4.1.2 弹性体力学性能
将不同固化参数R值制备的BAMO-r-THF共聚醚弹性体制成哑铃状力学试件(宽度为5 mm,标距为16 mm),在MTS公司的CMT4104电子拉力试验机上对其进行力学性能测试,拉伸应变速率均为1.25 min-1。
1.不同R值弹性体高温力学性能
图4-3为BAMO-r-THF共聚醚弹性体在60 ℃下的典型应力-应变曲线。可以看出,不同R值制备弹性体的应力-应变曲线均呈现典型的无定形态弹性体拉伸行为,拉伸模量随应变增加而逐渐下降,与橡胶弹性体状态方程吻合。交联弹性体断裂拉伸强度主要依赖于弹性体交联点间网链分子量及有效网链密度;增加弹性体交联点密度有利于提高弹性体拉伸强度,提高网链分子量有利于提高弹性体断裂延伸率[2]。因此,随R值增加,弹性体交联点密度增加,网链分子量下降,BAMO-r-THF弹性体拉伸强度呈逐渐增加趋势,断裂延伸率呈单调下降趋势。BAMO-r-THF弹性体在60 ℃下的力学性能变化趋势与第2章描述的常温变化趋势相一致。
图4-3 不同R值的BAMO-r-THF弹性体应力-应变曲线(60 ℃)
不同R值制备的BAMO-r-THF弹性体力学性能数据如表4-1所示。可以看出,固化参数R值由0.8增至1.3时,弹性体断裂延伸率由107%±13%单调下降至60%±4%,强度由(0.52±0.04)MPa逐渐升至(0.77±0.03)MPa。
表4-1 不同R值制备的BAMO-r-THF弹性体的力学性能(60℃)
2.不同R值弹性体的低温力学性能
-40 ℃时,不同R值的BAMO-r-THF共聚醚弹性体的典型应力-应变曲线如图4-4所示。可以看出,各个R值制备的BAMO-r-THF弹性体应力-应变曲线均出现上扬的“拐点”,即弹性体应变达到一定值后,拉伸模量随应变增加而增加。依据弹性体状态方程,可以推断,上述弹性体在拉伸过程中,交联网络发生改变,使得弹性体拉伸应力-应变曲线出现“拐点”。R值在0.8~1.3范围内时,BAMO-r-THF共聚醚弹性体这种应力-应变曲线变化趋势不变,只是随固化参数R值增加,弹性体应力-应变曲线“拐点”向低应变方向移动。
3.力学性能随环境温度的变化规律
以固化参数R值为1.0制备的样品为研究对象,分别在环境温度为-40 ℃、-20 ℃、0 ℃、20 ℃、60 ℃下对弹性体力学性能进行测试,其典型应力-应变曲线如图4-5、图4-6所示。由图4-5可以看出,60 ℃、20 ℃和0 ℃环境下,BAMO-r-THF共聚醚弹性体应力-应变曲线呈抛物线形,相同应变下的应力值随温度下降而降低;该结果与橡胶弹性体状态方程相吻合。由图4-6可以看出,低于-20 ℃时,BAMO-r-THF共聚醚弹性体断裂强度和延伸率显著提升;-40 ℃时应力-应变曲线在330%处出现明显“拐点”,其断裂强度和延伸率也较-20 ℃时显著增加[3]。
图4-4 不同R值的BAMO-r-THF弹性体低温典型应力-应变曲线(-40 ℃)
图4-5 BAMO-r-THF弹性体应力-应变曲线(0 ℃、20 ℃、60 ℃)
图4-6 BAMO-r-THF弹性体应力-应变曲线(-20 ℃、-40 ℃)
表4-2是R值为1.0时BAMO-r-THF共聚醚弹性体在不同温度下的拉伸断裂力学性能。可以看出,从60 ℃降至-40 ℃,弹性体断裂拉伸强度由高温下的(0.72±0.05)MPa单调增至-40 ℃时的(27.06±1.06)MPa,拉伸强度提高近 40 倍;断裂延伸率由60 ℃时的72%±3%单调增至-40 ℃时的1 010%±32%;断裂延伸率提高近15倍,弹性体断裂拉伸强度和延伸率均随温度下降而增加。此种特殊现象将在随后章节中进行描述。
表4-2 不同温度下BAMO-r-THF弹性体力学性能