Эбонит — торговая марка материала, известного как твердая резина или вулканит , получаемого путем вулканизации натурального каучука в течение длительных периодов времени. Эбонит может содержать от 25% до 80% серы и льняного масла . [1] [2] Его название происходит от его предполагаемого использования в качестве искусственного заменителя черного дерева. Материал также назывался вулканитом , [3] хотя это название формально относится к минералу вулканиту .
Брат Чарльза Гудиера , Нельсон Гудиер, экспериментировал с химией эбонитовых композитов. В 1851 году он использовал оксид цинка в качестве наполнителя. [4] Хью Сильвер дал ему такое название. [5]
Процент серы, применяемые температуры и продолжительность вулканизации являются основными переменными, которые определяют технические свойства твердого резинового полисульфидного эластомера . Происходящая реакция в основном представляет собой присоединение серы к двойным связям, образуя внутримолекулярные кольцевые структуры, поэтому большая часть серы сильно сшита в форме внутримолекулярного присоединения. В результате максимального содержания серы до 40% ее можно использовать для сопротивления набуханию и минимизации диэлектрических потерь. Самые прочные механические свойства и наибольшая термостойкость достигаются при содержании серы около 35%, в то время как самая высокая ударная вязкость может быть получена при более низком содержании серы 30%. Жесткость твердой резины при комнатной температуре объясняется силами Ван-дер-Ваальса между внутримолекулярными атомами серы. Постепенное повышение температуры увеличивает молекулярные колебания, которые преодолевают силы Ван-дер-Ваальса, делая ее эластичной. Твердая резина имеет плотность, зависящую от смеси компонентов, около 1,1–1,2. При повторном нагревании твердая резина проявляет эффект памяти формы и может быть довольно легко переформирована в определенных пределах. В зависимости от процентного содержания серы твердая резина имеет термопластичный переход или температуру размягчения от 70 до 80 °C (от 158 до 176 °F).
Материал хрупкий, что создает проблемы при его использовании, например, в корпусах аккумуляторов, где целостность корпуса имеет жизненно важное значение для предотвращения утечки серной кислоты . В настоящее время его обычно заменяют полипропиленом , наполненным техническим углеродом .
Под воздействием ультрафиолетовой части дневного света твердая резина окисляется. Последующее воздействие влаги связывает воду со свободной серой на поверхности, создавая на поверхности сульфаты и серную кислоту , которые очень гигроскопичны . Сульфаты конденсируют воду из воздуха, образуя на поверхности гидрофильную пленку с благоприятными характеристиками смачиваемости . [6] Эти процессы старения постепенно обесцвечивают поверхность от серовато-зеленого до коричневого цвета и вызывают быстрое ухудшение электрического поверхностного сопротивления.
Загрязненный эбонит был проблематичным, когда его использовали в электронике. Во время производства эбонит прокатывали между листами металлической фольги, которые отслаивались, оставляя следы металла. Для электронного использования поверхность шлифовали, чтобы удалить эти металлические частицы. [7]
Твёрдая резина использовалась в шарах для боулинга начала 20 века ; однако она была постепенно вытеснена в пользу других материалов (название Ebonite остаётся торговым наименованием одного из основных производителей полимерных шаров). [8] Она использовалась в электрических вилках, мундштуках для табачных трубок (в конкуренции с Lucite ), рыболовных катушках, хоккейных шайбах , корпусах перьевых ручек [9] [10] и подающих устройствах для перьев, мундштуках для саксофонов и кларнетов , а также в полностью влагоустойчивых кларнетах. [11] [ необходим лучший источник ] Твёрдая резина часто рассматривается как материал колёс в роликах . Она также широко используется в классах физики для демонстрации статического электричества , поскольку она находится на отрицательном конце трибоэлектрического ряда или около него . [ необходима цитата ]
Твердая резина использовалась в корпусах автомобильных аккумуляторов в течение многих лет, таким образом, черный цвет стал их традиционным цветом даже после того, как более прочные современные пластики, такие как полипропилен, были заменены. Он использовался в течение десятилетий в расческах для волос, производимых Ace, теперь частью Newell Rubbermaid , хотя известно, что современные модели производятся исключительно из пластика. [12]
Эбонит используется в качестве антикоррозионного покрытия для различных (в основном складских) сосудов, содержащих разбавленную соляную кислоту . Он образует пузырьки при хранении плавиковой кислоты при температурах выше комнатной или в течение длительного времени. [13]
