有关“弹性”概念的厘清及其与热塑性弹性体TPE结构、组分之间的关系

一、有关“弹性”概念的厘清

有几个概念，如①弹性、②打击弹性（回弹性）、③弹性与模量、④压缩永久变形（compression set）、⑤扯断永久变形等，它们之间的关系，不易表述清楚，现大致解说一下：

①压缩永久变形

是弹性体材料在一定温度下，被压缩至一定比例，比如75%，并维持一定时间后，发生永久性变形的量与原始压缩高度的比例百分比，最大是100%（一点都没有恢复），最小是0%（没有变形）。

例如，40%压缩永久变形表示，此热塑性弹性体只恢复了被压缩厚度的60%。100%压缩永久变形则表示此热塑性弹性体无丝毫恢复，也就是说，它保持了被压缩的状态。

通常采用的ASTM D395 B方法要求使材料压缩到25%（一般较软硬度的TPE要求压缩的比例大），并在设定指定温度烘箱中，保持一定的时间。拿出烘箱，松开压缩变形器具，任压缩试样复原30分钟后再测量此试样的厚度减少百分比。

温度采用：23 °C（室温）、70 °C、100°C、125°C、150°C；

时间采用：22h、70h、168h（1星期）、1000h（42天）。

往往压缩永久变形易与蠕变相混淆。然而，压缩永久变形是在某一恒定的应变条件下所发生变形的量，而蠕变则是在某一恒定应力条件下所发生变形的量。

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②扯断永久变形

是是弹性体材料在一定温度下，被拉至断裂后，发生永久性变形的量与原始试样尺寸比值的百分比，最小是0%（没有变形），最大是X%=扯断伸长率（断裂伸长率）。

③弹性

物体受外力作用变形后，除去作用力时能恢复原来形状的性质叫做弹性，它表示弹性体分子链段和侧基内旋转的难易程度，或是弹性体分子链柔顺及分子间作用力的大小。对于硫化橡胶或者TPV，其弹性还与交联网络密度及规整性有关。

④回弹性

是在定负荷(或定能量)条件下，测定恢复原来形状的时间，或者反弹力的大小，其时间得长短、反弹力的大小与弹性体的弹性模量有直接的关系，表述的弹性体抵抗外力变形的反应能力和反应强度。也就是回弹性是用来描述弹性大小的量值。

我们通常俗话讲，某某材料弹性好，实际上表述的就是某材料回弹性好。打个比较好理解的比喻：弹性好，相当于是海绵床垫的感觉，回弹性好，相当于是弹簧床垫的感觉。

⑤弹性与模量

实际上解释“弹性模量“”比较合理：

弹性模量，英文名称：Elastic Modulus，

定义：材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。单位：达因每平方厘米。

意义：弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普通弹簧中的刚度。

弹性模量E是统称，常见的拉伸模量、弯曲模量、剪切模量G（也称刚性模量）、体积模量B均满足胡克定律，它们都是弹性模量E。

拉伸模量和压缩模量均隶属于杨氏模量，只是一个是纵向拉伸，一个是纵向压缩。通常，杨氏模量就是指拉伸模量，也即是沿纵向的弹性模量E。

E=2G(1+v)=3B(1-2v)，v为泊松比

二、各“弹性”指标与热塑性弹性体结构及相互之间关系

2.1. 弹性与压缩变形恢复

硫化橡胶压缩永久变形的大小，涉及到硫化橡胶的弹性与恢复。有些人往往简单地认为橡胶的弹性好，其恢复就快，永久变形就小。这种理解是不够的，弹性与恢复是相互关联的两种性质。但有时候，橡胶的本质没有发生根本的变化，永久变形的大小主要是受橡胶恢复能力的变化所支配。影响恢复能力的因素有分子之问的作用力(粘性)、网络结构的变化或破坏、分子问的位移等。当橡胶的变形是由于分子链的伸张引起的，它的恢复(或永久变形的大小)主要由橡胶的弹性所决定：如果橡胶的变形还伴有网络的破坏和分子链的相对流动，这部分可以说是不可恢复的，它是与弹性无关的。所以，凡是影响橡胶弹性与恢复的因素，都是影响硫化橡胶压缩永久变形的因素。

2.2. 弹性与扯断永久变形

我们常说天然橡胶的弹性很好，但它的扯断永久变形往往是很大的，这主要是天然橡胶伸长率很大，伸长过程中造成网络的破坏及分子链的位移很大，断裂后的恢复历程长和不可恢复的部分增加。如果以定伸长的永久变形作比较，天然橡胶的永久变形就不一定很大了。

2.3. 压缩变形与拉伸变形

说到扯断永久变形，还有一个定伸变形，都属于拉伸变形，定伸变形即把弹性体材料拉伸至指定长度（比如拉伸100&）后，发生的变形量百分比。

通常压缩变形好，拉伸变形也好，但没有真正对应的关系，压缩变形考察的是材料经过压缩后的，恢复能力，而拉伸则是考察拉伸后的恢复能力。

通常对于硫化橡胶来说，压缩变形和拉伸变形更具有参考性，而热塑性弹性体的压缩变形和拉伸变形，受温度的影响非常敏感，温度升高，压缩变形性能急剧变差（压缩变形值变大），当然，相对来说TPV要好点。

另外苯乙烯类热塑性弹性体的拉伸变形，可以做的很好，而压缩变形变形很难超过橡胶，推测的原理：压缩变形使热塑性弹性体2相材料（塑料+苯乙烯类弹性体）都受到了变形，最终导致塑料相的变形难以恢复，所以压缩变形大，而在拉伸变形时候，只是苯乙烯类弹性体受到了变形，而其中的塑料作为分散相，在拉伸的过程中，并没有受到变形，所以，拉伸回复非常好。

2.4. 变形与热塑性弹性体结构与组分的关系

对于TPV来说，EPDM含量高，交联程度高，填充油低，EPDM中的乙烯比例低，则变形性能更好；对于其中的聚丙烯，通常抗冲聚丙烯对低温压缩变形有帮助，而均聚PP则高温压缩变形好。

对于TPE-S来说，SEBS含量高，EB端分子量大，填充油低，塑料相少，则变形性能更好，星型的SEBS比线性的好，SEEPS比SEBS好。

2.5. 弹性与回弹性的困惑

有时候，客户说需要弹性好，通常是需要回弹性好，正如上面讲到回弹性好的材料，弹性模量大，弹性模量大，则刚性大。也就是弹性体的硬度需要比较高！这么说大家是不是比较晕乎呢？

所以，实际上，客户说要求弹性好，是要求2个方面，①是硬度，希望比较软，②是回弹性，希望回弹速度快，回弹有力。所以，客户的要求是矛盾的，当然平衡的比较好的弹性体材料还是有的，比如TPU、TPEE等弹性体材料。

一般来讲，弹性体的定伸强度，比如100%定伸强度比较高的材料，回弹性好，也就是应力应变曲线比较陡的材料，回弹性体佳。如下图所示：

注：本文部分参考塑伯TPE，由美特高端TPV/TPE工程师改编。