2001年6月19日
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本·皮尔金顿（Ben Pilkington）在12/02/2020上更新的文章
设计师通常需要将柔软和硬材料组合在单个项目中。亚博网站下载例如，发动机安装座通常在金属底座上附有一个橡胶垫。此示例还说明了另一个常见的工程问题 - 将软件和硬件结合在一起。机械应力可能会集中在复合结构的硬和软部分之间的边界上，这可能会增加沿边界发生故障的风险。
已经进行了几次尝试，以避免这种类型的边界问题在软材料和硬材料之间发生，其中一些包括混合橡胶和塑料或逐渐改变其比例，以使其一端变得柔软，而另一端则是坚硬的。亚博网站下载但是，这样的项目倾向于在硬零件和软零件之间的某个位置蔓延，这使整个组件无用。此外，这个爬行过渡区的位置对温度非常敏感，因为即使温度的变化也可能导致整个物品变成塑料或橡胶。
聚合物的物理状态
聚合物可以存在于包括玻璃状，橡胶和粘性流量在内的三个主要物理状态中。每个状态的弹性模量（EM）差异很大，玻璃状态在2000至3000 MPa之间的EM含量在任何地方，而橡胶的EM值在0.1至10 MPa之间。相比之下，粘性流速的EM通常取决于变形速度。在玻璃状和橡胶状态之间，有一个玻璃到橡胶过渡区，每个已知的聚合物，包括上述橡胶塑料混合物，都不可避免地通过。
玻璃过渡区
该玻璃到橡胶过渡区的特征是中间EM值在3 MPa和3000 MPa之间。此外，该过渡区还与粘弹性行为有关，这会导致明显的蠕变发生，最终使几乎所有橡胶塑料混合物都无法使用。玻璃到橡胶区对温度敏感。实际上，如果温度变化，橡胶塑料混合物中的该区域将沿材料“漂浮”。交联度变化的聚合物也患有相同的缺陷。
一个新的物理状态
由于最近激烈的研发，已经开发出一种新的修改常规材料的方法，例如多丁二烯和其他橡胶以及有机硅，以控制诸如EM，热膨胀系数和折射率（RI）之亚博网站下载类的机械性能。由于这种方法，现在可以具有1 MPa和3000 MPa之间的经过修饰的橡胶，从而消除玻璃到橡胶过渡区及其粘弹性行为。换句话说，已经创建了一种新的聚合物物理状态。
这个新状态提供的工作温度范围从-70°C到120°C。在较高的温度下，材料进入橡胶状态，在高达300°C的温度下的传统橡胶的行为。实际上，据估计，对于有机硅和氟硅酮，这个数字可能更高。该材料还与在0.01至0.05范围内的低机械损耗因子以及低应力松弛和蠕变率有关。
已经开发了使用市售试剂对许多市售聚合物进行此修改的方法。这使得聚合物的EM可以逐渐变化，从硬塑料材料到橡胶的EM，在一块材料中，没有任何关节（图1）。
图1。聚合物样品中的梯度刚度。
申请
尽管该技术本身似乎很简单，但它需要操作员和复杂计算的冗长经验。具有预定EM梯度的物品可以被模制，也可以从预制纸上雕刻出垫片等组件。沿着每个轴的EM梯度制造了杆，圆盘和扁平板的样品。
该技术具有大量潜在应用。可以开发具有不同EMS零件的复杂物品，而无需使用常规的连接方法，例如粘合，铆接，拧紧和焊接。除了降低生产成本外，无连接的梯度材料更加可靠，因为与其集中在关节上，不如在整个材料的整个体积中分布。亚博网站下载
该新材料的应用范围包括一件鞋底，无噪声的齿轮和滚筒，人造四肢以及其他各种橡胶零件，需要将橡胶零件连接到金属或陶瓷。
垫圈
垫圈是新的改性聚合物的另一个应用。橡胶材料的交联亚博网站下载密度相对较低，并且在压缩静液压时性能最好。在垫圈的情况下，该材料仅在一个方向上压缩，这可能导致其故障。通过减少垫圈的厚度，可以使这种压缩更接近三轴压缩。最小厚度受表面粗糙度的限制。为此，对两侧的均匀外层的垫圈逐渐朝向中间，已经制造和测试了。
镜片
相同的技术也可以用于生产具有可变RI的透明聚合物。例如，RI值在1.38至1.90之间的材料可以允许生产厚度均匀的镜片。