4.3.3 力学性能

4.3.3 力学性能

将BAMO-r-THF弹性体样品制成哑铃状(宽度为5 mm,标距为16 mm)并固定于电子拉力试验机(MTS公司的CMT4104电子拉力试验机)上;试验机搭载控温箱,使样品在指定温度下保温1 h,然后进行力学性能测试,拉伸应变速率均为1.25 min-1

1.高温力学性能

图4-23为60 ℃下、不同固化温度所得的BAMO-r-THF共聚醚弹性体的应力-应变曲线。可以看出,两种弹性体的应力-应变曲线均呈现无定形弹性体典型拉伸行为,拉伸模量随应变增加而减小。表4-10是两者力学拉伸数据;50 ℃固化弹性体的断裂拉伸强度和延伸率分别为(0.57±0.1)MPa、148%±4%;10 ℃固化弹性体分别为(0.50±0.04)MPa、143%±8%。50 ℃固化弹性体的拉伸强度略高于10 ℃,两者断裂延伸率相当。

图4-23 BAMO-r-THF弹性体应力-应变曲线(60 ℃)

表4-10 BAMO-r-THF弹性体力学性能(60℃)

续表

60 ℃时,低温固化BAMO-r-THF共聚醚弹性体中的BAMO微晶粒完全熔融,弹性体力学性能完全依赖于其有效的网络结构。由于50 ℃固化制备的BAMO-r-THF弹性体网络结构完整性略优于10 ℃固化体系(见图4-15、表4-9),因此,60 ℃时高温固化弹性体的断裂拉伸强度略高于低温固化制备的弹性体。

2.常温力学性能

20 ℃时,不同固化温度制得的BAMO-r-THF共聚醚弹性体的应力-应变曲线如图4-24所示。弹性体的应力-应变曲线均呈现弹性体典型拉伸行为,拉伸模量随应变增加而减小,曲线表现为准抛物线形。与高温力学行为不同,室温下,固化温度10 ℃下制备的弹性体拉伸强度显著高于固化温度50 ℃制备的弹性体。由表4-11所列弹性体断裂应变和强度数据可以看出,50 ℃固化制备的弹性体的断裂拉伸强度和延伸率分别为(0.70±0.05)MPa、241%±22%;10 ℃固化制备的弹性体分别为(0.91±0.03)MPa、225%±13%。两者断裂延伸率相差不大,10 ℃固化弹性体的拉伸断裂强度明显高于50 ℃。

图4-24 BAMO-r-THF弹性体应力-应变曲线(20 ℃)

表4-11 BAMO-r-THF弹性体力学性能(20℃)

对于交联弹性体,拉伸应变与交联点间网链表观分子量Mc成正比,拉伸强度与表观有效网链密度N0成正比。虽然低温固化制得的BAMO-r-THF共聚醚弹性体的化学交联网络密度略低于高温固化体系,但由其聚集态结构可知:20 ℃条件下该体系中存在大量BAMO微嵌段结晶晶粒,提高了弹性体网链间的物理相互作用,相当于提高了弹性体化学交联密度。因此,低温10 ℃制得的BAMO-r-THF共聚醚弹性体的拉伸模量与强度均高于常规50 ℃固化的弹性体。

3.低温力学性能

图4-25 BAMO-r-THF弹性体应力-应变曲线(-40 ℃)

图4-25为不同固化温度制备的BAMO-r-THF共聚醚弹性体在-40 ℃时的应力-应变曲线。可以看出,应变低于400%时,低温固化弹性体的拉伸强度略高于50 ℃固化弹性体;拉伸应变高于700%后,高温固化弹性体的拉伸强度高于低温固化体系。与常温、高温应力-应变行为不同,不同固化温度制备的BAMO-r-THF共聚醚弹性体在应变较大时,弹性体的拉伸模量均随应变增加而逐渐增加。表4-12给出了高、低温制备的弹性体在-40 ℃条件下的断裂应变和拉伸强度。可以看出,50 ℃固化弹性体分别为1 036%±22%、(20.32±4.01)MPa,低温10 ℃固化弹性体的断裂应变与强度分别为1 127%±41%、(13.16±1.16)MPa。两者力学性能较常温与高温均显著提高。

表4-12 BAMO-r-THF弹性体力学性能(-40℃)

低应变下,低温固化弹性体拉伸强度高于高温固化体系,原因如下:低温固化BAMO-r-THF共聚醚弹性体在非载荷、未拉伸条件下存在BAMO微嵌段结晶晶粒,弹性体网链间形成物理交联点,交联密度显著高于高温固化体系。因此,拉伸应变初期,低温固化制备的弹性体较高温固化体系拥有更高的拉伸模量,拉伸强度也高于高温固化体系。

此外,由于BAMO-r-THF共聚醚链段中BAMO微嵌段的应变诱发结晶特性,BAMO-r-THF共聚醚弹性体在-40 ℃拉伸过程中,BAMO微嵌段结晶形成物理交联点晶粒,增加了弹性体网链间交联密度,导致两弹性体应力-应变曲线出现上扬“拐点”。低温固化制备的BAMO-r-THF共聚醚弹性体,其应力-应变曲线中的上扬“拐点”较常规50 ℃固化体系出现在更高应变位置,即低温固化制备弹性体发生显著应变诱发结晶的位置出现在更高应变值。其原因如下:应变较低时,对于低温制备、已存在一定BAMO微晶的BAMO-r-THF共聚醚弹性体,网链取向程度尚不能引发新晶粒生成。仅当高应变、弹性体网链取向达到某一值时,使体系中尚未形成晶体的BAMO微嵌段发生结晶,弹性体交联密度增大,拉伸模量才随应变增加而增加。对于高温固化制备的BAMO-r-THF共聚醚弹性体,由于其为无定形聚集态,链段运动受阻少,较低应变下即可产生应变诱发结晶现象,由无定形聚集态变为半结晶聚集态,因此,曲线拐点出现在较低应变区。