Эластомер

Эластомер , — это полимер обладающий вязкоупругостью (т.е. как вязкостью , так и эластичностью ) и слабыми межмолекулярными силами , как правило, с низким модулем Юнга (Е) и высокой деформацией разрушения по сравнению с другими материалами. Этот термин представляет собой чемодан из эластичного полимера , часто используется взаимозаменяемо с каучуком , хотя последний предпочтительнее, когда речь идет о вулканизатах . Каждый из мономеров , образующих полимер, обычно представляет собой соединение нескольких элементов, среди которых углерод , водород , кислород и кремний . Эластомеры представляют собой аморфные полимеры, температура которых поддерживается выше температуры стеклования , поэтому значительная молекулярная реконформация возможна без разрыва ковалентных связей . Таким образом, при температуре окружающей среды такие каучуки относительно податливы (E ≈ 3 МПа ) и деформируются. Их основное применение — уплотнения , клеи и формованные гибкие детали.

Определение IUPAC эластомера в химии полимеров

Резиноподобные твердые вещества, обладающие упругими свойствами, называются эластомерами. Полимерные цепи в этих материалах удерживаются вместе относительно слабыми межмолекулярными связями , которые позволяют полимерам растягиваться в ответ на макроскопические напряжения.

(А) представляет собой ненапряженный полимер; (B) — тот же полимер под напряжением. Когда напряжение будет снято, оно вернется к конфигурации А. (Точки обозначают перекрестные ссылки)

Эластомеры обычно являются термореактивными (требующими вулканизации), но также могут быть термопластичными (см. Термопластичный эластомер ). Длинные полимерные цепи сшиваются во время отверждения (т.е. вулканизации). Молекулярную структуру эластомеров можно представить как структуру «спагетти с фрикадельками», где фрикадельки обозначают поперечные связи. Эластичность обусловлена ​​способностью длинных цепей перестраиваться для распределения приложенного напряжения. Ковалентные поперечные связи гарантируют, что эластомер вернется к своей исходной конфигурации после снятия напряжения.

Сшивка, скорее всего, происходит в равновесном полимере без растворителя. Выражение свободной энергии, полученное на основе модели упругости резины Неохука, выражается в изменении свободной энергии вследствие деформации на единицу объема образца. Концентрация нитей v представляет собой количество нитей по объему, которое не зависит от общего размера и формы эластомера. Бета связывает расстояние между концами полимерных нитей через сшивки по отношению к полимерам, которые подчиняются статистике случайного блуждания.

$\Delta f_{d}={\frac {\Delta F_{d}}{V}}={\frac {K_{B}T\nu _{el}\beta \lambda _{1}p^{2}+\lambda _{2}p+2\lambda _{3}p^{2}-3}{2}}$

$v_{el}={\frac {n_{el}}{V}},\beta =1$

В конкретном случае сдвиговой деформации эластомер не только соответствует простейшей модели упругости резины, но и несжимаем. Для чистого сдвига мы связываем деформацию сдвига с коэффициентами растяжения лямбда. Чистый сдвиг — это двумерное напряженное состояние, в котором лямбда равна 1, что уменьшает приведенную выше функцию энергетической деформации до:

$\Delta f_{d}={\frac {k_{B}T\nu _{s}\beta \gamma ^{2}}{2}}$

Чтобы получить напряжение сдвига , функцию энергетической деформации дифференцируют по деформации сдвига, чтобы получить модуль сдвига G, умноженный на деформацию сдвига:

$\sigma _{12}={\frac {d(\Delta f_{d})}{d\gamma }}=G\gamma$

В этом случае напряжение сдвига пропорционально деформации сдвига даже при больших деформациях. Обратите внимание, как низкий модуль сдвига коррелирует с низкой плотностью энергии деформации и наоборот. Сдвиговая деформация эластомеров требует меньше энергии для изменения формы, чем объема.

$\Delta f_{d}=W={\frac {G(\lambda _{1p}^{2}+\lambda _{2p}^{2}+\lambda _{3p}^{2}-3)}{2}}$

Примеры

Ненасыщенные каучуки , которые можно отверждать серной вулканизацией:

• Натуральный полиизопрен : цис-1,4-полиизопреновый натуральный каучук (NR) и транс-1,4-полиизопреновая гуттаперча.
• Синтетический полиизопрен (IR для изопренового каучука)
• Полибутадиен (БК для бутадиенового каучука)
• Хлоропреновый каучук (CR), полихлоропрен , неопрен
• Бутилкаучук (сополимер изобутена и изопрена, IIR)
  • Галогенированные бутилкаучуки (хлорбутилкаучук: CIIR; бромбутилкаучук: BIIR)
• Бутадиен-стирольный каучук (сополимер стирола и бутадиена, SBR)
• Нитриловый каучук (сополимер бутадиена и акрилонитрила , NBR), также называемый каучуками Buna N.
  • Гидрогенизированные нитрильные каучуки (HNBR) Therban и Zetpol.

Насыщенные каучуки , которые не могут быть отверждены серной вулканизацией:

• EPM ( этилен-пропиленовый каучук , сополимер этилена и пропена ) и EPDM-каучук (этилен-пропилен-диеновый каучук, терполимер этилена, пропилена и диенового компонента)
• Эпихлоргидриновый каучук (ЭКО)
• Акриловый каучук (ACM, ABR)
• Силиконовая резина (SI, Q, VMQ)
• Фторсиликоновый каучук (FVMQ)
• Фторэластомеры ( FKM и FEPM) Viton , Tecnoflon , Fluorel, Aflas и Dai-El.
• Перфторэластомеры ( ФФКМ ) Текнофлон ПФР, Калрез , Хемраз, Перласт
• Полиэфирные блок-амиды (ПЭБА)
• Хлорсульфированный полиэтилен (ХСМ)
• Этиленвинилацетат (ЭВА)

Различные другие типы эластомеров :

• Термопластичные эластомеры (TPE)
• Белки ​ резилин и эластин
• Полисульфидный каучук
• Эластолефин , эластичное волокно, используемое в производстве тканей.
• Поли(дихлорфосфазен) , «неорганический каучук» в результате полимеризации гексахлорфосфазена.

См. также

• Литье из жидкого эластомера
• Эластичность резины

Внешние ссылки

• Эффективная и экологичная полимеризация эластомеров, Андреас Динер, менеджер по продукции List AG