4.4.1 应变速率对非增塑弹性体力学性能的影响
环境温度分别设定为20 ℃和-40 ℃,应变速率分别采用1.25 min-1、2.5 min-1、5 min-1,以考察应变速率对非增塑BAMO-r-THF共聚醚弹性体力学性能的影响。
1.常温力学性能
图4-26 不同应变速率下非增塑BAMO-r-THF弹性体典型应力-应变曲线(20 ℃)
图4-26为非增塑体系、不同应变速率下BAMO-r-THF共聚醚弹性体在20 ℃时的典型应力-应变曲线。由图可知,弹性体应力-应变曲线均呈现无定形聚集态弹性体典型拉伸特征,拉伸模量随应变增加而减小,曲线表现为准抛物线形。此外,BAMO-r-THF共聚醚弹性体的断裂应变和断裂拉伸强度随拉伸应变增加而增加。由表4-13所列弹性体力学性能可以看出,温度恒定条件下,BAMO-r-THF共聚醚弹性体断裂拉伸强度及断裂延伸率由应变速率为1.25 min-1时的(0.87±0.04)MPa、145%±7%增加至应变速率为5 min-1时的(1.06±0.04)MPa、180%±7%。弹性体拉伸强度和断裂延伸率均随应变速率增加而增加。
表4-13 不同应变速率下非增塑BAMO-r-THF弹性体力学性能(20℃)
对于无定形聚集态弹性体,低应变速率下达到一定应变时所需时间较长,应变过程中弹性体聚合物链段拥有较长的应力弛豫时间,此时弹性体通常表现为较高的断裂延伸率和较低的拉伸强度;应变速率较高时,达到相同应变所需时间较短,弹性体聚合物链段发生应力弛豫的时间也较短,此时弹性体表现为较高的拉伸强度和较低的断裂延伸率。对于室温、非载荷下为无定形的BAMO-r-THF共聚醚弹性体,聚合物链段中存在易结晶的BAMO微嵌段,较快的应变速率可能导致弹性体聚集态结构瞬间发生变化,使得BAMO-r-THF共聚醚弹性体同时展现出较高的断裂应变和断裂拉伸强度。
2.低温力学性能
图4-27为非增塑体系、不同应变速率下BAMO-r-THF共聚醚弹性体在-40 ℃时的典型应力-应变曲线。可以看出,在全部应变速率下,弹性体应力-应变曲线均出现上扬“拐点”,即弹性体在低温应变过程中均引发BAMO微嵌段形成微晶,使其力学性能显著提高。另外,BAMO-r-THF共聚醚弹性体的断裂拉伸强度和延伸率均随应变速率改变而改变。由表4-14所示弹性体力学性能可以看出,-40 ℃时非增塑BAMO-r-THF共聚醚弹性体断裂拉伸强度由应变速率为1.25 min-1时的(27.06±1.22)MPa增长至应变速率为5.0 min-1时的(29.81±1.15)MPa;断裂延伸率由应变速率为1.25 min-1时的1 010%±37%略微降至应变速率为5.0 min-1时的918%±7%。
图4-27 不同应变速率下非增塑BAMO-r-THF弹性体典型应力-应变曲线(-40 ℃)
表4-14 不同应变速率下非增塑BAMO-r-THF弹性体力学性能(-40℃)
此外,从图4-27还可看出,随应变速率增加,非增塑BAMO-r-THF共聚醚弹性体的应力-应变曲线“拐点”逐渐向低应变方向移动,说明在高应变速率下,弹性体更易产生应变诱发结晶,导致弹性体拉伸强度迅速上升。另外,应变速率较高时,用于聚合物链段应力弛豫的时间变短,也导致弹性体拉伸模量上升。因此,快速拉伸条件下,非增塑BAMO-r-THF共聚醚弹性体呈现较高的断裂拉伸强度。反之,应变速率变缓,弹性体呈现相对较低的断裂拉伸强度。