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  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、延展性和高力學強度，是高性能彈性體在交通運輸、航空航天工程以及極地探索等領域被應用的必然要求。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）等高寒地區的汽車上服役，則需要具備耐受-58 °C的極端低溫能力，同時還能承受車輛高速行駛時產生的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性的交聯網絡。在這個網絡中，具有運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。交聯位點則起到防止聚合物鏈段在外力下發生粘性流動的作用，并提供恢復初始鏈構象的回復力，從而使彈性體具備高彈性。聚合鏈段的運動能力會在低于玻璃化轉變溫度（T_g）時被凍結，導致彈性體失去橡膠彈性。另外，一些高鏈段規整性的彈性體，如聚丁二烯（PB），會在脆化溫度(T_b)下結晶，這也會降低鏈段的運動能力，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位點交聯高柔性和低規整性的聚合物鏈段的方式來制備。然而，這類材料的力學強度通常較低，且隨著溫度的升高，其力學強度會進一步急劇下降。向彈性體中引入高密度或高強度的共價或非共價交聯位點，或添加補強的納米粒子，可以有效提升彈性體的力學強度和耐高溫能力。然而，這些引入的交聯位點和納米粒子會限制聚合物鏈段的運動性，導致彈性體玻璃化溫度急劇上升。例如，丁苯橡膠經過硫化處理后，玻璃化溫度會從約-60 °C上升至約-20 °C。因此，耐低溫性、耐高溫性和高力學強度基于不同甚至相互排斥的分子機制，如何在同一彈性體中同時實現這三種性能依然是一個巨大的挑戰。

圖1. 基于“剛柔相濟”微相分離結構設計制備兼具耐低溫和耐高溫性能的高強度彈性體

圖4. PI-PB彈性體在冬季輪胎胎面膠材料的應用潛力。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.macromol.4c02145