介绍弹性是许多固体材料所具有的一种性质，但被称为橡胶或弹性体的材料类别具有一种称为高弹性的不同性质。亚博网站下载 与传统的胡克弹性不同的是，它表现出更高的断裂伸长率，高达1000%或更多。 断裂伸长率的巨大值意味着，以公认的方式测量的许多其他金属性能显示出有趣的变化。 例如，抗拉强度，虽然仍然用通常的方法计算，使用初始横截面面积，将给出远低于材料中的真实应力的值，因为实际横截面在断裂时将约为原始值的十分之一。另一个重要的一点是，在断裂伸长范围内，直线的斜率变化很大，呈典型的s形曲线，使常规的工程术语模量变得没有意义。 比较容易混淆的是，橡胶材料的相对刚度的描述，经常使用，也被称为“模量”。亚博网站下载这只是在给定伸长时的载荷的量度。“300%模量”只是材料在300%伸长率(即4倍于原始长度)时的应力值。虽然300%是一个常用的值，但可以使用一系列扩展来给出与不同应用程序相关的“模数”值。在橡胶和弹性体中，模量指的是橡胶的这种特性。 高弹性还是弹性弹性体是分子量极高的材料，通常亚博网站下载由一个或多个聚合或共聚合形成聚合物（或共聚物）的单体组成。这种聚合物由一条很长的单体分子链组成，这些单体分子通过化学键合在一起形成一个分子量为数百万的单体分子。这个大分子将由数万个小（单体）单元结合在一起组成。它具有非常大的长径比（通常大于10000比1），不以直杆状结构存在，而是以称为随机线圈的形式存在。在未经加工的聚合物中，每个无规线圈都会与许多相邻的线圈缠绕在一起，使流动变得困难。这种物质的行为类似于液体，但粘度约为水的500万倍，但最终会在应力和温度的影响下流动。 应力下的流动是普通弹性体工业应用的一个严重限制。它可以通过交联来克服。在这个过程中，随机线圈被捆绑或沿其长度随机地交联到其他线圈上。这是通过与添加的化学物质反应，加热到150到200°C来实现的。 合成质量仍然表现出高延伸率和模量特性，因为交叉连接之间的随机线圈长度在负载下仍然可以拉直。弹性范围将取决于交叉链接之间的随机线圈长度。重交联聚合物将比轻交联聚合物表现出更低的延展性和更高的刚度。一个简单的压痕硬度测试用于表征工业应用中的共混物。 范围的属性使用中的橡胶材亚博网站下载料要求具有广泛的性能，从非常软到非常硬。这些通常由复合物获得，使用基础聚合物或聚合物混合物提供基本特性，如强度、老化和耐环境性，然后使用添加剂（如填料）修改硬度和模量特性，以获得合适的复合物。 仅含有硫化（交联）体系的化合物通常称为胶化合物，其密度通常接近1.0。其模量受交联密度和环境温度的影响。 交联密度必须保持在一定的范围内，以确保“橡胶”特性得到保留。 随着交联密度的增加，模量几乎呈线性增长，但主要是出于工程目的，使用相对大量的固体颗粒材料，称为填料。亚博网站下载这些材料从廉价的惰性材料，如洗过的粘土和碳酸钙，到活性的、增亚博网站下载强性能的材料，目前最常见的是炭黑。这就是为什么工程橡胶化合物的颜色往往是黑色的。 通过使用黑色的类型、体积分数和粒径范围，也许与其他填充剂一起使用，化合物的剪切模量(G)可以在大约0.3到2.5 MNm范围内变化-2． 硬度橡胶硬度和金属一样，是用压痕法测量的。英国常用的方法是使用国际橡胶硬度(IRHD)。数值范围从30左右的软胶橡胶到85左右的高填充材料。杨氏模量与IRHD呈近似线性关系。 物理性质橡胶化合物的物理性能与交联体系、交联密度、填料的类型和数量有复杂的关系，但一般可以用图1表示。
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图1所示。弹性体的性能如何随填料负载量或交联密度而变化。 |
由于物品在稳定增加的拉伸应力下变形，其行为不是线性的。获得的曲线为特征S曲线，见图2。
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图2。弹性体的典型拉伸行为。 |
然而，材料的剪切或压缩变形几乎是线性的，图3a和3b。
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图3。(a)弹性体的典型剪切特性和(b)弹性体的典型压缩特性。 |
拉伸曲线的早期部分是线性的，其梯度作为材料杨氏模量（E）的量度。对于简单的胶-橡胶网络，剪切模量（也可以单独测量）可以显示为该值的三分之一。剪切模量（G）的范围约为0.3 MNm-2向上。对于填充材料G可以增加亚博网站下载到2.5MNm左右-2，但E值随后增加到4到SG。体积（压缩）模量的相对较高值为1000至1300 Mm-2和大多数液体一样，弹性体在封闭系统中是不可压缩的。 如果试样在破坏发生前处于松弛状态，其应力-应变曲线与外部路径密切相关，即试样吸收的能量几乎都是在松弛状态下返回的。这种低水平的能量损失(低迟滞)在一个变形周期可能是特别有用的。橡胶化合物可以用来隔离振动体(通常是所有类型的发动机)，每个振动周期的能量损失，尽管出现在橡胶中作为热量，可以通过化合物的选择来控制，使轴承不过热。 高质量橡胶化合物的一个独特特性是，高应力可以维持在一个大的延伸范围内，因此应力应变图下面的区域是高的，并且在样品破坏之前可以吸收相当多的能量。 所有交联聚合物在压力下遭受应力松弛或蠕变，因为文章经历了小的内部变化，如破裂(可能重整)的个别交联遭受最高的压力水平。这是不方便的，但幸运的是是相当可预测的(与对数时间线性)和适当配方的天然橡胶化合物可以有非常低的蠕变率(约2%每十年的时间)。 玻璃化温度(Tg)如果考虑广泛的温度范围，弹性体的性能通常有限。低温会增加刚度，在称为玻璃化转变温度（Tg）的特征温度下，材料会失去所有橡胶性质，变得“玻璃化”，具有典型的脆性。 NR的Tg约为-72℃，低于大多数合成材料，但涉及北极环境的应用需要仔细测试。许多弹性体在冷却到Tg时逐渐变得“坚韧”，不建议在此状态下使用。 结晶在某些条件下，一些弹性体可以“结晶”。这通常是不可取的，因为它会干扰橡胶性能，并在远高于Tg的温度下发生。 结晶涉及到一个随机线圈的片段接近相邻线圈，从而允许在大块内形成高组织区域（微晶）。尤其是对于交联聚合物，不可能使整个质量结晶，并且使用“结晶度百分比”图来描述条件，该条件随聚合物结构、取向水平和温度而变化。随着环境温度的降低，硬化（增加的模量）效应变得明显，并且可以在长时间内表现出来。然而，如果温度升高，这种效应是完全可逆的。 硫化天然橡胶在高水平延伸时也会受到结晶的影响，当聚合物链足够紧密的排列使缔合形成时，这在抗切割和撕裂方面很有用。然而，正常使用NR在压缩或剪切应用中不会产生这种结晶度。 氯丁橡胶具有更高的结晶倾向，并且在使用过程中随着老化而变硬（模量增加）。使用的交联体系类型会对长期性能产生显著影响，甚至NR化合物在暴露于低于10°C的温度下时也会出现硬化，这在世界许多地区都是常见的。 高她的温度效应由于环境的原因，高温通常会加速老化(性能随时间的退化)。对于许多常见的弹性体来说，120°C的温度(典型的汽车盖温度)是相当苛刻的，为了获得令人满意的性能，谨慎选择化合物是必要的。 |