Az elasztomer egy térhálósodás után nyert, „ elasztikus ” tulajdonságokkal rendelkező polimer . A repedés előtt nagyon nagy deformációkat támogat . A gumi kifejezés az elasztomer általános szinonimája.
Az elasztomer anyagok, mint például a gumiabroncsok , gyakran természetes gumi (NR betűszó) és szintetikus gumi (vágott) alapúak .
A természetes gumi volt az egyetlen ismert elasztomer sokáig.
A 1860 , az angol kémikus Charles Hanson Greville Williams azt mutatta, hogy ez az anyag volt, egy poli izoprenoid .
A szintetikus kaucsuk gyártására vonatkozó első szabadalmat benyújtották 1909. szeptember 12Fritz Hofmann német vegyész .
Szigorúan véve az elasztomerek nem részei a műanyagoknak .
A legtöbb elasztomer szerves polimer . Kiváló üzemanyagok. A szilikon elasztomereket ásványi természetük különbözteti meg.
Az elasztomer egy amorf anyag , alacsony üvegesedési hőmérséklettel (T v ) (gyakran –40 ° C alatt ).
Az elasztomer csak rugalmas alakváltozáson megy keresztül , míg a plasztomer feszültség hatására rugalmas alakváltozáson mehet keresztül, amelyet plasztikus (tartós) alakváltozás kísér. A plasztomerek az etilénből származó lineáris polimerek osztálya, amelyet az 1990-es évek elején fejlesztettek ki.
Ahhoz, hogy megértsük, hogy figyelemre méltó elasztikus tulajdonságok , fontos megjegyezni, hogy az elasztomerek nyert lineáris polimerek , amelyek szobahőmérsékleten (sokkal nagyobb, mint a T v , lásd fent), a folyadékok (nagyon viszkózus ); a polimer láncok közötti kohéziós erők nagyon gyengék, ugyanolyan nagyságrendűek, mint az illékony molekuláris folyadékokban és gázokban .
A makromolekuláris láncok általában hajtogatottak ; ez az állapot a lánc ( láncszemek ) egymáshoz viszonyított "kapcsolóinak" nagy forgásszabadságának és az őket tartósan befolyásoló rendezetlen termikus keverési mozgásoknak ( Brown-mozgások ) következménye; egy lánc tehát különböző konformációkat vehet fel, amelyek véletlenszerűen követik egymást ; egy lánc összecsukott állapota csak statisztikailag írható le .
A folyékony polimer láncainak egymáshoz viszonyított csúszásának korlátozása érdekében enyhe térhálósodás horgonyzó csomópontokat hoz létre, miközben az anyag háromdimenziós szerkezetet ad . A ugyanúgy, mint korábban, a lánc szegmensek két csomópont között rendszerint hajtva (diagram A szemközti). Ha vontatást fejtünk ki a szerkezeten, a szegmensek kibontakoznak, és két csomópont közötti távolság jelentősen megnő ( B ábra ); az anyag nagyon deformálható .
A húzófeszültség eltávolításakor az anyag nem marad kifeszített állapotban, de a láncszemek szinte kizárólagos Brown-mozgásainak hatására a láncszegmensek visszatérnek kezdeti hajtogatott állapotukba (ami statisztikailag a legvalószínűbb állapotot képviseli) ( ábra A ). A deformáció ezen reverzibilitása rugalmas alakváltozást jellemez .
Entrópia rugalmassága - A feszültség az anyag láncszegmenseit rendezi , ez a módosítás a rendszer entrópiájának csökkenésével jár ; a stressz eltávolításával az anyag visszatér a rendellenesség kezdeti állapotába (a legvalószínűbb állapot, amely a rendszer legmagasabb entrópiájának felel meg). Az elasztomerek, amelyeknél az egyensúlyi állapot megegyezik a maximális entrópiájukkal, entrópia rugalmasságú szilárd anyagok ; a rugalmas alakváltozásra való képességük magas. Ebben különböznek az entalpia-rugalmasságú szilárd anyagtól (fémek, kristályos kerámiák, ásványi vagy szerves üvegek, erősen térhálósított hőre keményedő polimerek stb. ), Amelyeknél az egyensúlyi állapot megfelel a minimális entalpiájuknak ; rugalmas alakváltozásuk képessége nagyon korlátozott.
Az elasztomerek általában hőre keményedőek , hosszú, gyengén térhálósított polimer láncokból állnak . Ezeket úgy állítják elő, hogy (rövid vagy hosszú) hidakat készítenek a molekulaláncok között, gyakran összetett térhálósító rendszer alkalmazásával, hőmérséklet és esetleg nyomás hatására.
A hőre lágyuló polimertől eltérően az elasztomer (alacsony térhálósítású) profilok az extrudálás után nem folynak .
Az elasztomerek átalakulását tekintve az extrudálás 10 térfogatszázalékot jelent, szemben az öntéssel 90% -kal .
Néhány elasztomer hőre lágyuló [" hőre lágyuló elasztomer " (TPE), például kopolimer sztirol-butadién (SBS)], megvalósításuk általában hőre lágyuló polimer technikákra van fenntartva.
A legtöbb amorf jellegű; az NR, CR és F KM (fluorelasztomer) elasztomereket polikristályos jellegükkel különböztetjük meg .
Leggyakrabban üvegesedési hőmérsékletük feletti hőmérsékleten, a gumiszigeten használják.
A sűrűsége változik 0,86 ( EPDM ) 1,8 [FVMQ (fluorozott elasztomer), az FKM].
A Shore A mérési skála méri a keménységüket (30 és 95 között). Van egy másik eszköz a keménység mérésére, a DIDC durométer (a gumi nemzetközi keménysége, előnyben részesítendő az A partnál ).
A nyers elasztomerek nem felhasználásra kész anyagok, azokat különösen úgy kell megfogalmazni , hogy megfeleljenek egy meghatározott alkalmazás követelményeinek. Körülbelül 20–40% polimert tartalmaznak, a maradék töltőanyagokból , lágyítószer (ek) ből, vulkanizáló szerekből, például kénből vagy szerves peroxidból áll , a hidak kialakításához, vulkanizációs gyorsító (k), különféle adalékanyagok (például a feldolgozás megkönnyítése érdekében , oxigén , ózon , hő, láng , UV sugarak ) és gyakran korom elleni védelem érdekében ; ez a nanokomponens multifunkcionális: különösen pigmentként, töltőanyagként használják az elasztomerek mechanikai tulajdonságainak megerősítésére, stabilizátorként és elektromos vezetőként.
A telített elasztomereket nem lehet vulkanizálni kénnel. Gyakorlatilag az összes elasztomer vulkanizálható szerves peroxiddal.
Ami az elasztomereket különlegessé teszi, az a képesség, hogy rugalmas ütközésekre képesek , például rugalmas visszapattanásra és nyújtásra , ami lehetővé teszi számukra, hogy a stressz megszűnése után visszatérjenek eredeti alakjukhoz. Ezt a különleges tulajdonságot az összefonódások és a hálózati csomópontok jelenléte éri el (ezek a kapcsolatok alkalmi és állandó jellegűek; a hidak „rugóként” működnek).
Az elasztomer repedés előtt nagyon nagy (kb. 1000% -ban) ellenáll, szinte teljesen visszafordítható . Éppen ellenkezőleg, egy merev polimer, amelyet 100% -ban deformálnának, jelentős deformációt tartana fenn: „elasztoplasztikusnak” minősítik.
Az elasztomerek és más polimerek közötti megkülönböztetés megfelel a szobahőmérsékleten megfigyelt viselkedésnek. Valójában a polimerek viselkedése függ a hőmérséklettől, a feszültség mértékétől és a deformációtól.
Többek között esik az orvosi kesztyű (hagyományosan latexből ), az övek , a tömlők , a szállítószalagok , az esőztető csövek .
Az elasztomer hosszú molekuláris láncokból áll, amelyek nyugalmi állapotban "golyókba" vannak összegyűjtve. Ezeket a láncokat általában összekapcsolódás, térhálósító csomópontok vagy poláris kötések kötik össze ásványi töltőanyagokkal; hálózatot alkotnak.
Az elasztomerek mechanikai tulajdonságai elsősorban a híd sűrűségétől (az egységnyi térfogatú hidak számától) és a híd típusától ( jellege és hossza ) függenek . Minél nagyobb a híd sűrűsége (sűrű hálózat), annál merevebb az elasztomer. A térhálósító rendszer (típus és sebesség) szintén az egyik fontos paraméter. A Charles Goodyear által felfedezett kemény gumi , kemény és törékeny anyag a vulkanizált gumi extrém esete.
Az általános célú telítetlen és nem poláros (jó ellenállású ) elasztomerek a következők:
Hőmérséklethatáruk folyamatos használat esetén 80 ° C alatt van . Alacsony ellenállást mutatnak az olajjal és az ózonnal szemben (ez a gáz csak mechanikai igénybevétel hatására és a felszínen támad).
Az NR és az SBR tömegaránya a gumiabroncsban körülbelül 80%.
Az NR, SBR, BR és IR a teljes elasztomer termelés 40, 37, 10 és 3% -át képviseli.
A globális gumifogyasztást 2010-ben 24,3 millió tonnára becsülték.
NR és IR elasztomerekA természetes gumi latex alacsony fehérje- és vitaminszintet tartalmaz .
A rendelkezésre álló különböző minőségű természetes kaucsuk közül a kiváló minőségű, világos színű (alacsony szennyezőanyag-tartalom) a legjobb ellenállás a hőmérsékleti öregedéssel szemben. Kis műszaki alkatrészeknek vannak fenntartva, mert ezek a legdrágábbak (7 € / kg 2007-ben).
Az NR és IR elasztomerek csillapító tulajdonságokkal és nagy nyújthatósággal rendelkeznek ( maximális szakadási nyúlás (A / R) 750%). A maximális szakítószilárdság (R / R) 30 M Pa . Kitapadásuk és szakadásállóságuk (R / d) kiváló.
-50 és 65 ° C között folyamatosan használhatók . Ezek az elasztomerek öregednek a legkevésbé; 65 ° C fölé melegítve öregedni és ragadóssá válnak.
A hőmérséklet határ folyamatos használat kisebb, mint 150 ° C .
Magas hőállósággal és / vagy egy (vagy több) sajátossággal rendelkeznek.
Szerkezetüket tekintve a legtöbbnek nincs szén-szén kettős kötése (ezért nincs labilis hidrogénatom allilhelyzetben ), ezért kénnel nem vulkanizálható.
Kis mennyiséget képviselnek (az elasztomerek 5% -a), és ezek a legdrágábbak (ár> 3 € / kg ).