Elastomerem jest polimer wykazuje „ sprężyste ” właściwości, uzyskanych po sieciowania . Wspiera bardzo duże odkształcenia przed pęknięciem . Termin kauczuk jest popularnym synonimem elastomeru.
Materiały elastomerowe, takie jak opony, często są oparte na kauczuku naturalnym (akronim NR) i kauczuku syntetycznym (cięte).
Przez długi czas jedynym znanym elastomerem był kauczuk naturalny.
W 1860 roku , angielski chemik Charles Hanson Greville Williams wykazała, że materiał ten był poli izoprenoid .
Złożono pierwszy patent na produkcję kauczuku syntetycznego 12 września 1909autorstwa niemieckiego chemika Fritza Hofmanna .
Ściśle mówiąc, elastomery nie są częścią tworzyw sztucznych .
Większość elastomerów to polimery organiczne . To doskonałe paliwa. Elastomery silikonowe wyróżniają się mineralnym charakterem.
Elastomer to bezpostaciowy materiał o niskiej temperaturze zeszklenia (T v ) (często poniżej -40 ° C ).
Elastomer podlega tylko odkształceniu sprężystemu , podczas gdy plastomer pod działaniem naprężeń może ulegać odkształceniu sprężystemu, któremu towarzyszy odkształcenie plastyczne (trwałe). Plastomery to klasa liniowych polimerów pochodzących z etylenu, opracowana na początku lat 90.
Aby zrozumieć ich niezwykłe właściwości sprężyste , należy zauważyć, że elastomery są otrzymywane z polimerów liniowych, które w temperaturze pokojowej (znacznie wyższej niż ich T v , por. Powyżej) są cieczami (bardzo lepkimi ); Siły kohezji między łańcuchami polimeru są bardzo słabe, tego samego rzędu wielkości, co siły występujące w lotnych cieczach molekularnych i gazach .
Łańcuchy wielkocząsteczkowe są zwykle złożone ; stan ten jest konsekwencją dużej swobody obrotu "ogniw" łańcucha ( ogniw ) względem siebie i nieuporządkowanych ruchów mieszania termicznego ( ruchy Browna ), które trwale na nie wpływają; łańcuch może zatem przybierać różne konformacje, które następują po sobie w sposób przypadkowy ; stan zwinięcia łańcucha można opisać tylko statystycznie .
Aby ograniczyć ślizganie się łańcuchów ciekłego polimeru względem siebie, lekkie usieciowanie tworzy węzły kotwiczące , nadając materiałowi trójwymiarową strukturę . W ten sam sposób jak poprzednio, segmenty łańcucha między dwoma węzłami są zwykle składane (diagram A obok). W przypadku wywierania nacisku na konstrukcję segmenty rozwijają się, a odległość między dwoma węzłami znacznie się zwiększa (wykres B ); materiał jest bardzo odkształcalny .
Po usunięciu naprężenia rozciągającego materiał nie pozostaje w stanie rozciągniętym, ale pod prawie wyłącznym działaniem ruchów ogniw Browna segmenty łańcucha wracają do pierwotnego stanu złożonego (który statystycznie najprawdopodobniej reprezentuje ich stan) ( schemat A ). Ta odwracalność odkształcenia charakteryzuje się odkształceniem sprężystym .
Elastyczność entropii - Naprężenie ma tendencję do porządkowania segmentów łańcucha materiału, tej modyfikacji towarzyszy spadek entropii układu; usunięcie naprężenia przywraca materiał do pierwotnego stanu nieuporządkowania (najbardziej prawdopodobny stan odpowiadający najwyższej entropii układu). Elastomery, dla których stan równowagi odpowiada ich maksymalnej entropii, są ciałami stałymi o sprężystości entropijnej ; ich zdolność do elastycznej deformacji jest wysoka. Różnią się tym od ciał stałych o elastyczności entalpicznej (metale, ceramika krystaliczna, szkła mineralne lub organiczne, wysoko usieciowane polimery termoutwardzalne itp. ), Dla których stan równowagi odpowiada ich minimalnej entalpii ; ich zdolność do sprężystego odkształcania jest bardzo ograniczona.
Elastomery są na ogół termoutwardzalne , zbudowane z długich, słabo usieciowanych łańcuchów polimerowych . Są one wytwarzane poprzez tworzenie mostków (krótkich lub długich) między łańcuchami molekularnymi, przy użyciu często złożonego systemu sieciowania, pod wpływem temperatury i ewentualnie ciśnienia.
W przeciwieństwie do termoplastycznego polimeru , profile elastomerowe (słabo usieciowane) nie płyną po wytłaczaniu .
Jeśli chodzi o przemianę elastomerów, wytłaczanie stanowi 10% objętości, w porównaniu z 90% w przypadku formowania .
Niektóre elastomery są termoplastyczne [„ elastomer termoplastyczny ” (TPE), na przykład kopolimer styren-butadien (SBS)], a ich zastosowanie jest zwykle zarezerwowane dla technik polimerów termoplastycznych.
Większość ma charakter bezpostaciowy; elastomery NR, CR i F KM (fluoroelastomer) wyróżniają się polikrystalicznym charakterem .
Najczęściej stosuje się je w temperaturze powyżej ich temperatury zeszklenia, na płaskowyżu gumy.
Ich gęstość waha się od 0,86 ( EPDM ) do 1,8 [FVMQ (elastomer fluorosilikonowy), FKM].
Shore'a Pomiar waga mierzy ich twardości (od 30 do 95). Istnieje inny instrument do pomiaru twardości, twardościomierz DIDC (międzynarodowa twardość gumy, preferowana w stosunku do twardości Shore A ).
Surowe elastomery nie są materiałami gotowymi do użycia, muszą być formułowane w szczególności tak, aby spełniały wymagania określonego zastosowania. Zawierają około 20 do 40% polimerów, reszta składa się z wypełniaczy , plastyfikatorów , środka wulkanizującego, takiego jak siarka lub nadtlenek organiczny, tworzących mostki, przyspieszacza (i) wulkanizacji, różnych dodatków (np. ułatwienie przetwarzania , ochrona przed tlenem , ozonem , ciepłem, płomieniem , promieniami UV ) i często sadzą ; ten nanoskładnik jest wielofunkcyjny: stosowany w szczególności jako pigment, wypełniacz wzmacniający właściwości mechaniczne elastomerów, stabilizator i przewodnik elektryczny.
Nasycone elastomery nie ulegają wulkanizacji siarką. Praktycznie wszystkie elastomery można wulkanizować za pomocą organicznego nadtlenku.
To, co wyróżnia elastomery, to ich zdolność do zderzeń sprężystych , takich jak sprężyste odbicie i rozciąganie , co pozwala im powrócić do pierwotnego kształtu po ustaniu naprężeń. Tę szczególną cechę uzyskuje obecność splątań i węzłów sieci (połączenia te są odpowiednio sporadyczne i trwałe; mosty działają jak „sprężyny”).
Elastomer wytrzymuje bardzo duże odkształcenia (do około 1000%) przed zerwaniem, prawie całkowicie odwracalne . Wręcz przeciwnie, sztywny polimer, który byłby zdeformowany w 100%, zachowałby znaczną deformację: jest kwalifikowany jako „elastoplastyczny”.
To rozróżnienie między elastomerami i innymi polimerami odpowiada zachowaniu obserwowanemu w temperaturze pokojowej. Rzeczywiście, zachowanie polimerów zależy od temperatury, szybkości naprężenia i odkształcenia.
Wśród innych zastosowań znajdują się rękawice medyczne (tradycyjnie wykonane z lateksu ), pasy , węże , przenośniki taśmowe , rury tryskaczowe .
Elastomer składa się z długich łańcuchów molekularnych zebranych w spoczynku w „kulki”. Łańcuchy te są zazwyczaj połączone ze sobą za pomocą splotów, węzłów sieciujących lub wiązań polarnych z wypełniaczami mineralnymi; tworzą sieć.
Właściwości mechaniczne elastomerów zależą przede wszystkim od gęstości mostków (liczba mostków na jednostkę objętości) oraz rodzaju mostu ( rodzaj i długość ). Im wyższa gęstość mostka (gęsta sieć), tym sztywniejszy elastomer. System sieciowania (rodzaj i szybkość) jest również jednym z ważnych parametrów. Ebonitu , twardy i kruchy materiał odkryta przez Charlesa Goodyeara , jest skrajnym przypadkiem gumy.
Uniwersalne nienasycone i niepolarne (dobra rezystywność ) elastomery obejmują:
Ich granica temperatury ciągłej wynosi poniżej 80 ° C . Wykazują niską odporność na olej i ozon (gaz ten atakuje tylko pod wpływem naprężeń mechanicznych i na powierzchnię).
Udział masowy NR plus SBR w oponie wynosi około 80%.
NR, SBR, BR i IR stanowią odpowiednio 40, 37, 10 i 3% całkowitej produkcji elastomeru.
Globalne zużycie kauczuku w 2010 roku oszacowano na 24,3 mln ton.
Elastomery NR i IRLateks kauczuku naturalnego zawiera niski poziom białka i witamin .
Spośród różnych dostępnych gatunków kauczuku naturalnego, te o najwyższej jakości, jasnej barwie (niska zawartość zanieczyszczeń) zapewniają najlepszą odporność na starzenie temperaturowe. Są zarezerwowane dla małych części technicznych, ponieważ są najdroższe (7 € / kg w 2007 r.).
Elastomery NR i IR mają właściwości tłumiące i wysoką rozciągliwość ( maksymalne wydłużenie przy zerwaniu (A / R) 750%). Maksymalna wytrzymałość na rozciąganie (R / R) wynosi 30 M Pa . Ich „lepkość” i odporność na rozdarcie (R / d) są doskonałe.
Mogą być one stosowane w sposób ciągły od -50 do 65 ° C . Te elastomery to te, które starzeją się najsłabiej; podgrzane powyżej 65 ° C , zaczynają się starzeć i stają się lepkie.
Ich granica temperatury ciągłej pracy jest mniejszy niż 150 ° C .
Wykazują wysoką odporność na ciepło i / lub jedną (lub więcej) specyficzną (e) właściwość (e).
Jeśli chodzi o ich strukturę, większość z nich nie ma podwójnego wiązania węgiel-węgiel (dlatego nie ma labilnego atomu wodoru w pozycji allilowej ) i dlatego nie można ich wulkanizować siarką.
Mają niewielką ilość (5% elastomerów) i są najdroższe (cena> 3 € / kg ).