） 聚氨酯弹性体（PU） 氯醚橡胶（CO、ECO） 氯醚橡胶（CO、ECO） 通用 合成 橡胶
<二> 弹性体材料对结构的要求
1. 大分子链要 有足够的柔性 保证材料可以发生 较大的变形 保证外力去除后材料可以在 熵增的驱动下形变回复
名称 天然橡胶 顺丁橡胶 丁苯橡胶（75/25） 丁基橡胶 Tg/oC -73 -105 -60 -70 名称 丁腈橡胶 （70/30） 乙丙橡胶 硅橡胶 氟橡胶 Tg/oC -41 -60 -120 -55
100％ 100％
300％ 300％
<四> 硬度 橡胶的硬度试 验，是测定橡 胶试样在一定 外力作用下对 压针的抵抗能 力。硬度值的 大小反映了橡 胶的软硬程度。
硬度计压针示意图
<五> 撕裂强度
橡胶材料在大形变下， 橡胶材料在大形变下，往往先在某处出现小裂 口，然后撕裂从该裂口处开始并扩展，直至材 然后撕裂从该裂口处开始并扩展， 料破坏。 料破坏。 撕裂强度表现了预制缺口的试验在变形时抵抗 裂口扩展的能力。 裂口扩展的能力。
试样
负 重
<六> 耐磨性能——阿克隆磨耗 耐磨性能——阿克隆磨耗
在阿克隆磨耗机上，使试样与砂轮成15 在阿克隆磨耗机上，使试样与砂轮成15o倾斜 角 和 受 26.7N 的 压 力 下 ， 橡 胶 与 砂 轮 磨 耗 26. 1.61km， 被磨损下的体积（ 单位 cm3/1.61km)。 61km ， 被磨损下的体积 （ 单位cm 61km) 。
第四章 橡胶和弹性体材料
第一节 基本概念和基础知识 1.1 橡胶的定义 1.2 橡胶的分类（重点） 橡胶的分类（重点 重点） 1.3 橡胶弹性的特征和对高分子结构的要求 （重点） 重点） 1.4 弹性体材料的典型性能指标
1.1橡胶（弹性体）的定义 1.1橡胶 弹性体） 橡胶（
根据ASTM 1566标准的定义：橡胶是一种 根据ASTM D1566标准的定义：橡胶是一种 材料，它在大的变形下能迅速地恢复其形变 材料，它在大的变形下能迅速地恢复其形变。 大的变形下能迅速地恢复其形变。 橡胶能够被改性， 橡胶能够被改性，改性的橡胶后的橡胶不能 溶于有机溶剂中，但可溶胀。 溶于有机溶剂中，但可溶胀。改性的实质是 指橡胶的硫化（即交联） 指橡胶的硫化（即交联）。 硫化后的橡胶材料的力学特征：
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弹性体
热塑性弹性体
传统的橡胶材料
其它高分子 弹性体材料
1.4 橡胶弹性的特征和 对高分子结构的要求
<一> 橡胶弹性的来源 橡胶弹性的来源于高分子链的熵弹性 橡胶弹性的来源于高分子链的熵弹性——当 高分子链的熵弹性——当 高分子材料受到外力发生较大的形变时，其 分子链通过分子内旋转发生变形，整体的熵 值减少。当外力去除，变形了的高分子链有 向熵值较高的原始状态自发回复的趋势。