橡胶弹性模型的新进展

橡胶树汁经初级加工可得到生胶. 然而，生胶的弹性和耐热性能都不理想，应用价值不大. 1839年，Goodyear无意中将生胶和硫磺共混，制备了第一块硫化橡胶. 自此之后，橡胶制品得到了广泛应用，丰富和改善了人们的物质生活. 为了理解硫化橡胶优异的弹性性能与结构之间的关系，自20世纪40年代以来，以Flory为代表的学者提出了一系列经典的橡胶弹性模型(即，统计学模型)，为橡胶工业的进步奠定了理论基础. 为了把复杂问题简单化，传统模型保留了橡胶网络结构中的核心要素，在其他方面则采用了两个主要的近似，一是，橡胶交联网络仅包含顺-1,4-聚异戊二烯(PI)，而没有考虑硫磺的贡献，二是，只考虑了高分子链的熵弹性，而没有考虑在大变形条件下尤为重要的焓弹性. 因此，传统的统计学模型不能真实地反映橡胶的交联网络结构，不能解释多个网络结构参数对橡胶力学性能的影响，也不能很好地描述大变形条件下橡胶的弹性.

为了解决上述科学问题，西南交通大学崔树勋等对传统的橡胶弹性模型做了两点改进，一是在模型中引入硫磺，即，橡胶交联网络同时包含PI和聚硫(图1)；二是高分子链的弹性同时包含了熵弹性和焓弹性.

Fig. 1  (a) The ideal crosslinked network of the Gaussian model. (b) The ideal crosslinked network of the new model obtained by introducing S segments (Reprinted with permission from Ref.[4]; Copyright (2022) Elsevier).