En elastomer er en polymer, der udviser " elastiske " egenskaber, opnået efter tværbinding . Det understøtter meget store deformationer inden brud . Udtrykket gummi er et almindeligt synonym for elastomer.
Elastomere materialer såsom dæk er ofte baseret på naturgummi (akronym NR) og syntetisk gummi (afskåret).
Naturlig gummi var den eneste kendte elastomer i lang tid.
I 1860 , viste den engelske kemiker Charles Hanson Greville Williams, at dette materiale var en poly isoprenoid .
Det første patent på fremstilling af syntetisk gummi blev indgivet den 12. september 1909af den tyske kemiker Fritz Hofmann .
Strengt taget er elastomerer ikke en del af plast .
De fleste elastomerer er organiske polymerer . De er fremragende brændstoffer. Silikone elastomerer er kendetegnet ved deres mineralske natur.
En elastomer er et amorft materiale med en lav glasovergangstemperatur ( Tv ) (ofte under -40 ° C ).
Elastomeren gennemgår kun elastisk deformation , mens plastomeren under påvirkning kan undergå elastisk deformation ledsaget af plastisk (permanent) deformation. Plastomerer er en klasse af lineære polymerer afledt af ethylen, udviklet i begyndelsen af 1990'erne.
For at forstå deres bemærkelsesværdige elastiske egenskaber er det vigtigt at bemærke, at elastomererne opnås fra lineære polymerer, som ved stuetemperatur (meget højere end deres Tv , jf. Ovenfor) er væsker (meget tyktflydende ); samhørighedskræfterne mellem polymerkæderne er meget svage i samme størrelsesorden som dem, der findes i flygtige molekylære væsker og gasser .
Makromolekylære kæder foldes normalt ; denne tilstand er en konsekvens af den store rotationsfrihed for kædenes ( led ) i forhold til hinanden og af de uordnede termiske omrøringsbevægelser ( Brownian-bevægelser ), som permanent påvirker dem; en kæde kan således tage forskellige konformationer, der følger hinanden på en tilfældig måde ; den foldede tilstand af en kæde kan kun beskrives statistisk .
For at begrænse glidningen af kæderne i den flydende polymer i forhold til hinanden, skaber en let tværbinding forankringsknudepunkter, mens materialet får en tredimensionel struktur . På samme måde som før foldes kædesegmenterne mellem to knudepunkter normalt (diagram A overfor). Hvis der trækkes en trækkraft på strukturen, udfolder segmenterne sig, og afstanden mellem to knudepunkter øges betydeligt (diagram B ); materialet er meget deformerbart .
Når trækspændingen fjernes, forbliver materialet ikke i sin strakte tilstand, men under den næsten eksklusive virkning af browniske bevægelser af leddene vender kædesegmenterne tilbage til deres oprindelige foldede tilstand (som statistisk repræsenterer deres tilstand mest sandsynligt) ( diagram A ). Denne reversibilitet af deformationen karakteriserer en elastisk deformation .
Entropi-elasticitet - Spændingen har tendens til at ordne kædesegmenterne af materialet, denne modifikation ledsages af et fald i systemets entropi ; fjernelsen af spændingen bringer materialet tilbage til dets oprindelige tilstand af uorden (den mest sandsynlige tilstand svarende til systemets højeste entropi). Elastomerer, for hvilke ligevægtstilstanden svarer til deres maksimale entropi, er faste stoffer med entropielasticitet ; deres evne til elastisk deformation er høj. De adskiller sig i dette fra faste stoffer med entalpielasticitet (metaller, krystallinsk keramik, mineral- eller organiske glas, stærkt tværbundne termohærdende polymerer osv. ), For hvilke ligevægtstilstanden svarer til deres minimale entalpi ; deres evne til elastisk deformation er meget begrænset.
Elastomerer er generelt termohærdende , der består af lange, svagt tværbundne polymerkæder . De fremstilles ved at fremstille broer (korte eller lange) mellem molekylære kæder ved hjælp af et ofte komplekst tværbindingssystem under påvirkning af temperatur og muligvis tryk.
I modsætning til en termoplastisk polymer flyder ikke elastomere (lavt tværbundne) profiler efter ekstrudering .
Med hensyn til transformation af elastomerer repræsenterer ekstrudering 10 volumen% mod 90% til støbning .
Nogle elastomerer er termoplast [" termoplastisk elastomer " (TPE), såsom copolymeren styren-butadien (SBS)], og deres implementeringsanvendelser er normalt forbeholdt termoplastiske polymerteknikker.
De fleste er amorfe i karakter; NR, CR og F KM (fluorelastomer) elastomerer er kendetegnet ved deres polykrystallinske karakter .
De bruges oftest ved en temperatur over deres glasovergangstemperatur på det gummiagtige plateau.
Deres densitet varierer fra 0,86 ( EPDM ) til 1,8 [FVMQ (fluorsiliconelastomer), FKM].
The Shore En måling skala måler deres hårdhed (fra 30 til 95). Der er et andet instrument til måling af hårdhed, DIDC durometer (international hårdhed af gummi, foretrukket frem for Shore A ).
Rå elastomerer er ikke brugsklare materialer, de skal formuleres især for at opfylde kravene i en defineret applikation. De indeholder 20 til 40% af polymerer, resten består af fyldstoffer , blødgøringsmidler (e), et vulkaniseringsmiddel, såsom svovl eller en organisk peroxid , til dannelse af de broer, vulkanisering accelerator (er), forskellige additiver (f.eks at lette forarbejdning til beskyttelse mod ilt , ozon , varme, flamme , UV-stråler ) og ofte kønrøg ; denne nanokomponent er multifunktionel: anvendes især som et pigment, fyldstof til forstærkning af de mekaniske egenskaber ved elastomerer, stabilisator og elektrisk leder.
Mættede elastomerer er ikke vulkaniserbare med svovl. Næsten alle elastomerer kan vulkaniseres med organisk peroxid.
Hvad der gør elastomerer specielle er deres evne til elastiske kollisioner , såsom elastisk rebound og stretch , som gør det muligt for dem at vende tilbage til deres oprindelige form, efter at stress er ophørt. Denne specielle egenskab tilegnes ved tilstedeværelsen af viklinger og netværksnoder (disse links er henholdsvis lejlighedsvise og permanente; broer fungerer som "fjedre").
En elastomer tåler meget store deformationer (op til ca. 1000%) før brud, næsten fuldstændig reversibel . Tværtimod ville en stiv polymer, som ville blive deformeret med 100%, opretholde en betydelig deformation: den er kvalificeret som "elastoplast".
Denne skelnen mellem elastomerer og andre polymerer svarer til den adfærd, der observeres ved stuetemperatur. Faktisk afhænger polymerers opførsel af temperaturen, spændingshastigheden og deformationen.
Blandt andre anvendelser falder det medicinske handsker (traditionelt lavet af latex ), bælterne , slangerne , transportbåndene , sprinklerrørene .
En elastomer består af lange molekylære kæder samlet i hvile i "bolde". Disse kæder er typisk forbundet med viklinger, tværbindingsnoder eller polære bindinger med mineralfyldstoffer; de danner et netværk.
De mekaniske egenskaber ved elastomerer afhænger primært af brodensiteten (antal broer pr. Volumenhed) og typen af bro ( art og længde ). Jo højere brodensiteten (tæt netværk) er, desto stivere er elastomeren. Tværbindingssystemet (type og hastighed) er også en af de vigtige parametre. Det hårde gummi , hårde og skøre materiale, der blev opdaget af Charles Goodyear , er et ekstremt tilfælde af vulkaniseret gummi.
Umættede og ikke- polære elastomerer (god resistivitet ) til generelle formål inkluderer:
Deres temperatur grænse for kontinuerlig brug er mindre end 80 ° C . De viser lav modstand mod olie og ozon (denne gas angriber kun under mekanisk belastning og på overfladen).
Masseandelen af NR plus SBR i et dæk er ca. 80%.
NR, SBR, BR og IR repræsenterer henholdsvis 40, 37, 10 og 3% af den samlede produktion af elastomer.
Det globale gummiforbrug i 2010 blev anslået til 24,3 millioner ton.
NR og IR elastomererNaturgummilatex indeholder lave niveauer af protein og vitaminer .
Blandt de forskellige kvaliteter af naturgummi, der er tilgængelige, giver dem af overlegen kvalitet, lys i farve (lavt indhold af urenheder) den bedste modstandsdygtighed over for aldring af temperaturen. De er forbeholdt små tekniske dele, fordi de er de dyreste (7 € / kg i 2007).
NR og IR elastomerer har dæmpningsegenskaber og høj strækbarhed ( maksimal brudforlængelse (A / R) på 750%). Den maksimale trækstyrke (R / R) er 30 M Pa . Deres "modstandsdygtighed" og rivestyrke (R / d) er fremragende.
De kan anvendes kontinuerligt fra -50 til 65 ° C . Disse elastomerer er dem, der aldrer mindst godt; opvarmet over 65 ° C , begynder de at blive ældre og blive klæbrige.
Deres temperatur grænse for kontinuerlig brug er mindre end 150 ° C .
De viser høj varmebestandighed og / eller en (eller flere) specifikke egenskaber.
Med hensyn til deres struktur har de fleste ikke en carbon-carbon dobbeltbinding (derfor intet labilt hydrogenatom i den allyliske position ) og kan derfor ikke vulkaniseres med svovl.
De repræsenterer et lille volumen (5% af elastomererne), og de er de dyreste (pris> 3 € / kg ).