Эластомер

Полимер с эластичными свойствами, подобными резине

Эластомер — это полимер с вязкоупругостью (то есть как вязкостью , так и эластичностью ) и слабыми межмолекулярными силами , как правило, низким модулем Юнга (E) и высокой деформацией разрушения по сравнению с другими материалами. ^[1] Термин, являющийся производным от слова эластичный полимер , ^[2] часто используется взаимозаменяемо с резиной , хотя последний предпочтительнее применительно к вулканизатам . ^[3] Каждый из мономеров , которые связываются для образования полимера, обычно представляет собой соединение нескольких элементов среди углерода , водорода , кислорода и кремния . Эластомеры — это аморфные полимеры, поддерживаемые выше температуры стеклования , так что значительная молекулярная реконформация возможна без разрыва ковалентных связей . При температуре окружающей среды такие резины, таким образом, относительно податливы (E ≈ 3 МПа ) и деформируемы. ^{[ требуется ссылка ]}

Определение ИЮПАК для эластомера в химии полимеров

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

(A) — ненапряженный полимер; (B) — тот же полимер под напряжением. При снятии напряжения он вернется к конфигурации A. (Точки представляют собой поперечные связи)

Эластомеры обычно являются термореактивными (требуют 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 и фрикадельки», где фрикадельки означают поперечные связи. Эластичность вытекает из способности длинных цепей перестраиваться для распределения приложенного напряжения. Ковалентные поперечные связи гарантируют, что эластомер вернется к своей первоначальной конфигурации после снятия напряжения.

Сшивание, скорее всего, происходит в равновесном полимере без какого-либо растворителя. Выражение свободной энергии, полученное из модели Neohookean эластичности резины, выражается в терминах изменения свободной энергии из-за деформации на единицу объема образца. Концентрация нитей, v, представляет собой число нитей в объеме, которое не зависит от общего размера и формы эластомера. ^[4] Бета относится к расстоянию от конца до конца полимерных нитей через сшивки в полимерах, которые подчиняются статистике случайных блужданий.

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

${\displaystyle v_{el}={\frac {n_{el}}{V}},\beta =1}$^{[ требуется разъяснение ]}

В конкретном случае деформации сдвига эластомер, помимо того, что подчиняется простейшей модели эластичности резины, также несжимаем. Для чистого сдвига мы связываем деформацию сдвига с коэффициентами удлинения лямбда. Чистый сдвиг представляет собой двумерное напряженное состояние, делающее лямбда равной 1, что снижает функцию энергетической деформации выше до:

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

Чтобы получить сдвиговое напряжение , функция энергетической деформации дифференцируется по сдвиговой деформации, чтобы получить модуль сдвига G, умноженный на сдвиговую деформацию:

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

Сдвиговое напряжение тогда пропорционально сдвиговой деформации даже при больших деформациях. ^[5] Обратите внимание, как низкий модуль сдвига коррелирует с низкой плотностью энергии деформации деформации и наоборот. Сдвиговая деформация в эластомерах требует меньше энергии для изменения формы, чем объема.

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

Примеры

Ненасыщенные каучуки , которые можно вулканизировать методом серной вулканизации:

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

Насыщенные каучуки , которые не вулканизируются серой:

• ЭПМ ( этиленпропиленовый каучук , сополимер этилена и пропена ) и ЭПДМ (этиленпропиленовый диеновый каучук, терполимер этилена, пропилена и диенового компонента)
• Эпихлоргидриновый каучук (ЭКО)
• Акриловый каучук (ACM, ABR)
• Силиконовый каучук (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 (ТПЭ)
• Белки резилин и эластин​
• Полисульфидный каучук
• Эластолефин , эластичное волокно, используемое в производстве тканей.
• Поли(дихлорфосфазен) , «неорганический каучук», получаемый в результате полимеризации гексахлорфосфазена.

Смотрите также

• Формование жидких эластомеров
• Эластичность резины

Ссылки

1. Де, Садхан К. (31 декабря 1996 г.). Справочник технолога резины, том 1 (1-е изд.). Smithers Rapra Press. стр. 287. ISBN 978-1859572627. Архивировано из оригинала 2017-02-07 . Получено 7 февраля 2017 .
2. Gent, Alan N. "Elastomer Chemical Compound". Encyclopaedia Britannica . Архивировано из оригинала 2017-02-07 . Получено 7 февраля 2017 .
3. Alger, Mark (21 апреля 1989 г.). Словарь полимерной науки. Springer. стр. 503. ISBN 1851662200. Архивировано из оригинала 2017-02-07 . Получено 7 февраля 2017 .
4. Бочковска, Анна; Аветян, Стефан Ф.; Пьетжко, Станислав; Куржидловски, Кшиштоф Й. (2012-03-01). «Механические свойства магнитореологических эластомеров при сдвиговой деформации». Композиты, часть B: Инженерное дело . 43 (2): 636–640. doi :10.1016/j.compositesb.2011.08.026. ISSN  1359-8368.
5. Ляо, Гоцзян; Гун, Синлун; Сюань, Шоуху (2013-09-01). «Влияние деформации сдвига на нормальную силу магнитореологического эластомера». Materials Letters . 106 : 270–272. Bibcode : 2013MatL..106..270L. doi : 10.1016/j.matlet.2013.05.035. ISSN  0167-577X.

Внешние ссылки

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