什么是弹性体？
你们知道吗，弹性体存在于我们日常生活的方方面面。它的特性如下：
弹性体是具有粘弹性（指同时具有粘性和弹性）的聚合物，它通常是具有交联网络结构的无定形高聚物。该物质会在弱应力下发生形变，应力消除后可恢复原来的形状。
术语“弹性体”是“弹性”和“聚合物”的混合词，经常作为橡胶的同义使用。不过，“橡胶”一词更普遍适用于硫化弹性体。
与其他材料相比，松散交联的聚合物通常具有较低的弹性模量和较高的延展性。弹性体中的聚合物链通过相对较弱的分子间键固定，使得聚合物在应力下可发生伸缩。弹性体之所以具有弹性，是因为长链分子可重新排列，以分散施加于其上的应力。
正常情况下，弹性材料的长链分子结构以不规则的方式盘绕。当分子受力时，它们会沿着被拉动的方向排列；当力或张力被释放时，它们又恢复到正常的排列形式。由于这种极高的灵活性，单个弹性体可以可逆膨胀数倍。
特性
这种材料的哪些特性被专业买家、化学家和材料科学家所看重？他们会从市面上种类丰富的现有弹性体中选择最符合其应用需求的弹性体。根据不同的应用场景，他们主要看重以下几个方面的特性：
- 力学性能
- 热学性能
- 耐化学性
- 经济属性
- 社会生态属性
力学性能
弹性体的力学性能是指当力作用于它时，弹性体所表现出来的物理特性。这些参数包括如下一些示例：硬度、断裂伸长率、耐磨性和抗撕裂性等。
硬度
硬度是弹性体的一个重要选择标准。这方面的关键数据是邵氏硬度。邵氏硬度通过在规定的时间内测量弹性体对变形力的阻力，得出硬度值。较硬的弹性体具有较强的抗变形力，而软质弹性体则具有较弱的抗变形力。
断裂伸长率
断裂伸长率是衡量弹性体在断裂前可拉伸量的一个度量。断裂伸长率通常以原始长度的百分比表示。
耐磨性和抗撕裂性
耐磨性是弹性体的一个重要参数，尤其是在动密封和轮胎的应用中。在可能受到切割、撕扯和划刻的应用领域，弹性体具有良好的抗撕裂性很重要。具有良好耐磨性的弹性体通常也具有良好抗撕裂强度；而耐磨性较差的弹性体通常抗撕裂性也较差。
例如，大多数密封剂和粘合剂对耐磨性和抗撕裂性的要求都较低（存在例外）；而诸如轮胎、鞋底或工业传送带等应用则需要较高的耐磨性和抗撕裂性。
热学性能/耐热性
应用场景的温度是特别需要注意的一个因素，因为温度可能对弹性体的性能产生直接的影响。不同弹性体可承受的最高工作温度差异巨大。当温度下降或低于弹性体的玻璃转化温度时，材料会变硬并失去弹性。严重时材料会失去橡胶类的特性，甚至断裂。由于这些变化是物理因素引起的，因此，它们大多是可逆的。高温是更需要关注的一个因素，因为高温下弹性体可能发生不可逆的化学变化。
消费品（如玩具、个人护理用品）或体育用品（如操纵柄、游泳设备）通常对弹性体的耐热性要求不高；而机动领域的应用则完全不同，如轮胎或发动机舱等航天航空工业或耐热粘合剂领域应用，在这些领域，弹性体必须满足高要求。
耐化学性
耐化学性也是一个重要的指标，因为弹性体的部分应用涉及与其他化学品的接触。耐化学性是指材料在化学反应期间或之后表现出来的特性。如果一种材料发生了化学反应，有时，它会因内部结构的改变而表现出不同的特性。
弹性体的化学特性包括液体相容性、耐热性和可燃性等。例如，玩具、体育用品和文具对弹性体的耐化学性要求较低，而轮胎、汽车部件和液压部件对耐化学性的要求则较高。
液体相容性
弹性体与液体有不同程度的相容性。在相容性较差的情况下，弹性体部件的性能会迅速恶化，甚至完全失去其具有的特性。温度、压力以及化学品的浓度是这一特性的常见影响因素。因此，在关键应用中，我们有必要对弹性体进行功能测试。
在许多应用场景中，弹性体部件会与烃油接触。部分弹性体部件，如密封件，需根据耐热性和耐油性进行分类。例如，ASTM D2000标准即根据耐热性（类型）和耐油性（等级）对弹性体进行了分类。
经济属性
这一点十分直观：选择塑胶制品时，成本是一个重要的决策标准。弹性体可以作为其他材料替代品，具有一定的成本效益，同时，可以提高终端产品的舒适度和性能。不同的原材料、共混成本以及加工成本使得产品价格差距较大。
社会生态属性
弹性体的环保属性对您来说有多重要？对于越来越多的贸易买方和用户来说，这一属性在选择标准中占据了重要位置。因此，这一性能也是弹性体材料值得考量的标准。
天然橡胶是从天然橡胶树上获取的，是已被人们使用了数千年的材料。今天，它是非石油衍生产品中最重要的材料之一。
这是否使天然橡胶具备了环保属性？别忘了，为了满足日益增长的需求，热带雨林不断被砍伐开垦成为橡胶种植园。此外，人们还使用大量杀虫剂和除草剂来保护橡胶树免遭虫害和杂草的侵害。
许多人不知道：揉捏天然橡胶是能源密集型的生产过程，且天然橡胶的使用寿命结束时，它很难被回收利用。
合成橡胶是石油工业的产出品。众多的合成橡胶化合物在今天被广泛使用。它们的生产和使用对环境产生了负面影响，不利于环境的可持续发展。这其中包括了对化石原料的使用、能源密集型的生产模式以及对气候和水体有害的排放。此外，和天然橡胶一样，交联聚合物也很难被回收利用。但从积极的一面来看，它们可以被用于减少对健康有害的振动和噪音。
那么，苯乙烯类热塑性弹性体（TPE）呢？TPE由多种合成材料制成。目前，其中的一些材料是生物基材料。作为一种热塑性塑料，TPE理论上可以被回收利用。然而，由于它并非主流塑胶类型，所以回收利用的选择有限。切碎后，它可以用为其他产品的填充材料，也可以将其熔化生产新的TPE。另一优势是，与天然橡胶相比，使用TPE的产品在生产制造过程中对环境的影响更小。
简而言之：在环保方面，天然橡胶、合成橡胶和TPE各有优劣。最终决定权掌握在客户手中。
弹性体的类型
弹性体可分为两类：热固性弹性体和热塑性弹性体。两种弹性体在属性上有很大的不同，尤其是在可成形性上。
热固性弹性体
以下是部分有关热固性弹性体的知识点：弹性体不仅可显著形变，且基本上可完全复原。具有高度灵活性和流动性的聚合物链及交联网络结构使得材料具有高度的弹性。相比之下，热固性弹性体在固化后不能重新浇注塑型，其原因是，热固性塑料拥有网络结构，通过热诱导形成化学键，形成牢固的三维交联。不饱和弹性体可使用硫磺进行硫化，但饱和弹性体不能使用硫磺硫化，需使用其他交联剂进行硫化。
不饱和弹性体
不饱和弹性体的一个特点是含有碳碳双键。它们可以使用硫磺硫化，也可以不使用硫磺硫化。
天然橡胶
让我们来了解一下天然橡胶。它的基本材料是热带橡胶树的乳白色汁液。起初，人们尝试将其用于制造包袋、阀门和其他产品。然而，天然橡胶不耐高温、容易开裂且具有粘性，并不适合这些产品的生产。
后来，查尔斯·古德伊尔（Charles Goodyear）在改善天然橡胶材料属性的研究中取得了突破，这才提升了这种材料的性能。他开发的硫化工艺将橡胶原料与硫磺混合并加热，获得的弹性橡胶最初被用于制造鞋底、软管、轮胎及其他产品。直到几十年后的20世纪初，汽车工业的兴起带动了对汽车轮胎的巨大需求，天然橡胶产业才随之繁盛起来。
古塔胶
您熟悉古塔胶吗？这种弹性体在化学性质上与天然橡胶相似，但具有与其不同的分子结构（天然橡胶：无定形，古塔胶：结晶）。这也形成了其他的材料特性，比如，用古塔胶生产的材料具有更高的硬度。该天然聚合物来自杜仲树的乳白色液体。这种液体被蒸发后产生乳胶，而后凝固。
在过去，古塔胶被用于制造高尔夫球和绝缘海底电缆等。如今，人们几乎已经不再使用它。
合成聚异戊二烯
合成聚异戊二烯橡胶的微观结构与天然橡胶不同。天然橡胶几乎完全由顺式-1,4聚合物构成，而合成聚异戊二烯则是顺式-1,4、反式-1,4和3,4乙烯基聚合物的共混物,这也造就了材料特性上的差异。例如，合成橡胶的抗撕裂性和抗拉强度通常比天然橡胶略低；两者都具有良好的橡胶耐疲劳性，且在跨度较大的温度范围内具有出色的压缩永久变形表现、弹性、耐磨性和抗蠕变性。然而，它们对汽油、臭氧和各种有机溶剂的抗耐性较差。合成橡胶的一个重要使用领域是技术应用，其良好的力学性能和较高的性价比是它的一大优势。
聚丁二烯
您知道吗，全球合成橡胶销量的四分之一都是聚丁二烯（PBD）。这种非常有弹性的橡胶具有极低的玻璃转化温度，良好的耐磨性和抗撕裂性，且发热量低，是轮胎的理想材料。PDB的滚动阻力比SBR低，但在潮湿地上的摩擦力也更低。因此，PBD通常会与SBR和天然橡胶混合使用，以提高轮胎的性能。
丁苯橡胶
丁苯橡胶（SBR）来自苯乙烯和丁二烯，是两种单体共混物经溶液（S-SBR）或乳液（E-SBR）聚合制成的弹性体，后者（乳聚丁苯橡胶）仍是目前最常用的生产制造工艺。聚合物的特性取决于两种单体的比例。例如，较高的苯乙烯含量会使橡胶更硬。
SBR的特点是价格相对较低，具有良好的耐磨损和粘附能力，以及良好的耐老化特性（辅助添加剂）。大约一半汽车轮胎的材料是各种类型的SBR。其他应用领域包括驱动离合器、鞋底、传送带、粘合剂和其他各种各样的压模橡胶部件。
不过，可别将SBR与TPS，即苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物混淆。后者也由相同的单体制得，但是，在苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中，每个苯乙烯和丁二烯单体形成一个嵌段，再由这些嵌段彼此结合。而在SBR中，这两种单体以随机的方式结合。
其他不饱和弹性体
其他的主要不饱和弹性体有氯丁橡胶、丁基橡胶和丁腈橡胶。
饱和弹性体
饱和弹性体由什么构成？这些材料的特点是在热、辐射、臭氧和氧气等环境因素的影响下表现得极其稳定，只有在特定的条件和情况下，它们才会在这些因素的作用下发生反应。主要的饱和弹性体类型包括：丙烯酸酯橡胶、硅橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物和乙丙橡胶。
乙丙橡胶
以下是部分有关乙丙橡胶的知识点：乙丙橡胶由不含不饱和碳碳双键的乙烯和丙烯单体制得。该长链聚合物由一个或多个单体构成，其中的单体端对端交联在一起，两个单体乙烯和丙烯形成二元共聚物，加入二烯烃形成三元共聚物。
这两种乙丙橡胶——二元乙丙橡胶（EPM（EPR））和三元乙丙橡胶（EPDM）分别是一种二元共聚物和三元共聚物。EPM和EPDM在性能上差异很小，仅在要求极高的应用（如浓醋酸）中，它们才表现出显著的差异，在这种情况下，部分EPDM化合物的性能表现比大多数EPM更好。
为了获得弹性橡胶材料，聚合物链必须通过硫化作用结合在一起。由于这些聚合物链的化学特性，EPM的固化过程只能通过过氧化物进行。EPDM则不同，额外的二烯烃单体提供了一个硫化部位，使聚合物可以通过过氧化物或硫磺进行硫化。柔韧性的提高，使得密封行业在大多数乙丙基橡胶化合物中更青睐EPDM而非EPM。然而，仍有一些行业，如汽车行业，仍在广泛使用EPM。
丙烯酸酯橡胶（ACM）
丙烯酸酯橡胶也被称为丙烯酸烷基酯共聚物（ACM）（化学名称），它是由丙烯酸乙酯或其他丙烯酸酯和少量促进硫化的单体组成的合成弹性体，制造过程通常采用乳化或悬浮聚合。饱和主链与极性侧基的结合使得产品具有出色的耐热性和抗氧化性，同时，它还具有出色的耐液压油性，耐臭氧和耐候性也很好。
ACM弹性体主要应用于对耐热性和耐油性要求较高的领域，尤其是传动部件，如软管、密封件以及轴封等应用。由于其出色的弹性，它们也被广泛用于减震，如减震轴承等的应用中。
硅橡胶（SI、Q、VMQ）
让我们来详细了解一下硅橡胶。这种高性能的弹性体含有硅、碳、氢和氧，通常具有非反应性。由于化学结构中的硅氧键，硅橡胶在耐热性、耐候性、耐臭氧性、耐磨性、化学稳定性和电绝缘性方面具有比天然橡胶更好的性能表现，其稳定性和对极端温度的抗耐性尤其出色。
这些特性使得硅橡胶越来越多地被使用于超高温或零下环境的应用中，帮助终端产品在极端条件下保持机械强度和原始形状。硅橡胶的特性及它们易于制造和成形的特点使得它们被广泛应用于以下行业和产品中：
- 汽车
- 消费品
- 运动服装
- 电气&电子设备
- 密封剂
- 医疗和保健
- 工业
- 航空航天
- 半导体行业
其他饱和弹性体
以下是其他的一些主要饱和弹性体：
- 氯醚橡胶（ECO）
- 氟硅橡胶（FVMQ）
- 氟弹性体（FKM和FEPM）
- 全氟弹性体（FFKM）
- 氯磺酰化聚乙烯（CSM）
热塑性弹性体
您希望在制造和设计上拥有高度的灵活性吗？那么，热塑性弹性体（TPE）可能会成为您的首选材料，因为它们是所有塑料种类中用途最广泛的材料。TPE在热塑性工艺（如挤塑成型和注塑成型）中表现良好，同时，无需采用橡胶那样的时间密集型加工方法，如硫化。
TPE具有软硬两段分子结构，因而具有高度的弹性。它们可以是结晶性和非结晶性聚合物的机械共混或化学聚合产物。它们也可以是嵌段共聚物，即聚合物链上的结晶链段（如果不是，则具有较强的内聚力）和非晶态链段的化学共混物。
在TPE和共混物的情况下，硬链段带来了终端产品的塑料特性，确保了易加工性和耐热性，及材料的特性，如撕裂和抗拉强度、耐化学性和良好的附着力。软链段带来了弹性体的特性及弹性，尤其是硬度和柔韧性，以及永久变形的程度。
TPE的主要应用如下：
- 粘合剂、涂料和密封剂
- 复合材料
- 消费品
- 电子产品
- 工业&建筑
- 医学
- 机动领域
- 油脂改性
- 体育用品&鞋类
- 3D打印
希望进一步了解TPE吗？帮助您了解TPE，我们倍感荣幸！
弹性体的加工
接下来，您也许希望了解弹性体是如何加工的。最主流的加工方法是硫化和注塑成型。在注塑成型工艺中，熔化的弹性体被注入一个模具中，模具决定了终端产品的具体形状。工艺包括共注和嵌件注塑成型。在硫化的情况下，天然橡胶和合成橡胶被转化为弹性体。与初始产品相比，生产的橡胶将拥有永久的弹性。除了经典的硫磺硫化外，橡胶也经常借助其他工艺实现交联，如电子束或自由基工艺。
其他加工包括如下工艺：
- 挤塑
- 挤出吹塑
- 3D打印
- 模具压延等。
应用
弹性体示例
提供丰富的弹性体产品可供选择。以下是可乐丽具有独特特性的弹性体及其他为人熟知的产品示例。
可乐丽的弹性体
其他常见示例
在我们的日常生活中，橡胶无处不在。数以万计日常用品的运作都离不开橡胶。小到橡胶密封件，大到长达数公里的传送带。弹性体还是橡皮筋的材料，我们都对这种常见日用品的拉伸能力十分熟悉。
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