Эластомеры широко применяются в технике благодаря уникальным механическим свойствам.
Их отличия от остальных материалов — способность к большим обратимым деформациям, низкая скорость развития деформации, малая жесткость при изменении формы и большая — при изменении объема, а также способность поглащать и рассевать механическую энергию. Эти уникальные свойства реализуются в диапазоне температур, на десятки градусов выше и ниже комнатной и обусловлены тем, что для эластомеров, в отличие от других материалов, возможно проявление не двух (упругая и пластическая), а трех видов деформации.
Упругая деформация, аналогичная упругой деформации обычных твердых тел, обратима и связана с изменением межмолекулярных и межатомных расстояний, а также углов, образуемых валентными связями,соединяющих атомы в макромоекулах; развитие упругой деформации сопровождается изменением внутренней энергии системы.
Высокопластическая деформация, характерная только для полимеров в высокопластичном состоянии, также обратима, носвязана с изменением конфигурации макромолекул,т.е. с изменением энтропии системы; весь комплекс уникальных механических свойств каучуков и резин определяется деформацией именно этого типа.
Пластическая деформация связана с необратимым перемещением макромолекул друг относительно друга; особенно важную роль она играет в каучуках и сырых резиновых смесях. Наличие трехмерной сетки поперечных связей препятствует развитию этого рода деформации. При деформировании резин, т.е. эластомеров имеющих сетку химических поперечных связей, пластическая деформация развивается лишь при разрушении химических связей в процессе старения.
В зависимости от условий деформирования эластомера меняется соотношение между деформациями, что определяется различием скоростей их развития. Так, время развития упругой деформации составляет 10-6 – 10-5 и не зависит от температуры. Высокоэластическая деформация даже при высоких температурах развивается существенно медленнее — при комнатной температуре на два-три порядка; при понижении температуры это время значительно увеличивается.
Таким образом, для резины как конструкционного материала, характерны:
— способность к очень большим обратимым упругим деформациям и малая жесткость, т.е. малые значения модулей при сдвиге, растяжении и сжатии;
— различная физическая природа изменений объема и изменений формы при деформации, при этом изменения формы при деформации происходят практически при постоянном объеме;
— замедленное установление равновесия при деформации, большое влияние температуры и длительности действия нагрузки, т.е. релаксационные явления и, как результат, существенное рассеяние механической энергии в виде тепла при динамическом нагружении, т.е. значительные механические потери.
Знание механических свойств резины создает основу для инженерных расчетов резиновых и резиноармированных (резинотекстильных и резинометаллических) конструкций.
Для эластомера с пространственной сеткой, каким является резина, каждому значению напряжения соответствует определенное значение равновесной деформации. И наоборот, каждому значению деформации соответствует вполне определенное значение равновесного напряжения, отличное от нуля. Однако истинно равновесные условия при деформации резин обычно не достигаются. При малых скоростях нагружения или при периодическом воздействии нагрузки имеет место динамическая деформация, закономерности которой в значительной степени определяются релаксационными процессами.