Elastomeeri on polymeeri , jolla on ” joustava ” ominaisuudet, jälkeen saatu silloittamalla . Se tukee erittäin suuria muodonmuutoksia ennen murtumista . Termi kumi on yleinen synonyymi elastomeerille.
Elastomeeriset materiaalit, kuten renkaat, perustuvat usein luonnonkumiin (lyhenne NR) ja synteettiseen kumiin (leikattu).
Luonnonkumi oli ainoa tunnettu elastomeeri pitkään.
Vuonna 1860 , Englanti kemisti Charles Hanson Greville Williams osoitti, että tämä materiaali oli poly isoprenoid .
Ensimmäinen patentti synteettisen kumin valmistuksesta jätettiin 12. syyskuuta 1909kirjoittanut saksalainen kemisti Fritz Hofmann .
Tarkkaan ottaen elastomeerit eivät ole osa muovia .
Useimmat elastomeerit ovat orgaanisia polymeerejä . Ne ovat erinomaisia polttoaineita. Silikoni elastomeerejä jotka eroavat mineraali luonteen.
Elastomeeri on amorfinen materiaali, jolla on matala lasittumislämpötila (T v ) (usein alle -40 ° C ).
Elastomeeri käy läpi vain elastisen muodonmuutoksen , kun taas plastomeeri voi stressin vaikutuksesta läpikäydä elastisen muodonmuutoksen, johon liittyy plastinen (pysyvä) muodonmuutos. Plastomeerit ovat eteenistä johdettujen lineaaristen polymeerien luokka, joka kehitettiin 1990-luvun alussa.
Niiden merkittävien elastisten ominaisuuksien ymmärtämiseksi on tärkeää huomata, että elastomeerit saadaan lineaarisista polymeereistä, jotka huoneenlämpötilassa (paljon korkeammat kuin niiden T v , vrt. Yllä) ovat nesteitä (erittäin viskooseja ); polymeeriketjujen yhteenkuuluvuusvoimat ovat hyvin heikkoja, saman suuruusluokan kuin haihtuvissa molekyylinesteissä ja kaasuissa .
Makromolekyyliset ketjut ovat yleensä taitettuja ; tämä tila on seurausta ketjun "linkkien" ( linkkien ) suuresta kiertovapaudesta toisiinsa nähden ja häiriöihin johtavista sekoittamattomista lämpösekoitusliikkeistä ( Brownin liikkeet ); ketju voi siten ottaa erilaisia konformaatioita, jotka seuraavat toisiaan satunnaisesti ; ketjun taitettua tilaa voidaan kuvata vain tilastollisesti .
Nestemäisen polymeerin ketjujen liukumisen rajoittamiseksi toisiinsa nähden pieni silloitus luo ankkurointisolmut antaen materiaalille kolmiulotteisen rakenteen . Samalla tavalla kuin ennen, ketjusegmenttejä kahden solmun välillä on yleensä taitettu (kaavio vastapäätä). Jos rakenteeseen kohdistuu vetoa, segmentit avautuvat ja kahden solmun välinen etäisyys kasvaa huomattavasti (kaavio B ); materiaali on hyvin muodonmuutosta .
Kun vetojännitys poistetaan, materiaali ei pysy venytetyssä tilassaan, mutta ketjujen segmentit palaavat alkuperäiseen taitettuun tilaansa (mikä tilastollisesti edustaa todennäköisimmin niiden tilaa todennäköisimmin) , kun linkkien Brownin liikkeet ovat melkein yksinomaisten vaikutusten alaisia. kaavio A ). Tämä muodonmuutoksen palautuvuus kuvaa joustavaa muodonmuutosta .
Entropian kimmoisuus - Jännitys pyrkii järjestämään materiaalin ketjusegmentit, tähän muutokseen liittyy järjestelmän entropian lasku ; stressin poistaminen palauttaa materiaalin alkuperäiseen häiriötilaansa (todennäköisin tila, joka vastaa järjestelmän korkeinta entropiaa). Elastomeerit, joiden tasapainotila vastaa niiden suurinta entropiaa, ovat kiinteitä aineita, joilla on entropian joustavuus ; niiden kyky elastiseen muodonmuutokseen on korkea. Ne eroavat tässä päässä kiintoaineen kanssa entalpia elastisuus (metallit, kiteinen keramiikkaa, mineraali- tai orgaanista lasit, erittäin silloitettu kertamuovipolymeereistä, jne. ) Ja tasapainotilan vastaa niiden vähintään entalpia ; niiden kyky elastiseen muodonmuutokseen on hyvin rajallinen.
Elastomeerit ovat yleensä lämpökovettuvia , jotka koostuvat pitkistä, heikosti silloitetuista polymeeriketjuista . Ne valmistetaan tekemällä siltoja (lyhyitä tai pitkiä) molekyyliketjujen välille käyttämällä usein monimutkaista silloitusjärjestelmää lämpötilan ja mahdollisesti paineen vaikutuksesta.
Toisin kuin termoplastinen polymeeri , elastomeeriset (matalasti silloitetut) profiilit eivät virtaa suulakepuristuksen jälkeen .
Mitä tulee elastomeerien transformaatioon, suulakepuristuksen osuus on 10 tilavuusprosenttia verrattuna 90 prosenttiin muovaukseen .
Jotkut elastomeerit ovat termoplastisia [" termoplastisia elastomeerejä " (TPE), kuten kopolymeeri styreenibutadieeni (SBS)], niiden toteuttamisessa käytetään yleensä varattu termoplastisten polymeeritekniikoiden käyttöön.
Useimmat ovat luonteeltaan amorfisia; NR, CR ja F KM (fluorielastomeeri) elastomeerit erotetaan niiden monikiteisestä luonteesta .
Niitä käytetään useimmiten lasittumislämpötilan yläpuolella olevassa lämpötilassa kumimaisella tasangolla.
Niiden tiheys vaihtelee välillä 0,86 ( EPDM ) 1,8: een [FVMQ (fluorisilikoni-elastomeeri), FKM].
Shore mittaus asteikko mittaa niiden kovuus (30-95). Kovuuden mittaamiseksi on toinen väline, DIDC-durometri (kumin kansainvälinen kovuus, suositeltava Shore A: n sijasta ).
Raakaelastomeerit eivät ole käyttövalmiita materiaaleja, ne on formuloitava erityisesti vastaamaan määritellyn sovelluksen vaatimuksia. Ne sisältävät noin 20-40% polymeerejä, loput koostuu täyteaineista , pehmittimistä , vulkanointiaineista, kuten rikki tai orgaaninen peroksidi , siltojen muodostamiseksi, vulkanointikiihdyttimet ( kiihdyttimet ), erilaiset lisäaineet (esimerkiksi käsittelyn helpottamiseksi , suojaamiseksi hapelta , otsonilta , kuumuudelta, liekiltä , UV-säteiltä ) ja usein hiilimustalta ; tämä nanokomponentti on monitoiminen: käytetään erityisesti pigmenttinä, täyteaineena elastomeerien, stabilointiaineen ja sähköjohtimen mekaanisten ominaisuuksien vahvistamiseksi.
Tyydyttyneet elastomeerit eivät ole vulkanoitavissa rikin kanssa. Lähes kaikki elastomeerit voidaan vulkanoida orgaanisella peroksidilla.
Elastomeerien erityispiirteenä on niiden kyky elastisiin törmäyksiin , kuten elastiseen palautumiseen ja venyttämiseen , mikä antaa heille mahdollisuuden palata alkuperäiseen muotoonsa stressin loppuessa. Tämä erityispiirre saavutetaan takertumien ja verkkosolmujen läsnäololla (nämä linkit ovat vastaavasti satunnaisia ja pysyviä; sillat toimivat "jousina").
Elastomeeri kestää hyvin suuria muodonmuutoksia (jopa noin 1000%) ennen repeämistä, melkein täysin palautuvia . Päinvastoin, jäykkä polymeeri, joka muuttuisi 100%, säilyttäisi merkittävän muodonmuutoksen: se luokitellaan "elastoplastiseksi".
Tämä ero elastomeerien ja muiden polymeerien välillä vastaa huoneen lämpötilassa havaittua käyttäytymistä. Polymeerien käyttäytyminen riippuu lämpötilasta, jännitysnopeudesta ja muodonmuutoksesta.
Muiden sovellusten joukossa se kuuluu lääketieteellisiin käsineisiin (perinteisesti lateksista ), hihnoihin , letkuihin , kuljetinhihnoihin , sprinkleriputkiin .
Elastomeeri koostuu pitkistä molekyyliketjuista, jotka on kerääntynyt levossa "palloihin". Nämä ketjut ovat tyypillisesti yhdistetty toisiinsa kietoutumisilla, silloitussolmuilla tai polaarisilla sidoksilla mineraalitäyteaineiden kanssa; ne muodostavat verkon.
Elastomeerien mekaaniset ominaisuudet riippuvat ensisijaisesti siltatiheydestä (siltojen lukumäärä tilavuusyksikköä kohti) ja siltatyypistä ( luonne ja pituus ). Mitä suurempi sillan tiheys (tiheä verkko), sitä jäykempi elastomeeri. Silloitusjärjestelmä (tyyppi ja nopeus) on myös yksi tärkeistä parametreista. Kova kumi , kovaa ja haurasta materiaalia löysi Charles Goodyear , on äärimmäinen tapaus vulkanoitua kumia.
Yleiskäyttöisiä tyydyttymättömiä ja polaarittomia (hyvä vastus ) elastomeereja ovat:
Niiden lämpötilan raja jatkuva käyttö on vähemmän kuin 80 ° C: ssa . Niillä on alhainen vastustuskyky öljyä ja otsonia vastaan (tämä kaasu hyökkää vain mekaanisessa rasituksessa ja pinnalla).
NR: n ja SBR: n massaosuus renkaassa on noin 80%.
NR, SBR, BR ja IR edustavat vastaavasti 40, 37, 10 ja 3% elastomeerin kokonaistuotannosta.
Kumin kokonaiskulutuksen arvioitiin vuonna 2010 olevan 24,3 miljoonaa tonnia.
NR- ja IR-elastomeeritLuonnonkumilateksi sisältää vähän proteiineja ja vitamiineja .
Erilaisista saatavissa olevista luonnonkumista on parasta laatua, väriltään vaaleaa (vähän epäpuhtauksia), jotka kestävät parhaiten lämpötilan ikääntymistä. Ne on varattu pienille teknisille osille, koska ne ovat kalleimpia (7 € / kg vuonna 2007).
NR- ja IR-elastomeereillä on vaimennusominaisuudet ja korkea venyvyys ( suurin murtovenymä (A / R) on 750%). Suurin vetolujuus (R / R) on 30 M Pa . Heidän tarttumis- ja repäisykestävyytensä (R / d) ovat erinomaiset.
Niitä voidaan käyttää jatkuvasti -50 kohteeseen 65 ° C: seen . Nämä elastomeerit ikääntyvät vähiten; ne lämmitetään yli 65 ° C: seen , ne alkavat ikääntyä ja muuttua tahmeaksi.
Niiden lämpötilan raja jatkuva käyttö on alle 150 ° C: ssa .
Niillä on korkea lämmönkestävyys ja / tai yksi (tai useampi) erityisominaisuus.
Osalta niiden rakenne, useimmat ei ole hiili-hiili- kaksois- sidoksen (siis ei labiilin vedyn atomin allyylin asennossa ), ja sen vuoksi ei voida vulkanoitu rikillä.
Ne edustavat pientä määrää (5% elastomeereistä) ja ovat kalleimpia (hinta> 3 € / kg ).