吉大孙俊奇教授团队 Macromolecules：基于“刚柔相济”微相分离结构设计制备兼具耐低温与耐高温性能的高强度热塑性弹性体

拓展弹性体的服役温度范围，使其在极低至极高的温度条件下都能保持 高 橡胶弹性、延展性和高力学强度，是 高性能弹性体在 交通运输、航空航天工程以及极地探索 等 领域 被应用的必然要求 。以汽车轮胎胎面胶为例，如果其能够在根河（中国气温最低的地区）等高寒地区的汽车上服役，则需要具备耐受 -58 °C 的极端低温能力，同时还能承受车辆高速行驶时产生的 90 °C 的极端高温。弹性体的高弹性和高延展性等特性源于其具备力响应性的交联网络。在这个网络中，具有运动能力的蜷曲聚合物链段在外力作用下能够被拉直，这赋予弹性体高延展性。交联位点则起到防止聚合物链段在外力下发生粘性流动的作用，并提供恢复初始链构象的回复力，从而使弹性体具备高弹性。聚合链段的运动能力会在低于玻璃化转变温度（ T _g ）时被冻结，导致弹性体失去橡胶弹性。 另外， 一些高链段规整性的弹性体，如聚丁二烯（ PB ），会在脆化温度 ( T _b ) 下结晶，这也会降低链段的运动能力，致使橡胶弹性急剧下降。因此，具有耐低温能力的弹性体通常 通过选用 弱交联位点交联高柔性和低规整性 的 聚合物链段 的方式 来制备。然而，这类材料的力学强度通常较低，且随着温度的升高，其力学强度会进一步急剧下降。向弹性体中引入高密度或高强度的共价或非共价交联位点，或添加补强的纳米粒子，可以有效提升弹性体的力学强度和耐高温能力。然而，这些引入的交联位点和纳米粒子会限制聚合物链段的运动性，导致弹性体玻璃化温度急剧上升。例如，丁苯橡胶经过硫化处理后，玻璃化温度会从 约 -6 0 °C 上升至约 -20 °C 。因此，耐低温性、耐高温性和高力学强度基于不同甚至相互排斥的 分子 机制，如何在同一弹性体中同时实现这三种性能依然是一个巨大的挑战。