拓展彈性體的服役溫度范圍，使其在極低至極高的溫度條件下都能保持高橡膠彈性、延展性和高力學(xué)強(qiáng)度，是高性能彈性體在交通運(yùn)輸、航空航天工程以及極地探索等領(lǐng)域被應(yīng)用的必然要求。以汽車輪胎胎面膠為例，如果其能夠在根河（中國氣溫最低的地區(qū)）等高寒地區(qū)的汽車上服役，則需要具備耐受-58 °C的極端低溫能力，同時(shí)還能承受車輛高速行駛時(shí)產(chǎn)生的90 °C的極端高溫。彈性體的高彈性和高延展性等特性源于其具備力響應(yīng)性的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，具有運(yùn)動能力的蜷曲聚合物鏈段在外力作用下能夠被拉直，這賦予彈性體高延展性。交聯(lián)位點(diǎn)則起到防止聚合物鏈段在外力下發(fā)生粘性流動的作用，并提供恢復(fù)初始鏈構(gòu)象的回復(fù)力，從而使彈性體具備高彈性。聚合鏈段的運(yùn)動能力會在低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）時(shí)被凍結(jié)，導(dǎo)致彈性體失去橡膠彈性。另外，一些高鏈段規(guī)整性的彈性體，如聚丁二烯（PB），會在脆化溫度(Tb)下結(jié)晶，這也會降低鏈段的運(yùn)動能力，致使橡膠彈性急劇下降。因此，具有耐低溫能力的彈性體通常通過選用弱交聯(lián)位點(diǎn)交聯(lián)高柔性和低規(guī)整性的聚合物鏈段的方式來制備。然而，這類材料的力學(xué)強(qiáng)度通常較低，且隨著溫度的升高，其力學(xué)強(qiáng)度會進(jìn)一步急劇下降。向彈性體中引入高密度或高強(qiáng)度的共價(jià)或非共價(jià)交聯(lián)位點(diǎn)，或添加補(bǔ)強(qiáng)的納米粒子，可以有效提升彈性體的力學(xué)強(qiáng)度和耐高溫能力。然而，這些引入的交聯(lián)位點(diǎn)和納米粒子會限制聚合物鏈段的運(yùn)動性，導(dǎo)致彈性體玻璃化溫度急劇上升。例如，丁苯橡膠經(jīng)過硫化處理后，玻璃化溫度會從約-60 °C上升至約-20 °C。因此，耐低溫性、耐高溫性和高力學(xué)強(qiáng)度基于不同甚至相互排斥的分子機(jī)制，如何在同一彈性體中同時(shí)實(shí)現(xiàn)這三種性能依然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
圖1. 基于“剛?cè)嵯酀?jì)”微相分離結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備兼具耐低溫和耐高溫性能的高強(qiáng)度彈性體
圖4. PI-PB彈性體在冬季輪胎胎面膠材料的應(yīng)用潛力。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.macromol.4c02145
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