得益於彈性體，科學和工程領域取得了長足的進步。眾所周知，彈性體具有多種應用，包括工業機械的輪胎和密封件。它們具有卓越的特性，例如靈活性、耐用性和多功能性。無論您是聚合物愛好者、材料工程師或產品設計師，本文都將提供有關彈性體及其特殊行為、應用和性能的良好知識。本文提供的資訊將讓您更了解彈性體的工作原理、它們與其他材料的不同之處，以及它們如何推動多個產業的創新。本文將深入研究現代材料最本質的形式之一。
什麼是類橡膠材質和彈性體？
彈性體，也稱為類橡膠材料，是一類具有顯著彈性的聚合物。在應用時，這些材料可以經歷很大的延伸，但一旦去除力，它們往往會恢復到原來的形狀。這種令人驚奇的特性源自於其分子結構的長鏈設計，可以輕鬆解開和捲曲，這在許多橡膠物質中都可以看到。這些材料最常見的用途是需要表現出一定程度的柔韌性、強度和彈性的化合物，例如密封件、墊圈和輪胎。它們的多功能性使其在汽車、健康和建築等需要多種材料的行業中不可或缺。
了解彈性聚合物的基礎知識
彈性聚合物是一種複合材料，在施加力時可以大大延伸，但在脫離力時又會恢復到原來的形狀。它們的特性可以追溯到其特殊的分子結構，該結構具有長的捲曲聚合物鏈，可降低剛性。天然橡膠、矽橡膠和聚氨酯是一些最常用的彈性聚合物，它們在各種應用中通常可以互換。由於其耐磨性、彈性和厚度，這些材料廣泛用於密封件、管材、輪胎和醫療設備。這些聚合物使它們在不同行業中不可或缺。
天然橡膠與合成彈性體
明顯不同的是，天然橡膠和合成彈性體似乎是具有不同性能的不同彈性體。天然橡膠是從橡膠樹（Hevea brasiliensis）的乳膠中提取的，以其高彈性、顯著的拉伸強度以及優異的耐磨性和耐疲勞性而聞名。由於其動態特性，它被廣泛用於汽車輪胎、傳送帶和減振部件。如上所述，天然橡膠具有高彈性的巨大優點，因此即使在高應變下也能運作。
另一方面，合成彈性體是化合物，包括丁苯橡膠 (SBR)、丁腈橡膠 (NBR) 和三元乙丙橡膠 (EPDM) 等。這種彈性體是為需要油、熱和化學品的特定用途而開發的。例如，SBR 由於其耐磨性和承受惡劣條件的能力而被廣泛使用。 NBR 在油性條件下表現良好，適用於燃油軟管和密封件。此外，由於EPDM具有耐氣候和紫外線的能力，因此主要用於屋頂和汽車擋風雨條。
根據記錄，合成彈性體的結構體積、再現性和均勻性更高，這也使得在生產時可以調整產品的特性。 15.3 年，全球合成橡膠產量約為 2022 萬噸，與天然橡膠記錄的 13.9 萬噸相比大幅成長，顯示汽車和工業領域對合成替代品的需求增加。
合成彈性體可能具有包括更高的熱穩定性和化學穩定性在內的優點，而天然橡膠的生物降解性則更高。這兩種橡膠都是根據應用、環境條件和需要滿足的目標來選擇的。隨著材料科學領域的最新進展，天然和合成彈性體都得到了優化，這鞏固了它們在多個行業中的重要性。
類橡膠材質的關鍵性能
天然和合成彈性體的物理和機械性質是相當驚人的。這就是為什麼大多數人認為類橡膠材料（也稱為彈性體）非常有用。以下列出了類橡膠材料的一些關鍵特性：
彈性和靈活性
簡而言之，當力移除時，彈性體可以明顯變形並恢復到原始形狀。一些材料可以達到 500% 的大拉伸比，這支持了彈性體具有獨特聚合結構的說法。
拉伸強度和耐久性
橡膠的成分決定了其拉伸強度，通常以兆帕斯卡表示。對於天然橡膠，該邊界通常位於 15-25 兆帕之間。同時，可以操縱合成彈性體，例如丁腈橡膠或矽橡膠，以滿足更廣泛的機械要求。
耐溫性
彈性體具有廣泛的熱特性。例如，天然橡膠在室溫下性能良好，最高可在 80 攝氏度下工作，而有機矽等合成材料即使在 230 攝氏度以上也能發揮最佳性能，即使在零度以下也能保持靈活性。
耐化學性和耐油性
NBR 和 FKM 共聚物都能承受油脂、油和各種化學物質的磨損，因此可用於工業密封件和墊圈，而天然橡膠具有柔韌性，但容易受到此類侵蝕。
耐磨性
具有類似橡膠特性的材料的耐磨程度有差異。例如，天然橡膠具有高彈性的特點，具有足夠的耐磨性，因此可以用於車輛的重型輪胎和傳送帶，而不是聚氨酯彈性體，在耐磨環境中表現更好。
電氣絕緣和介電強度
許多有機矽和三元乙丙彈性體被用作絕緣體，因為它們具有高介電強度且不易因電流而擊穿。這些屬性有利於在電氣和電子領域的使用。
環境穩定性
天然橡膠的生物降解性相當好，而大多數合成彈性體更能抵抗臭氧、紫外線和風化，例如三元乙丙橡膠，它可以承受風化的影響。
這些特性和特徵說明了為什麼表現出類橡膠特性的材料會被發現 各行業應用，包括但不限於汽車、航太、健康和消費領域。這些材料本質上是新穎的，我們仍在繼續努力推進技術和製造工藝。
橡膠類材料與其他聚合物有何不同？
彈性體與熱塑性塑膠和熱固性塑膠的比較
每種聚合物，包括彈性體、熱塑性塑膠和熱固性聚合物，其性能、應用和結構都有所不同。以天然橡膠為例；它的分子結構鬆散相關，這使其具有“橡膠狀”特徵。一種可以拉伸然後可以恢復到其原始狀態的材料被稱為彈性材料，天然矽橡膠往往屬於這一類，矽橡膠具有高彈性。
現在熱塑性塑膠則不同了，聚乙烯、聚苯乙烯和PVC都是非交聯聚合物的例子，因此它們的分子鏈不是相互纏繞的，這反過來又允許它們反覆加熱和重塑而不會造成任何傷害。這些品質使熱塑性塑膠成為擠出和射出成型的理想選擇，此外，它們也是需要耐高壓滅菌的產品所需要的，包括汽車零件、消費品和食品包裝。
也可以使用環氧樹脂、樹脂和酚醛熱固性材料，但這不會在超過一個循環中使用，因為與熱塑性塑膠不同，熱固性材料只能重新形成一次，即透過固化；人們發現，這賦予了它有效的網絡結構，使其能夠抵抗熱應力，從而賦予它們較長的保質期。進一步的用途範例是需要高結構強度的電絕緣、航空航天和建築部件。
從圖中可以看出，一些研究表明，天然橡膠等彈性體的拉伸強度在 15 至 25 MPa 範圍內，而聚丙烯等熱塑性材料的拉伸強度有可能達到 40 MPa。然而，值得注意的是，熱固性材料具有相當大的值，並且透過正確的配方可以達到高於 50 MPa 的強度。儘管如此，彈性體確實保持優勢，在柔韌性方面占主導地位，因為它們在撕裂之前可以拉伸 500% 以上。相較之下，熱固性材料等其他材料則難以超過 50% 大關。
考慮到給定的性能，選擇適合應用要求的聚合物對於機械、熱和化學性能至關重要。例如，彈性體非常適合密封件和墊圈，因為熱塑性塑膠非常適合輕質（零件）。相較之下，熱固性材料非常適合需要耐熱性和耐熱性的區域。
類橡膠材質獨特的機械性質
彈性體或類橡膠材料由於其獨特的機械性能組合而被歸類為一組單獨的材料。它們具有驚人的彈性，結合連接體密度，可以變形高達 700%。可以看出，它們具有巨大的伸長能力，這有助於具有高度靈活性和彈性的應用。
與熱塑性塑膠和熱固性塑膠相比，彈性體的楊氏模量值較低，通常在 0.01 範圍內。至約10MPa。這使得它們失去大量剛度，從而使它們能夠吸收和耗散彈性體的能量，具有高價值的減震和隔振應用，並對密度函數進行應變。此外，彈性體具有非線性彈性和應力，由於動態加載過程中的滯後和能量損失，使其在動態環境中具有廣泛的應用。
此外，橡膠等材料在較寬的溫度範圍內表現出強烈的機械性能。例如，硫化橡膠可以承受零下四十到超過 120 攝氏度的溫度，並保持堅韌和柔韌性，具體取決於其配方。此特性對於汽車和航空航天應用至關重要。
彈性體在嚴重變形後具有恢復原始形狀的非凡能力。此屬性稱為彈性或彈性率；對於反射性天然橡膠，其回彈性能高達70%，這表示橡膠在被壓縮一段時間後能夠迅速恢復到原來的形狀。強烈建議在密封件、環、墊片和輪胎等元件中使用這種特性，因為機械負載將始終保留在結構部件上。
改變配方和實現設計參數總是需要使用彈性體，因為彈性體是工程領域最有用的原料之一。
交聯及其對彈性的影響
交聯透過在緻密的聚合物鏈之間建立化學鍵網絡，大大改變了彈性體的柔韌性。這些連接限制了鏈條的自由度，使得質量能夠在壓力下變形，但在壓力釋放後又恢復其形狀。交聯的濃度決定了彈性程度－較高的密度意味著更高的強度，但以犧牲柔韌性為代價，而較低的密度意味著更高的彈性，但強度並不更高。這項要求至關重要，因為在需要特定性能特徵的汽車或工業零件中應用彈性體需要這種平衡。
最常見的類橡膠材質有哪些？
矽橡膠及其應用
矽橡膠表現出優異的耐久性、柔韌性和熱穩定性，這解釋了它在各個行業的廣泛應用。其用途涵蓋廣泛，包括汽車和航空航天工業中的密封件、墊圈和管道以及假肢和植入物中使用的醫用矽膠。此外，由於其無毒特性和優異的耐候性，有機矽通常用於生產廚房用具、防水材料、電子產品和其他消費品。
三元乙丙橡膠：特性與用途
三元乙丙橡膠，也稱為三元乙丙橡膠，是一種合成橡膠，具有優異的耐候性、耐紫外線線性和耐溫性。其彈性和柔韌性使其適用於屋頂膜、密封件以及軟管和擋風雨條等汽車部件。三元乙丙橡膠在水和蒸汽中也很穩定，並且含有多種化學物質，增強了其在工業和建築領域的用途。此外，它是熱塑性的，因此即使在惡劣的條件下，也能在較長時間內保持性能，同時具有環保耐用性。
熱塑性彈性體 (TPE) 解釋。
熱塑性彈性體 (TPE) 可以描述為一種熱塑性彈性體材料，具有硫化橡膠和熱塑性塑膠的特性。這種 TPE 可以透過熔融和注射成型，並且能夠透過熱熔加工、擠出或 3D 列印成型為所需的最終形狀。
TPE 因其質地堅硬的苯乙烯聚合物或熱塑性塑料與具有出色機械性能的柔軟彈性體區域的混合物而脫穎而出。透過採用不同的配方，TPE 可以成為具有增強拉伸強度、高抗衝擊性和更好彈性的彈性體。這些材料用途廣泛，可用於汽車、醫療等領域。與汽車產業相關，TPE 彈性體可用於在車輛絕緣體周圍安裝電纜並促進靈活的密封系統。
根據新的見解，TPE 的需求正在穩步增長。新材料技術的發展和消費者對永續解決方案的日益青睞將推動未來幾年全球 TPE 市場成長率（預計複合年增長率）達到 6%-7% 左右。然而，TPE 在醫學領域也有重要用途，例如用於管道、密封件，甚至是需要生物相容性和穩定性的短期穿戴式裝置。
TPE 有多種類型：苯乙烯嵌段共聚物 (SBC)、熱塑性聚烯烴 (TPO)、熱塑性硫化橡膠 (TPV) 和共聚酯彈性體 (COPE) 等。它們還有許多應用程序，因為每種應用程式都有適合其特定功能的屬性。例如，TPV（硫化橡膠和熱塑性塑膠的組合）最適合需要長期保持恆定靈活性和活力的環境。另一方面，SCB 相對較軟且易於使用，因此消費品廣泛使用它們。
上述材料不僅具有重要的性能或適應性屬性，而且具有強大的可持續性，因此可以滿足新時代工業不斷變化的要求。
類橡膠材質如何應用於各行業？
彈性體的汽車應用
彈性體是汽車領域的重要材料，其廣泛的應用也伴隨著高重複性。由於其優異的彈性、耐候性和機械性能，彈性體被用於一系列汽車零件，包括但不限於密封件、墊圈、軟管和隔振器。
一個很好的例子是不對稱三元乙丙橡膠（EPDM），它通常用於防風雨密封和相關應用，並且應該在不同的壓力和溫度限制之間提供良好的密封性能。此外，熱塑性彈性體 (TPE) 也用於觸感柔軟的儀表板、防滑墊和許多其他內裝元件，賦予汽車更好的內裝吸引力。有機矽彈性體也可用於渦輪引擎中的渦輪增壓器軟管或墊圈，但僅限於需要非常高的耐熱性。
全球彈性體使用統計數據顯示汽車產業激增。 70 年，全球彈性體產業創造了超過 2021 億美元的收入，其中由於電動車製造業的崛起，汽車產業佔據了主要份額。此外，使用先進複合材料作為輕質彈性體材料可以減輕車輛的重量，這是提高車輛能源效率和減少排放的重要參數。
彈性體配方的改進進一步鼓勵了彈性體的採用。例如，加強了高伸長率和低壓縮形變彈性體詹金斯滑動軸承在懸吊系統和引擎支架中的應用的開發。這些進步帶來了更大的乘坐舒適性和噪音衰減，同時延長了使用壽命，從而證明了彈性體在汽車工程中佔據的重要地位。
密封件和墊圈中的類橡膠材料
汽車、氣霧劑和醫療工程領域使用彈性體作為密封件和墊圈；這些材料對於其性能至關重要。這是因為所討論的材料仍然柔韌，仍然保留一定程度的彈性，並在極端條件下保持密封能力。丁腈橡膠 (NBR)、三元乙丙橡膠 (EPDM)、矽橡膠和氟橡膠 (Viton®) 因其耐油、耐化學性和耐溫度變化的能力而被廣泛使用。
相較之下，NBR 因其卓越的耐磨性和耐油性而在油和燃油密封應用中受到廣泛青睞。相較之下，EPDM 在遭受老化、紫外線和臭氧暴露的領域有許多應用。由於其高低溫穩定性，矽橡膠似乎是低溫和高溫範圍密封應用的首選材料。值得注意的是，氟碳彈性體表現出優異的耐化學性和耐燃料性，通常用於引擎和其他暴露於刺激性化學物質和石油基物質的設備的墊片。
最近的材料趨勢是那些需要更高部件伸長率、壓縮形變和拉伸強度的材料。例如，據觀察，EPDM 配方在承受高達 150 攝氏度的高蒸汽和水溫時仍能保持較長時間，而有機矽墊圈在 -50 至 250 攝氏度的溫度範圍內工作良好。此類材料也滿足工業設置中必需的各種法規要求，例如 REACH 和 RoHS。
由於彈性體製造以及 LIM 和自動擠出製程的進步，彈性體產業也取得了進步，這使得能夠製造複雜的密封件和具有高精度切割的密封件。此外，奈米技術還發展了混合彈性體，其中包括炭黑等拉伸和熱穩定性填料，可延長使用壽命，同時對墊圈帶的磨損最小。前面提到的所有最新進展都顯示密封力和墊片材料適合現代工程環境。
使用彈性材料進行 3D 列印
穿戴式裝置、密封墊圈和緩衝元件（例如彈性體 3D 列印材料）的製造歸功於汽車、醫療保健和消費品等行業。這得益於改進的材料配方和相容的 3D 列印技術。這些技術可以實現快速原型設計和複雜結構（例如客製化密封件）的創建，同時還可以透過專門定制的應用程式來提高性能，從而提供優勢。
使用類橡膠材質有哪些優點？
彈性和靈活性的好處
根據我對類橡膠材料的經驗，我看到了它們的彈性和柔韌性，它們具有很大的實用性。此類材料可以拉伸和彎曲超過相當大的限度，而不會產生永久性損壞的風險，因此非常適合動態用途。它們還表現出良好的阻尼和穩定性，確保在具有挑戰性的條件下提供可靠的性能。
抗壓縮形變性和耐久性。
由橡膠製成的材料具有相對較高的抗壓縮形變性，這是材料產生持續壓縮應力的傾向。與其他材料相比，這種特性保證了由這些材料製成的面板、密封件、墊圈和此類部件不會隨著時間的推移以及在遭受變形時失去其形狀和功能。例如，矽橡膠在標準測試條件下的壓縮永久變形值在 15-20% 範圍內，因此即使在惡劣的溫度條件下，也能在密封應用中提供較長的使用壽命。
這些材料也經過專門設計，可在惡劣條件下持續使用。一種眾所周知的材料是三元乙丙橡膠，它可以耐風化、耐紫外線和臭氧，並且可以在戶外長期使用。大多數研究也表明，EPDM 材料在正常環境暴露超過 25 年的時間內仍能保持其彈性和結構特性。這種驚人的性能使類橡膠材料成為需要高可靠性的項目的支柱。這些行業包括汽車、航空航太、船舶和建築。它們在高性能應用中的成本效益得益於其出色的機械強度和彈性。
觸感柔軟且符合人體工學特性
使用者舒適度和產品功能對於各行業無疑至關重要。然而，柔軟觸感和人體工學特性等方面對於實現該功能至關重要。有機矽和熱塑性彈性體 (TPE) 目前很受歡迎，因為它們最能滿足每個人的需求。研究表明，這些材料的肖氏硬度通常為 20A 至 80A。防滑和觸覺功能使其在工具握把、醫療器材和手機等縫紉產品中非常有用。
例如，人體工學都是軟觸感工具，而且它們還往往透過減少觸發其使用的重複部分中的手部疲勞來實現高達 30% 的生產力提高。這可以透過減輕壓力點甚至整個接觸區域的力分佈來實現。更令人印象深刻的是，無論極冷或極熱，例如攝氏-40度到200攝氏度，彈性體都不會屈服；工作溫度範圍完全取決於所使用的配方。所有這些功能不僅有利於提高用戶滿意度，而且有利於延長面向最終用戶（特別是最終用戶）和整個商業市場的產品壽命和耐用性。
如何為您的項目選擇合適的橡膠類材料？
評估特定應用的材料特性
當在某些應用中使用彈性體材料時，應優先考慮某些材料特性，並根據其操作條件和應用的適合性列出。以下是屬性及其所需特徵的清單：
硬度（肖氏 A/D）
此特性顯示材料承受力及其變形的能力，以確定橡膠的磨損敏感度。
彈性體的硬度範圍通常為 A Shore 20-90 和 D Shore 30-70。
拉伸強度（MPa 或 psi）
材料在發生任何破損之前可以承受的最大應力也稱為拉伸強度。
類似橡膠的材料的規格範圍在 5 MPA 和 25 MPA 或 725 psi 和 3625 psi 之間。
斷裂伸長率 (%)
材料承受變形並保持其結構形狀的能力可以增加斷裂百分比。
根據配方，大多數彈性體的含量在 100% 到 700% 之間。
壓縮永久變形 (%)
即使在長時間承受壓縮力後，材料恢復其原始厚度的能力由壓縮永久變形百分比決定。
5% 至 30% 通常是理想材料所具有的低壓縮永久變形百分比。
抗撕裂性（N/mm 或 lb/in）是評估橡膠材質耐久性的關鍵特性。
量化材料可以抵抗切割或撕裂傳播的程度。
標準組合物的抗撕裂強度在10N/mm至50N/mm之間。超過 50 N/mm 的情況很少見。
熱穩定性
它被確定為彈性體可以使用而不會出現任何性能失效的溫度範圍。
對於高性能彈性體，典型的極端溫度介於攝氏 -40 度（等於華氏 -40 度）和上限 200 攝氏度（等於 392 華氏度）之間。
化學耐受性
測試物質是否耐油、燃料、溶劑和其他化學品。
選擇能夠抵抗您的應用中存在的特定化學品的材料。
耐老化
在不利條件下（例如紫外線、濕度、臭氧等）測試聚合物，以確定隨時間推移的性能耐久性。
選擇含有老化添加劑的彈性體，因為它們的使用壽命會更長。
耐磨性
確定材料抵抗摩擦力磨損的程度。
在處理高磨損環境時，安裝人員應使用耐磨等級高於平均等級的材料。
密度
All 是指材料的密度（以 g/cm3 為單位），相應地影響產品的總重量。
橡膠類材料通常具有0.9g/cm3至約1.5g/cm3之間的密度值。
必須考慮所有這些特性，因為它們決定了哪種材料最適合給定的應用、性能和成本以及耐用性之間的最佳權衡。某些特性，例如不尋常的配方，可能需要數據表或實驗室測試以外的證實。
考慮環境因素和耐化學性
為了確保產品的可持續性和有效性，應徹底檢查多種應用中使用的材料的環境因素及其對一系列揮發性化學品的耐受性。環境因素包括紫外線輻射、極高或極低的溫度以及濕度，眾所周知，這些因素會隨著時間的推移而使材料劣化。耐化學性是指材料在暴露於某些化學物質（如酸、鹼甚至溶劑）後不分解的能力。
諸如此類的問題可以透過模擬適當的操作條件和測試材料來解決。例如，有機矽彈性體具有較高的抗紫外線和耐溫度變化能力，因此可用於許多戶外應用。在其他情況下，天然橡膠等材料對某些化學物質或陽光直射的抵抗力較低，因此降解速度很快。化學滲透的 ASTM D471 或材料相容性圖表等行業測試標準可以幫助多次減輕明智的決策。
在材料選擇上平衡成本和性能
在特定預算內選擇具有最佳性能與營運需求比率的適當材料需要評估長期和短期需求，這會產生大量的成本考慮。在這種情況下，關鍵材料選擇標準包括維護成本、功能和材料耐用性。由於有效的材料選擇，降低更換頻率、減少運轉停機時間以及卓越的性價比都是可能的。成本效益分析和使用工程標準或製造商數據等降低成本的技術有助於確保在不影響性價比的情況下做出物流決策。
類橡膠材質的最新創新是什麼？
彈性體材料科學的進展
彈性體領域的許多發展提高了性能，並擴大了許多行業中可能的應用範圍。熱塑性彈性體 (TPE) 就是這樣的創新之一，它兼具熱塑性塑膠和彈性體的特性。與其他材料相比，它們具有更大的回收潛力，並且對環境的危害更小，因為它們可以透過注塑或擠出來進行熱塑性加工。
此外，石墨烯填充彈性體產品的出現改變了材料世界。石墨烯無與倫比的強度、導熱性和化學穩定性的結合提高了彈性體的耐磨性和耐熱性，使其適合在航空航天和高性能輪胎等惡劣條件下使用。例如，與傳統彈性體相比，石墨烯複合材料的拉伸強度提高了 200-300%。
隨著研究人員開始研究源自再生原料的環保替代品，生物基彈性體的出現也出現了一些有趣的趨勢。含有天然橡膠或植物源材料的生物基彈性體具有生物降解能力，使其適用於汽車和醫療行業，從而減少碳足跡。
由於潤滑油添加劑製造的進步，特別是彈性體部件的 3D 列印，彈性體的新應用滿足了現代工業對效率、永續性和高性能的需求，確實提供了廣泛的新設計機會。液體矽橡膠 (LSR) 3D 列印製程因其複雜的幾何形狀、醫療設備的高功率組件製造、客製化密封件或穿戴式技術而脫穎而出。這些趨勢極大地突破了黏合劑產業的極限。
創新且響應靈敏的類橡膠材料
過去被認為不可靠的材料現在正在被改進用於醫學。這項新技術是透過使用對光、電、熱或磁場產生反應的橡膠狀顆粒來輔助的。此類材料用途廣泛，因此在醫療保健和航空領域發揮重要作用。
成型為自記憶彈性體或 SME 的橡膠材質能夠因溫度變化而膨脹其結構。這些結構可以用作支架或導管，因為它們需要少量的力量來進行重組並且易於控制。除了具有超過 95% 的高回收率之外，它們還可以重複使用。
導電聚合物彈性體脫穎而出。這些是其他產品的絕佳替代品，因為它們可以替代觸控螢幕、感應器甚至衣服的零件。透過在彈性材料中使用碳奈米管或石墨烯，這些彈性體可以拉伸高達 500%，同時保持 10³ S/m 的導電性，從而大大提高電子產品的耐用性和效率。
磁響應和電響應彈性體表現出多功能性，能夠在受到磁場或電場時改變其機械性能。磁流變彈性體（例如 MRE）顯示出作為汽車和工業減振器的潛在用途，透過使用磁場使其動態模量發生高達 60% 的變化。
此外，水凝膠穩定彈性體的發展在生物工程和軟機器人領域開闢了新的領域。這些材料經過特殊配製，具有更好的保濕性、更高的濕和乾機械強度，以及與新開發的水凝膠彈性體混合物的更高的生物相容性，該混合物能夠在由於高拉伸負載而變形後實現高達80% 的形狀恢復。這種功能在合成肌肉系統和軟夾具中的使用得到了極大的補充，因為它們需要使用堅固而柔韌的材料。
總體而言，新型響應性橡膠材料正在增強，在某些情況下，透過其易用性和滿足工程和設計中某些領域的需求，同時考慮環境可持續性，從而徹底改變各種技術動態。
可持續且環保的彈性體選擇
永續和綠色彈性體尋求在性能和環保之間取得平衡。生物基彈性體是該領域的一項新技術，其重點是使用天然橡膠和植物油等永續材料。此類材料減少了對不可再生資源的依賴，並且通常具有與其他材料相似的機械特性。此外，對彈性體回收技術的研究使廢料可重複利用，從而減少材料的浪費並確保材料以環境可持續的方式回收。熱塑性彈性體 (TPE) 是另一種可行且環保的選擇，因為與傳統的熱固性彈性體不同，它們可以反覆重做和重塑。所有這些方法本質上都符合全球線性減少排放、資源浪費和材料生產的目標。
常見問題（FAQ）
Q：什麼是彈性體？
答：彈性體往往是行為類似橡膠的材料，具有在應力下變形，然後在應力消除後恢復到原始形狀的特性。彈性體與其他物質的差異在於其巨大的彈性、柔韌性和耐用性。此外，彈性體由長鏈聚合物組成，有助於變形和恢復，從而表現出橡膠般的彈性和軟材料的特性。
Q：彈性體有哪些類型？
答：截至目前，已有一些有據可查的彈性體類型；位居榜首的是天然橡膠，也稱為乳膠，其次是乙丙橡膠類合成橡膠、矽橡膠、聚氨酯和熱塑性彈性體。每種類型的彈性體具有不同的特性；因此，它們可用於多種應用。其中包括汽車零件、醫療設備和各種消費品。
Q：彈性伸長率對彈性體性能有何影響？
答：彈性體的關鍵特性之一是其含量豐富且可拉伸而不斷裂；此特性稱為伸長率。任何彈性體的另一個重要指標是斷裂伸長率，它可以深入了解所分析聚合物的柔韌性和耐久性。總的趨勢是，具有高伸長率的聚合物能夠在失效之前承受更大的變形量，這使得它們非常適合用於需要極高靈活性或重複拉伸的應用。
Q：什麼是黏彈性及其在彈性體中的意義？
答：各種彈性體都表現出黏彈性，將它們的特性結合為一種特性。這意味著彈性體在切割或受壓時會隨著時間的推移而表現出應變，因為它們是黏彈性材料。彈性體作為黏彈性材料的反應改變了它們的許多材料參數，例如它們的模量和黏度，這反過來又影響它們在不同負載條件下的性能。
Q：討論彈性體在暴露於不同壓力源時的表現。
答：從材料行為角度觀察彈性體時，它們表現出不同的特性和對不同應力（例如壓縮應力、拉伸應力或剪切應力）的結構反應。這種應力會導致彈性體大量變形，但不會產生永久性影響，因為它們的能量會吸收其模量（剛度）、應變能密度和能量耗散能力。此外，類橡膠材料的彈性性能很大程度取決於剪切模量。
Q：哪些方面影響彈性體的硬度水平？
答：聚合物鏈的組成、交聯密度和所含聚合物以多種方式影響彈性體。彈性體的硬度最常使用標準化的肖氏 A 和肖氏 D 標尺進行測量，從其在各個領域的應用角度來看，這對於彈性體來說非常重要，原因有很多。彈性體的伸長率與硬度成反比，即，改變彈性體的變形形狀變得越困難。
Q：彈性體在產品原型階段的表現如何？
答：特別是，PolyJet 3D 列印可以根據特定彈性體組件的要求生產彈性較強或彈性較低的零件。因此，設計師和工程師可以方便地改變他們的設計並製作功能更好的原型，因為他們可以使用彈性體創建原型，這些彈性體在設計中使用時表現得與最終生產的彈性體相似。這些基於彈性體的組件通常是 3D 列印零件，有助於簡化生產並有助於快速原型製作。
Q：為什麼彈性體必須具有耐化學性？
A：幾種彈性體 應用程式具有以下屬性 耐化學品。值得一提的是，不同的彈性體往往對溶劑、油和許多其他化學品具有不同程度的耐化學性。此功能會影響材料及其應用的整體耐久性。例如，某些溶劑可能會導致某些彈性體膨脹或失去某些性能。相較之下，其他材料不提供任何合理的降解，因此用途廣泛，可用於化學惡劣的場所。
Q：彈性體如何解釋其不同的溫度？
答：溫度是彈性體行為的重要因素。隨著溫度降低，大多數彈性體會經歷硬化和延展性相對損失（稱為玻璃化轉變），而在較高溫度下，它們往往會軟化，在某些情況下，軟化得太多以致於被破壞。對於其他彈性體，工作溫度各不相同，對於不同的應用，此特性在彈性體的選擇中起著重要作用，特別是那些用於惡劣環境的彈性體。
Q：請描述彈性體的實際應用，並分享其開發和應用的一些新興趨勢。
答：彈性體發展的一些新興趨勢是形成能夠對外部刺激或壓力做出反應的智慧彈性體、修復損傷的自癒彈性體以及利用再生資源的生物基彈性體。彈性體在軟機器人、穿戴式電子產品和更先進的醫療設備中也有更大的潛力。這些發展確實突破了多個領域類橡膠材料新可能性的前沿。
參考資料
1. 各向同性大彈性變形：不可壓縮類橡膠材料理論與實驗融合的一般模型
- 作者：阿夫辛·安薩裡-貝納姆
- 期刊：彈性雜誌
- 出版年份：17 年 2023 月 XNUMX 日
主要發現：
- 正在開發一種綜合模型，該模型可以將不可壓縮橡膠類材料的實驗數據與理論預測結合起來，特別強調大的各向同性彈性變形。
方法：
- 作者建立了一個模型，然後透過評估不同負載條件下的橡膠狀聚合物的實驗模型來測試其有效性（安薩裡-貝南，2023 年，第 219–244 頁).
2. 考慮有限應變的類橡膠材料彈性損傷模型：理論與演算法實現
- 作者：杜振江等
- 期刊：力學學報
- 發售日期：1 年 2023 月 XNUMX 日
主要發現：
- 本文提出了一種新的有限應變黏超彈損傷模型。該模型捕捉了類橡膠材料隨時間變化的行為，並解釋了它們在動態負載下的機械性能。
方法：
- 作者根據熱力學原理推導了該模型，並將其數值化地應用於估計類橡膠材料在不同應變條件下的行為（Du 等人，2023 年，第 1–8 頁).
3. 考慮各向同性橡膠類材料的速率效應的偽超彈性模型
- 作者：Afshin Anssari-Benam、M. Hossain
- 期刊：固體力學與物理學雜誌
- 發布日期：1 年 2023 月 XNUMX 日
主要發現：
- 該分析引入了偽超彈性模型，該模型考慮了速率效應並解釋了類橡膠材料對各種加載速率的依賴性。
方法：
- 作者利用經驗結果開發了該模型，並進行了模擬，以測試其在不同應變率下對橡膠類材料的適用性（安薩裡-貝南和侯賽因，2023）.
