Эластомеры - удивительные материалы, сочетающие в себе свойства твердых тел и жидкостей. Они могут растягиваться в несколько раз, а затем возвращаться к исходным размерам. Благодаря этому эластомеры находят широкое применение в промышленности и быту.
Что такое эластомеры
Эластомеры - это полимеры, обладающие высокоэластичными свойствами и вязкостью. Они могут сильно деформироваться под нагрузкой и затем восстанавливать свою первоначальную форму.
Основные свойства эластомеров:
- Высокая эластичность и способность к большим обратимым деформациям
- Низкий модуль упругости
- Способность работать в широком интервале температур
В отличие от других полимерных материалов, эластомеры обладают более низкой прочностью и жесткостью, зато они значительно более эластичны и могут выдерживать бо́льшие деформации.
Классификация эластомеров
Различают натуральные и синтетические эластомеры.
Натуральные эластомеры получают из природного сырья, чаще всего это натуральный каучук. Синтетические эластомеры синтезируют искусственно с заданными свойствами.
По химическому составу эластомеры делят на такие группы:
- Углеводородные
- Фторсодержащие
- Хлорсодержащие
- Кремнийорганические
По назначению различают эластомеры общего назначения и специальные эластомеры.
Получение эластомеров
Натуральный каучук получают из сока каучуконосных растений (гевеи, фикуса). Этот сок называется латексом. Его собирают, очищают и высушивают, получая каучук.
Синтетические эластомеры получают путем полимеризации различных мономеров - стирола, бутадиена, изопрена. В зависимости от условий синтеза можно получать эластомеры с нужными свойствами.
Например, бутилкаучук синтезируют методом катионной сополимеризации изобутилена и небольшого количества изопрена. Хлоропреновые каучуки получают эмульсионной полимеризацией хлоропрена.
Свойства и применение основных эластомеров
Натуральный каучук
Натуральный каучук обладает высокой эластичностью - способен растягиваться до 1000% от первоначального размера. Отличается хорошими диэлектрическими свойствами.
Применяется главным образом для производства резиновых изделий, таких как шины, резиновая обувь, технические резиновые детали.
Синтетический полиизопрен
Синтетический полиизопрен получают полимеризацией изопрена. По своим свойствам он близок к натуральному каучуку, но превосходит его по однородности и чистоте.
Используется для изготовления резин с улучшенными физико-механическими и эксплуатационными характеристиками.
Бутилкаучук
Бутилкаучук отличается повышенной химической стойкостью, в частности к действию кислот и щелочей. Также обладает низкой газо- и паропроницаемостью.
Применяется для изготовления уплотнителей, прокладок, кабельных изделий, медицинских изделий.
Хлоропреновый каучук
Хлоропреновый каучук устойчив к воздействию масел и органических растворителей. Отличается повышенной адгезией к различным материалам.
Используется для производства резиновых уплотнителей, прокладок, шлангов, конвейерных лент.
Что такое каучук
Каучук - это эластомер, способный сильно растягиваться и затем возвращаться к исходному состоянию. Из каучука изготавливают резину путем вулканизации.
Различают натуральный и синтетический каучук. Натуральный каучук получают из сока растений, синтетический производят искусственно из нефтехимического сырья.
Переработка эластомеров
Переработка эластомеров в изделия включает несколько стадий:
- Подготовка сырья - измельчение и смешивание компонентов
- Пластикация - доведение смеси до вязко-текучего состояния
- Формование изделия заданной формы
- Вулканизация - сшивание макромолекул под действием серы при нагревании
- Отделочные операции для придания изделиям товарного вида
Подготовка сырья
На первом этапе эластомер измельчают, смешивают с ингредиентами рецептуры (вулканизирующие агенты, масла, наполнители, красители и др.). Получается однородная масса, готовая к дальнейшей переработке.
Пластикация
Затем смесь подвергают интенсивному перемешиванию и нагреванию до температуры 120-180°С. Эластомер переходит в вязко-текучее состояние и становится пригодным для формования.
Формование
На этапе формования заготовку придают нужную форму с помощью пресс-форм. В зависимости от типа эластомера и сложности изделия применяют прессование, экструзию, литье под давлением и другие методы.
Вулканизация
Вулканизация проводится для придания эластомеру прочности, эластичности и долговечности. При нагревании до 140-180°С происходит сшивание макромолекул серосодержащими группами, образуется пространственная сетка.
Степень вулканизации контролируют по времени, температуре и изменению физико-механических свойств. Перевулканизация приводит к потере эластичности и хрупкости материала.
Отделочные операции
После вулканизации изделия подвергают различной отделке:
- Обрезка кромок
- Полировка поверхностей
- Нанесение защитных покрытий
- Контроль качества
Таким образом придают изделиям товарный вид и потребительские свойства. Готовую продукцию упаковывают и отправляют на склад.
Способы повышения свойств эластомеров
Существует несколько основных способов улучшения свойств эластомеров:
Модификация химического состава
Введение в полимерную цепь различных функциональных групп позволяет целенаправленно изменять свойства эластомера. Например, введение полярных групп повышает адгезию к различным материалам.
Введение наполнителей
Наполнители (технический углерод, каолин, мел и др.) повышают прочность и твердость резин, снижают стоимость. Они вводятся на стадии подготовки резиновых смесей в количестве до 60% по массе.
Создание композиционных материалов
Эластомеры используют в качестве связующего для создания резинотехнических изделий, армированных текстилем, металлокордом или другими материалами. Это позволяет получать композиты с уникальным комплексом свойств.
Применение эластомерных материалов
Благодаря ценным свойствам, эластомеры широко используются:
- В автомобиле- и самолетостроении - для изготовления шин, уплотнителей, амортизаторов
- В машиностроении - для приводных ремней, виброизоляторов, уплотнений
- В бытовой технике и электронике - уплотнения, прокладки, кабели
- В медицине - для изделий одноразового применения, имплантатов
Перспективны композиты на основе эластомеров с углеродными нанотрубками и графеном, что открывает путь к созданию принципиально новых материалов.
