5.1 弹性体基础知识
5变形能与位移变分方程
δ f u f v f w d x d y d z f u f v f w d S x y z x y z 0 δU δ f u f v f w d x d y d z f u f v f w d S x y z x y z
Ve = W
—— 功能原理
弹性力学
ELASTICITY
应变能密度：单位体积的应变能。 设弹性体只在某一方向，如 x 方向，受均匀的正应力sx，相应的线应 变为 ex，则其单位体积内具有的应变能，即应变能密度为
1 U1 s x de x s xe x 0 2
ex
sx
应变能密度是以应变分量为自变量的泛函。
—— 虚功方程。 即：如果在虚位移发生之前，弹性体是处于平衡状态，那么，在
虚位移过程中，外力在虚位移上所做的虚功就等于应力在相应的虚应
变上所做的虚功。
弹性力学
ELASTICITY
3. 最小势能原理
δU f x δu f y δv f z δw dxdydz f x δu f y δv f z δw dS
E 1 2 2 2 U e e y 2e x e y xy dxdy 2 x 2 2 1
应变能用位移分量表示为
2 2 2 E u v 1 v u u v U d xd yd z 2 2 2(1 ) x y 2 x y x y
U
E 1 2 2 2 2 2 2 2 e e e x y z yz zx xy dxdydz 2 1 1 2 2
弹性力学知识点总结
一、弹性体的力学性质1.1 弹性体的基本定义弹性体是指在受力作用下可以发生形变，但在去除外力后能够完全恢复原状的物质。
弹性体的形变可以分为弹性形变和塑性形变两种，其中弹性形变是指在外力作用下形变后又能够完全恢复的形变，而塑性形变则是指在外力作用下形变后无法完全恢复的形变。
1.2 林纳与胡克定律弹性体的力学性质可以由林纳和胡克定律来描述。
林纳定律指出，在小形变范围内，弹性体的形变与受力成正比。
而胡克定律则指出，在弹性体上施加的外力与其形变之间存在线性关系，即应力与应变成正比。
二、应力应变关系2.1 应力的定义与计算应力是指单位面积上的受力大小，通常用σ表示。
应力可以分为正应力和剪应力两种，其中正应力是指垂直于物体表面的受力，而剪应力是指平行于物体表面的受力。
在弹性体受力作用下，可以使用以下公式来计算应力：σ = F / A其中，σ为应力，F为受力大小，A为受力的面积。
2.2 应变的定义与计算应变是指物体在受力作用下的形变程度，通常用ε表示。
应变可以分为正应变和剪应变两种，其中正应变是指物体在受力作用下的长度、体积等发生的相对变化，而剪应变是指物体表面平行位移的相对变化。
在弹性体受力作用下，可以使用以下公式来计算应变：ε = ΔL / L其中，ε为应变，ΔL为长度变化量，L为原始长度。
2.3 应力应变关系应力与应变之间存在一定的关系，这种关系可以用材料的弹性模量来描述。
弹性模量是指在正应变下的应力大小，通常用E表示。
弹性模量可以分为弹性体积模量、剪切模量和弹性体积模量三种，分别对应不同形变情况下的应力应变关系。
3.1 弹性体积模量弹性体积模量是指在正应变下，单位体积的物体受力后的应力大小，通常用K表示。
弹性体积模量是材料的一个重要力学性质，它描述了材料在受力作用下的体积变化情况。
3.2 剪切模量剪切模量是指在剪切应变下，材料受力后的应力大小，通常用G表示。
剪切模量描述了材料在受力作用下的形变情况。
3.3 杨氏模量杨氏模量是衡量正应变下的应力大小的指标，通常用E表示。
材料力学弹性体平衡知识点总结
材料力学弹性体平衡知识点总结材料力学是研究物体应力、应变及其内在关系的一门学科。
在材料力学中，弹性体平衡是一个重要的知识点。
弹性体平衡指的是物体在受到外力作用下，各个点之间不发生相对位移，且物体内部没有产生剪切力。
本文将从弹性体的基本概念、平衡条件、一维力学模型和弹性体力学性质四个方面对材料力学中的弹性体平衡知识点进行总结。
1. 弹性体的基本概念弹性体是指在一定范围内具有一定形变能力的物体。
它可以根据受力情况经历弹性变形，当外力撤离后可以恢复到原本的形状和大小。
弹性体的特点包括可逆性、线性关系和各向同性等。
2. 弹性体平衡条件弹性体平衡的条件是物体受到的外力和外力矩对各个点之间的相对位移和物体内部的剪切力无影响。
平衡条件可分为静平衡和动平衡两类。
静平衡条件要求物体受力平衡和力矩平衡；动平衡条件要求物体对于任意一个静止的惯性参考系，物体的线动量和角动量都为零。
3. 一维力学模型一维力学模型是弹性体平衡中常用的模型之一。
它假设物体只沿一个方向发生形变，适用于柱体、梁等长条形物体的平衡分析。
一维力学模型可以通过应力和应变之间的线性关系来描述，其中应力是单位面积上的受力大小，应变是物体在长度或角度上的相对变化。
4. 弹性体力学性质弹性体力学性质是材料力学中研究的重要内容。
其中包括弹性模量、泊松比和黏弹性等。
弹性模量是描述材料刚度的物理量，反映了物体受力时的形变程度。
泊松比是描述物体横向收缩和纵向伸长之间的关系，用于表征材料的变形特性。
黏弹性是指物体在受力时同时表现出黏性和弹性的特性，即在一段时间内存在延迟变形的现象。
综上所述，材料力学中的弹性体平衡是一个重要的知识点。
通过掌握弹性体的基本概念和平衡条件，运用一维力学模型进行分析，并了解弹性体力学性质，可以更好地理解和应用弹性体平衡的知识。
在实际工程中，弹性体平衡的理论知识对于材料选择、结构设计和力学计算等方面都具有重要的指导意义。
弹性力学基础知识点复习
弹性力学基础知识点复习固体力学的重要分支，它研究弹性物体在外力和其他外界因素作用下产生的变形和内力，又称弹性理论。
它是材料力学、结构力学、塑性力学和某些交叉学科的基础，广泛应用于建筑、机械、化工、航天等工程领域。
弹性体是变形体的一种，它的特征为：在外力作用下物体变形，当外力不超过某一限度时，除去外力后物体即恢复原状。
绝对弹性体是不存在的。
物体在外力除去后的残余变形很小时，一般就把它当作弹性体处理。
人类从很早时就已经知道利用物体的弹性性质了，比如古代弓箭就是利用物体弹性的例子。
当时人们还是不自觉的运用弹性原理，而人们有系统、定量地研究弹性力学，是从17世纪开始的。
弹性力学所依据的基本规律有三个：变形连续规律、应力-应变关系和运动(或平衡)规律，它们有时被称为弹性力学三大基本规律。
弹性力学中许多定理、公式和结论等，都可以从三大基本规律推导出来。
连续变形规律是指弹性力学在考虑物体的变形时，只考虑经过连续变形后仍为连续的物体，如果物体中本来就有裂纹，则只考虑裂纹不扩展的情况。
这里主要使用数学中的几何方程和位移边界条件等方面的知识。
弹性力学所依据的基本规律有三个：变形连续规律、应力-应变关系和运动（或平衡）规律，它们有时被称为弹性力学三大基本规律。
弹性力学中许多定理、公式和结论等，都可以从三大基本规律推导出来。
①变形连续规律弹性力学（和刚体的力学理论不同）考虑到物体的变形，但只限于考虑原来连续、变形后仍为连续的物体，在变形过程中，物体不产生新的不连续面。
如果物体中本来就有裂纹，则弹性力学只考虑裂纹不扩展的情况。
反映变形连续规律的数学方程有两类：几何方程和位移边界条件。
几何方程反映应变和位移的联系，它的力学含义是，应变完全由连续的位移所引起，。
力学中的弹性体力学
力学中的弹性体力学引言：弹性体力学是力学中的一个重要分支，研究物体在外力作用下的变形和恢复过程。
弹性体力学的研究对于理解物体的力学性质，优化工程设计以及开发新材料具有重要意义。
本文将从弹性体的基本概念入手，介绍弹性体力学的一些基本理论和应用。
一、弹性体的基本概念弹性体是指在外力作用下可以发生形变，但在外力消失后能够恢复到原始形状和大小的物体。
弹性体具有一定的刚度，即对外力的响应是有限的。
弹性体的变形可以分为弹性变形和塑性变形两种。
二、胡克定律与弹性模量胡克定律是描述弹性体力学的基本定律之一。
根据胡克定律，弹性体的应力与应变成正比。
即应力等于弹性模量与应变的乘积。
弹性模量是衡量物体抵抗外力变形的能力的物理量，它描述了物体的刚度。
不同材料的弹性模量不同，可以用来评估材料的弹性性质。
三、弹性体的应力分析在弹性体力学中，应力的分析是非常重要的。
应力是描述物体内部力学状态的物理量，可以分为正应力和剪应力两种。
正应力是垂直于物体截面的应力，剪应力是平行于物体截面的应力。
通过对弹性体内部应力的分析，可以预测物体在外力作用下的变形情况。
四、弹性体的应变分析应变是描述物体变形程度的物理量，可以分为线性应变和剪切应变两种。
线性应变是物体在外力作用下沿着力的方向发生的长度变化与原始长度之比，剪切应变是物体在外力作用下沿着力的方向发生的形状变化与原始形状之比。
通过对弹性体的应变分析，可以了解物体在外力作用下的变形程度。
五、弹性体的弹性恢复弹性体在外力消失后能够恢复到原始形状和大小，这是弹性体力学的一个重要特性。
弹性恢复是由于弹性体内部的分子结构发生了变化，使得物体能够恢复到原始状态。
弹性恢复的程度取决于物体的弹性模量以及外力的大小和作用时间。
六、弹性体力学在工程设计中的应用弹性体力学的理论和方法在工程设计中有着广泛的应用。
通过对材料的弹性性质和力学性能的研究，可以优化工程设计，提高结构的稳定性和安全性。
例如，在建筑设计中，弹性体力学的理论可以用来评估建筑材料的强度和刚度，从而确保建筑物的结构稳定。
理论力学中的弹性体运动分析
理论力学中的弹性体运动分析弹性体是指在外力作用下可以产生形变，但在外力消失后又能恢复原状的物体。
弹性体运动分析是理论力学研究的重要内容之一，对于解决工程实践中的弹性问题具有重要意义。
本文将详细探讨理论力学中的弹性体运动分析。
一、弹性体的基本概念弹性体是指在外力作用下，不会发生永久形变的物体。
在理论力学中，弹性体的运动分析基于以下基本概念：1. 座标表述：弹性体运动可以通过一系列坐标来描述，例如质点的位置坐标或杆件的形状坐标。
2. 力学平衡：弹性体在运动过程中需要满足力学平衡条件，即受力平衡和力矩平衡。
3. 弹性力学模型：为了简化问题，可以根据弹性体的不同性质选择合适的弹性力学模型，例如线弹性模型或三维弹性模型。
二、弹性体的动力学方程弹性体的运动可以通过动力学方程来描述。
根据牛顿运动定律，可以得到弹性体的动力学方程。
对于独立的质点运动，其动力学方程可以通过质点的质量、加速度和外力之间的关系求得。
对于连续介质而言，可以利用控制体分析方法得到动力学方程，其中涉及到应力、应变和体积力等参数。
通过施加牛顿定律和应力应变关系，可以得到弹性体运动的动力学方程。
三、弹性体的振动分析弹性体的振动分析是弹性力学的重要研究方向之一。
弹性体的振动可以通过求解振动微分方程得到。
常见的弹性体振动问题有自由振动和受迫振动两种。
自由振动是指在无外力作用下，弹性体自身的固有频率下发生的振动。
通过求解弹性体振动微分方程的特征方程，可以得到弹性体固有频率和振型。
受迫振动是指在外力作用下，弹性体发生的振动。
通过求解弹性体振动微分方程的特解，可以得到弹性体受迫振动的响应。
四、弹性体的变形分析弹性体的变形分析是弹性力学的核心内容。
弹性体在外力作用下会发生弹性变形，即形状发生改变但体积不变。
弹性体的变形可以通过应变分析来研究。
应变是描述弹性体变形程度的物理量，可以分为线应变、剪应变和体应变等。
通过应变-应力之间的本构关系，可以得到弹性体的力学性质。
聚氨酯化学与工艺10弹性体讲解
基本分类
1、按低聚物多元醇原料分，聚氨酯弹性体可分为聚酯 型、聚醚型、聚烯烃型、聚碳酸酯型等，聚醚型中 根据具体品种又可分聚四氢呋喃型、聚氧化丙烯型
等；
2、根据二异氰酸酯的不同，可分为脂肪族和芳香族弹
性体，又细分为TDI型、MDI型、IPDI型、NDI型等类
型。 常规聚氨酯弹性体以聚酯型、聚醚型、TDI型及MDI 型为主。
基团（－NHCOO－）的弹性体聚合物材料。通 常以低聚物多元醇、多异氰酸酯、扩链剂/交 联剂及少量助剂为原料制得。
从分子结构上看，聚氨酯弹性体是一种嵌
段聚合物，一般由低聚物多元醇柔性长链构成
软段，以二异氰酸酯及扩链剂构成硬段，硬段
和软段交替排列，形成重复结构单元。除含有
氨酯基团外，聚氨酯分子内及分子间可形成氢 键，软段和硬段可形成微相区并产生微观相分 离。这些结构特点使得聚氨酯弹性体具有优异 的耐磨性和韧性，以“耐磨橡胶”著称。
聚氨酯化学与工艺
Chap.5 聚氨酯弹性体
• • • • • • 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 性能特点及其分类 弹性体原料及原料对性能的影响 浇注型聚氨酯弹性体（CPU） 热塑型聚氨酯弹性体（TPU） 混炼型聚氨酯弹性体（MPU） 聚氨酯弹性体的应用
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目的和要求
聚氨酯弹性体的性能特点及其分类，
PUR加工成型分类表
5.2
弹性体原料及其对性能的影响
5.2.1 原料 5.2.1.1 低聚物多元醇
聚氨酯弹性体所用的低聚物多元醇原料有聚酯 多元醇、聚醚多元醇、聚烯烃多元醇等品种。 (1)聚酯多元醇 聚酯分子中含有较多的极性酯基(－COO－)， 可形成效强的分子内氢键，因而聚酯型聚氨酯具有 较高的强度、耐磨及耐油性能。用于制备聚氨酯弹 性体的聚酯以相对分子质量为1000～3000的已二酸 系脂肪族聚酯二醇为主。
弹性力学第五章：弹性力学解法
2(1 ) E 2(1 ) E 2(1 ) E
E
xy yz zx
y
z
或用张量缩写表示为
ij kk
(b). 用应变表示应力的关系式
x 2G x y 2G y z 2G z
x l xy m xz n p x yx zx
或:
l y m yz n p y l zy m z n p z
S 上）
pi ij n j （在
(b).位移边条件：
1. 位移法： 以位移分量 u , v, w 作为基本未知量。
由位移表示的平衡方程式及边界条件
先求出位移分量 几何方程 应变分量
物理方程
应力分量
在结构力学和 有限元中常用
2. 应力法：
在弹性力学中该方法广泛使用
以应力分量作为基本未知量， 平衡方程及边界条件
ij
物理方程
ij
几何方程
u , v, w
2
yz
xz
应力协调方程
应力协调方程
x
2
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
y
2
z
2
xy
2
yz
2
zx
2
f x 2 1 x y z x x 2 f y f y f x f z ( )2 2 1 x y z y y 2 f y f x f z f z ( )2 2 1 x y z z z 2 f y f x ( ) xy x y 2 f y f z ( ) yz y z 2 f x f z ( ) xz z x
物理弹力日常知识点总结
物理弹力日常知识点总结1. 弹性体和非弹性体在物理学中，弹性体是指其内部的微观结构能够在受到外力作用时发生形变，但在外力去除之后能够恢复原状的物质。
典型的弹性体包括弹簧、橡皮、橡胶等。
而非弹性体则指受到外力作用后，形变不会完全恢复到原始状态的物质，如塑料、金属等。
2. 弹性形变和非弹性形变在物理学中，当外力作用在物体上时，物体会受到形变，这种形变可以分为弹性形变和非弹性形变两种。
弹性形变是指在外力去除后，物体能够完全恢复原始形状的形变，而非弹性形变则是指在外力去除后，物体不能完全恢复原始形状的形变。
3. 弹性力和弹簧常数弹性力是指弹性体内部微观结构受到外力作用时所产生的作用力，其大小与形变程度成正比，方向与形变方向相反。
而弹簧常数是用来描述弹簧的硬度和弹性的常数，表示单位长度内的弹簧所受的恢复力大小。
4. 弹簧振子弹簧振子是指通过弹簧和一定的质量构成的振动系统，当受到外力作用时产生振动。
其振动频率与弹簧的劲度系数和质量有关，通常可以用简谐振动的理论进行描述。
5. 胡克定律胡克定律是描述弹簧弹性力与形变程度之间的关系的定律，其数学表达式为F=kx，其中F 表示弹性力，k表示弹簧常数，x表示形变程度。
胡克定律适用于小形变范围内的弹性体。
6. 弹跳运动在物理学中，当一个物体受到外力作用后产生的反弹运动被称为弹跳运动。
弹跳运动的特点是在垂直方向上有较大的加速度，并且在每次弹跳后高度逐渐减小。
7. 弹性碰撞和非弹性碰撞在物理学中，当两个物体碰撞时，其形变程度和速度会发生改变。
如果碰撞后物体能够完全恢复原始状态，则称为弹性碰撞；如果碰撞后物体不能完全恢复原始状态，则称为非弹性碰撞。
弹性碰撞和非弹性碰撞在物理学中有着重要的应用，例如在交通工程、工程力学等领域中都有相应的应用。
8. 弹性势能和动能在物理学中，弹性体受到形变时会储存一定的能量，这种能量被称为弹性势能。
而当弹性体产生振动或者运动时所具有的能量则被称为动能。
弹性体力学基础与强度分析
弹性体力学基础与强度分析弹性体力学是材料力学的一个分支，研究物体在受力作用下的变形和应力分布规律。
通过对弹性体的基本性质和力学模型的建立，可以预测材料的应力应变行为，并进行强度分析。
本文将介绍弹性体力学的基础概念和理论，并探讨强度分析的方法。
一、弹性体力学基础1. 应力和应变弹性体在受力作用下会发生变形，这个变形可以用应变来描述。
应变是单位长度或单位体积的变化量，主要包括线性应变和体积应变两种形式。
与应变相对应的是应力，应力是单位面积上的内力大小。
根据材料的性质和受力状态的不同，应力可以分为正应力、剪应力和轴向应力等。
2. 弹性力学模型为了描述弹性体的力学行为，人们建立了多种弹性力学模型。
其中最简单的是胡克定律模型，它假设材料在弹性范围内的应变与应力成正比。
胡克定律模型适用于理想弹性体，但对于大多数实际材料而言并不完全准确。
3. 应力-应变关系弹性体力学的核心是研究应力与应变之间的关系。
应力-应变关系可以通过应力应变曲线来描述，常用的曲线形式有线弹性曲线和永久应变曲线。
通过对应力应变曲线的分析，可以获取材料的弹性模量、屈服强度等力学参数。
二、强度分析1. 强度概念强度是指材料在受力作用下对抗破坏的能力。
强度分析的目的是确定材料的破坏状态，以便合理设计结构和预测材料的使用寿命。
常见的强度分析包括拉伸强度、压缩强度、剪切强度等。
2. 极限强度理论极限强度理论是一种常用的强度分析方法，它假设材料的破坏正是在达到某个极限应力时发生的。
常用的极限强度理论有最大正应力理论、最大切应力理论和最大能量耗散理论。
这些理论可以用来预测材料在不同受力状态下的破坏情况。
3. 强度校核在实际工程设计中，需要对结构的强度进行校核。
强度校核是通过与强度计算结果进行比较，判断结构是否满足强度要求。
常见的强度校核方法有强度耦联比较法、应力极限法等。
三、应用领域弹性体力学基础与强度分析在工程学、材料学和土木工程等领域具有广泛的应用。
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负 重
1.5.7 耐磨性能——阿克隆磨耗
在阿克隆磨耗机上，使试样与砂轮成15o倾斜角和受 26.7N的压力下，橡胶与砂轮磨耗1.61km，被磨损下 的体积（单位cm3/1.61km)。
阿克隆磨耗机及其基本原理
课后作业
请从上分析橡胶和热塑性塑料在高分子 结构区别。 写出下列缩写的中文名：NR、BR、 SBR、EPM、EPDM、CR 写出下列橡胶的英文缩写：丙烯酸酯橡 胶、氟橡胶、硅橡胶、丁基橡胶、聚氨 酯橡胶
巴西三叶橡胶树
Christopher Columbus
1493-1496 年 ， 哥 伦 布 第 二 次到达美洲，看到海地人玩 的用橡胶树浆液制成的球能 从地上弹跳起来，将其当作 “奇珍异宝”带回了欧洲， 使欧洲人第一次认识了橡胶 这种物质。人们后来发现这 种弹性球能够擦掉铅笔的痕 迹，因此给它起了一个很普 通的名字“擦子(Rubber)”。
橡胶制品在武器装备中 扮演着不可或缺的角色
橡胶工业的发展历程
1.橡胶的 早期使用和发现（公元前16世纪-15世纪末）
南美洲印第安人早在公元前 1600 年就知道使用天然胶乳制 造器具——实心橡胶球/橡胶人偶/橡胶带等。
南美洲有一种树割破树 皮就会流出浆液，用此浆 液可以制造器具 , 因而当 地人叫这种树为“流泪之 树”，即“卡乌-丘克 (Cahuchu)”。
1.3 橡胶的分类
1.3.1 按来源和用途分类
天然橡胶
通用合 成橡胶 丁苯橡胶（SBR） 顺丁橡胶（BR） 异戊橡胶（IR） 丁基橡胶（IIR） 丁腈橡胶（NBR） 乙丙橡胶（EPM，EPDM） 氯丁橡胶（CR） 硅橡胶（SiR） 丙烯酸酯橡胶（ACM） 氟橡胶(FKM） 氯醚橡胶（CO、ECO）
1823年，苏格兰化学家马金托什，像
印第安人一样把白色浓稠的橡胶液体 涂抹在布上，制成防雨布，并缝制了 “马金托什”防水斗蓬，这是世界上 最早的雨衣，也是橡胶工业的起点。
Charles Macintosh
1826 年，英国人汉考克发明 了双辊开炼机，用此设备可以 将各种助剂混入橡胶中。
托马斯.汉考克
1.1橡胶和弹性体的定义
1.1.1 橡胶的定义 根据美国材料测量协会（ ASTM D1566 ）标准的定 义：橡胶是一种材料，它在大的变形下能迅速地 恢复其形变。 橡胶能够被改性，改性的橡胶后的橡胶不能溶于 有机溶剂中，但可溶胀。改性的实质是指橡胶的 硫化（即交联）。 硫化后的橡胶材料的高弹性的特征：
硅橡胶（SiR） 聚氨酯橡胶（PU） 氯醚橡胶（CO、ECO)
碳链橡胶
杂链橡胶
1.3.3 其它分类方法
化学交联的传统橡胶
按交联方式
热塑性弹性体——第三代橡胶 块状固体橡胶
按原料形态
粉末橡胶 液体橡胶
2006年中国橡胶消费比例
NR SBR BR IIR EPDM CR NBR SBS 其它SR 9% 3%
1.5 弹性体材料的典型性能指标
1.5.1 拉伸强度 交联的橡胶/热塑性弹性体试样在预先设定的速 率（一般为500mm/min）被拉断时的工程应力。
1.5.2 断裂伸长率 橡胶试验被拉断时的 应变值，单位为％。
1.5.3 定伸应力 弹性体材料在一定伸长时所承受工程应力。 通常测100％和300％时的定伸应力。
1888年，苏格兰兽医邓禄普发 明了世界第一条充气轮胎，他 的儿子使用装备这种轮胎的自 行车赢得了自行车赛的冠军。
J.B. 邓禄普
充气轮胎的发明不仅促进 了汽车工业的发展，推动了 工业革命的进程，也使橡胶 的应用得到了起飞。
世界第一条充气轮胎
随着橡胶工业的发展， 野生橡胶产量不能满足 需 求 。 1876 年 ， 英 国 人 魏克汉从巴西引种橡胶 树，开始了橡胶人工种 植的时代。
1.2.2 弹性体材料对结构的要求
保证材料可以发生 较大的变形 保证外力去除后材料可以在 熵增的驱动下形变回复
名称 天然橡胶 顺丁橡胶 丁苯橡胶 （75/25） 丁基橡胶 Tg/oC -73 -105 -60 -70 名称 丁腈橡胶 （70/30） 乙丙橡胶 硅橡胶 氟橡胶 Tg/oC -41 -60 -120 -55
高耐寒、高耐热 橡胶指套和隔热 掌垫
应用橡胶零件近千种
橡胶 侧围甲 橡胶 负重轮 发动机燃 油密封
J10战机
火炮液 压密封
应用橡胶超过700Kg
发射筒大潜深 水密封
橡胶是继石油、铁矿和有色金属之后 的第四大战略资源！
主战坦克
核反应堆高 温燃汽密封
橡胶履带板
……
舱口橡胶密封
核潜艇
通体包裹着1厘米 厚的橡胶消声瓦
撕裂过程中最大力值 撕裂强度＝ 样品的厚度
单位: kN/m
裤形撕裂试样
注意：不同类型的撕 裂试样得到的撕裂强 度数值各不相同!
1.5.6 疲劳性能
硫化橡胶在周期性应力或应变的作用下，结构 和性能的变化称为疲劳现象。 定负荷压缩疲劳——古德里奇压缩疲劳
试样
主要指标包括： •动态温升 •动态压缩永久变形
1.大分子链要 有足够的柔性
2. 在使用温度下要不结晶或结晶很少 PE和POM虽然Tg都很低，但大量的结晶结 构可将高分子的强迫高弹形变固定下来。 拉伸结晶现象对于橡胶的高强度具有很 大的贡献——如NR，IIR，CR和EPM等。
3. 在使用温度下分子链间相对滑移要小— —否则制品会产生很大的永久变形 分子链上要有可交联（化学或物理的） 的位置。
天然橡胶在全球的种植分布
橡胶是现代工业国家的战略性原材料，但天 然橡胶的种植区域十分有限。 两次世界大战大大促进了人工合成橡胶工业 的发展。
第一节 基本概念和基础知识
1.1 橡胶和弹性体的定义（重点－掌握） 1.2 橡胶弹性的特征和对高分子结构的要求 （重点－掌握） 1.3 橡胶的分类 1.4 橡胶的配合 1.5 橡胶/弹性体材料的典型力学性能指标
双辊开放式炼炼胶机
1839年，美国化学家固特 异尔偶然中发明了橡胶的 硫化，解决了橡胶遇热变 软发粘的缺点，制造出了 世界第一双橡胶防水鞋。
这两项发明使橡胶的应用 硫化前 硫化后 得到了突破性的进展，奠定了 现代橡胶加工业的基础。
C.固特异尔
橡胶在硫化中微观结构发生的变化
19世纪末，橡胶工业的起飞
100％
300％
1.5.4 硬度 橡胶的硬度试验， 是测定橡胶试样 在一定外力作用 下对压针的抵抗 能力。硬度值的 大小反映了橡胶 的软硬程度。
硬度计和压针示意图
1.5.5 撕裂强度
橡胶材料在大形变下，往往先在某处出现小裂 口，然后撕裂从该裂口处开始并扩展能力。
2% 1% 2% 4%
SBS NR
BR
12% 16%
SBR
51%
2006年我国共消耗橡胶516.6万吨，其中NR、SBR、 BR、SBS四大品种占88％。
1.4 橡胶的配合
橡胶的配合——指为了满足橡胶制品的性 能、加工工艺和成本的要求，确定橡胶以 及各种配合剂的种类和用量。
橡胶配合体系通常包括5大体系： （1）生胶体系——母体或基体材料 （2）硫化体系——使橡胶产生交联 （3）填充增强体系——提高力学性能、降低 成本 （4）软化增塑体系——提高加工性能、提高 制品柔软度和耐寒性 （5）防护体系——提高橡胶的耐老化性能
合成橡胶
大品 种特 种橡 胶 小品 种特 种橡 胶
特种合 成橡胶
1.3.2 按化学结构分类
天然橡胶（NR） 丁苯橡胶（SBR） 不饱和非极性 顺丁橡胶（BR） 异戊橡胶（IR） 丁腈橡胶（NBR） 不饱和极性 氯丁橡胶（CR） 乙丙橡胶（EPM） 饱和非极性 丁基橡胶（IIR） 氟橡胶（FKM） 饱和极性 氯化聚乙烯（CPE） 氯磺化聚乙烯（CSM) 丙烯酸酯橡胶（ACM）
第5章 橡胶和弹性体材料
第一节 基本概念和基础知识 第二节 通用橡胶——NR、SBR、BR、 EPDM、IIR、NBR、CR 第三节 特种橡胶——SiR、ACM、FKM 第四节 热塑性弹性体——共混型、共聚型
橡胶自封油箱
坐舱密封
发动机燃气密封
橡胶是载入航天科技 中的关键材料之一
关键橡胶材料： 太空服橡胶气密层 轨道舱门橡胶密封 舱外服橡胶手套
2. 1735～19世纪中叶—早期的橡胶工业
1735 ～ 1743 年，法国科学家康达敏 从秘鲁带回有关橡胶树的详细资料， 出版了《南美洲内地旅行记略》， 书中详述了橡胶树的产地、采集乳 胶的方法和橡胶的利用情况，使欧 洲人进一步思考橡胶的利用问题。
Charles Marie de La Condamine
弹性体
热塑性弹性体
其它高分子 弹性体材料
传统的橡胶材料：天 然橡胶、合成橡胶
1.2 弹性体材料高弹性的来源 及其对分子结构的要求
1.2.1 橡胶弹性的来源 橡胶弹性的来源于高分子链的熵弹性——当 高分子材料受到外力发生较大的形变时，其 分子链通过分子内旋转发生变形，整体的熵 值减少。当外力去除，变形了的高分子链有 向熵值较高的原始状态自发回复的趋势。
拉伸 18-29oC， 长L0 至2L0保 持1min
去除外力
1min内恢复 到小于1.5L0
1.1.2 橡胶与弹性体在定义上的异同与关系
“橡胶（rubber）”最早得名于西班牙探险家哥 伦布在南美洲的探险活动——是“擦子”的意思。 合成橡胶由于分子结构和交联机理与天然橡胶有 很大的相似性，且通用合成橡胶主要是用来替代 NR的，所以沿用了“橡胶”名称。 一些特种橡胶的分子结构虽与NR不相类似，但是 仍需化学交联（与NR类似），仍沿用“橡胶”。 上世纪60～70年代开始，热塑性弹性高分子材料 开始发展。这类材料在分子结构和交联机理与 NR 具有很大的不同，因此根据其高弹性特点，创造 了“Elastomer，弹性体”以区别于传统的天然橡 胶和化学交联的合成橡胶。 后来弹性体逐步成为了具有“高弹性的高分子材 料的统称”（ASTM D1566）。