En elastomer er en polymer som har " elastiske " egenskaper, oppnådd etter tverrbinding . Den støtter veldig store deformasjoner før brudd . Begrepet gummi er et vanlig synonym for elastomer.
Elastomere materialer som dekk er ofte basert på naturgummi (akronym NR) og syntetisk gummi (kuttet).
Naturlig gummi var den eneste kjente elastomeren på lenge.
I 1860 , den engelske kjemikeren Charles Hanson Greville Williams viste at dette materialet var en poly isoprenoid .
Det første patentet på produksjon av syntetisk gummi ble arkivert den 12. september 1909av tysk kjemiker Fritz Hofmann .
Strengt tatt er ikke elastomerer en del av plast .
De fleste elastomerer er organiske polymerer . De er gode drivstoff. Silikon elastomerer er preget av sin mineral natur.
En elastomer er et amorft materiale med lav glassovergangstemperatur (T v ) (ofte under −40 ° C ).
Elastomeren gjennomgår bare elastisk deformasjon , mens plastomeren , under påvirkning av påvirkning, kan gjennomgå elastisk deformasjon ledsaget av plastisk (permanent) deformasjon. Plastomerer er en klasse av lineære polymerer avledet fra etylen, utviklet på begynnelsen av 1990-tallet.
For å forstå deres bemerkelsesverdige elastiske egenskaper , er det viktig å merke seg at elastomerene er hentet fra lineære polymerer som ved romtemperatur (mye høyere enn T v , jf. Ovenfor), er væsker (veldig tyktflytende ); kohesjonskreftene mellom polymerkjedene er veldig svake, av samme størrelsesorden som de som finnes i flyktige molekylære væsker og gasser .
Makromolekylære kjeder er normalt brettet ; denne tilstanden er konsekvensen av den store rotasjonsfriheten til "lenker" i kjedet ( lenker ) i forhold til hverandre og av de uordnede termiske omrøringsbevegelsene ( Brownian bevegelser ) som permanent påvirker dem; en kjede kan således ta forskjellige konformasjoner som følger hverandre på en tilfeldig måte ; den brettede tilstanden til en kjede kan bare beskrives statistisk .
For å begrense glidningen av kjedene til den flytende polymeren i forhold til hverandre, skaper en liten tverrbinding forankringsnoder samtidig som materialet får en tredimensjonal struktur . På samme måte som før er kjedesegmentene mellom to noder normalt brettet (diagram A motsatt). Hvis det trekkes trekk på strukturen, utfolder segmentene seg og avstanden mellom to noder øker betraktelig (diagram B ); materialet er veldig deformerbart .
Når strekkbelastningen fjernes, forblir ikke materialet i sin strekkede tilstand, men under den nesten eksklusive virkningen av bruniske bevegelser av leddene, går kjedesegmentene tilbake til sin opprinnelige brettede tilstand (som statistisk representerer deres tilstand mest sannsynlig) ( diagram A ). Denne reversibiliteten til deformasjonen karakteriserer en elastisk deformasjon .
Entropi-elastisitet - Spenningen har en tendens til å ordne kjedens segmenter av materialet, denne modifikasjonen ledsages av en reduksjon i systemets entropi ; fjerning av spenningen bringer materialet tilbake til sin opprinnelige tilstand av uorden (mest sannsynlige tilstand tilsvarende den høyeste entropien i systemet). Elastomerer, for hvilke likevektstilstanden tilsvarer deres maksimale entropi, er faste stoffer med entropielastisitet ; deres kapasitet for elastisk deformasjon er høy. De skiller seg fra dette fra faste stoffer med entalpielastisitet (metaller, krystallinsk keramikk, mineral- eller organiske glass, sterkt tverrbundne termohærdende polymerer, etc. ) der likevektstilstanden tilsvarer deres minimum entalpi ; deres evne til elastisk deformasjon er svært begrenset.
Elastomerer er vanligvis termohærdende , består av lange, svakt tverrbundne polymerkjeder . De produseres ved å lage broer (korte eller lange) mellom molekylære kjeder, ved hjelp av et ofte komplekst tverrbindingssystem, under påvirkning av temperatur og muligens trykk.
I motsetning til en termoplastisk polymer , strømmer ikke elastomere (lavt tverrbundne) profiler etter ekstrudering .
Når det gjelder transformasjonen av elastomerer, representerer ekstrudering 10 volum%, mot 90% for støping .
Noen elastomerer er termoplast [" termoplastisk elastomer " (TPE) slik som kopolymer styren-butadien (SBS)], og deres implementeringsanvendelser er vanligvis reservert for teknikker for termoplastiske polymerer.
De fleste er amorfe i karakter; NR, CR og F KM (fluorelastomer) elastomerer er preget av deres polykrystallinske karakter .
De brukes oftest ved en temperatur over glassovergangstemperaturen, på det gummiaktige platået.
Tettheten deres varierer fra 0,86 ( EPDM ) til 1,8 [FVMQ (fluorsilikonelomer), FKM].
Den Shore En måling skala måler deres hardhet (30-95). Det er et annet instrument for måling av hardhet, DIDC durometer (internasjonal hardhet av gummi, foretrukket fremfor Shore A ).
Rå elastomerer er ikke klare til bruk, de må formuleres spesielt for å oppfylle kravene til en definert applikasjon. De inneholder ca. 20 til 40% av polymerer, resten består av fyllstoffer , mykgjørere (s), et vulkaniserende middel, slik som svovel eller et organisk peroksyd , for å danne broer, vulkanisering akselerator (s), forskjellige tilsetninger (f.eks for å lette behandlingen , for beskyttelse mot oksygen , ozon , varme, flamme , UV-stråler ) og ofte kullsvart ; denne nanokomponenten er multifunksjonell: brukes spesielt som pigment, fyllstoff for å forsterke de mekaniske egenskapene til elastomerer, stabilisator og elektrisk leder.
Mettede elastomerer er ikke vulkaniserbare med svovel. Nesten alle elastomerer kan vulkaniseres med organisk peroksid.
Det som gjør elastomerer spesielle, er deres evne til elastiske kollisjoner , som elastisk rebound og stretch , som gjør at de kan gå tilbake til sin opprinnelige form etter at stress har opphørt. Denne spesielle egenskapen tilegnes ved tilstedeværelsen av forstyrrelser og nettverksnoder (disse koblingene er henholdsvis sporadiske og permanente; broer fungerer som "kilder").
En elastomer tåler svært store deformasjoner (opp til ca. 1000%) før brudd, nesten helt reversibel . Tvert imot vil en stiv polymer som vil bli deformert med 100% beholde en betydelig deformasjon: den er kvalifisert som "elastoplast".
Dette skillet mellom elastomerer og andre polymerer tilsvarer oppførselen som observeres ved romtemperatur. Faktisk avhenger oppførselen til polymerer av temperaturen, spenningshastigheten og deformasjonen.
Blant andre applikasjoner faller det medisinske hansker (tradisjonelt laget av latex ), beltene , slangene , transportbåndene , sprinklerrørene .
En elastomer består av lange molekylære kjeder samlet, i hvile, i "baller". Disse kjedene er typisk bundet sammen av viklinger, tverrbindende noder eller polare bindinger med mineralfyllstoffer; de danner et nettverk.
De mekaniske egenskapene til elastomerer avhenger primært av brotettheten (antall broer per volumsenhet) og brotypen ( natur og lengde ). Jo høyere brotetthet (tett nettverk), jo stivere er elastomeren. Tverrbindingssystemet (type og hastighet) er også en av de viktigste parameterne. Den hardgummi , hard og sprøtt materiale oppdaget av Charles Goodyear , er et ekstremt tilfelle av vulkanisert gummi.
Umettede og ikke- polære elastomerer (god resistivitet ) for generelle formål inkluderer:
Deres temperaturgrense på kontinuerlig bruk er mindre enn 80 ° C . De viser lav motstand mot olje og ozon (denne gassen angriper bare under mekanisk belastning og på overflaten).
Masseandelen av NR pluss SBR i et dekk er omtrent 80%.
NR, SBR, BR og IR representerer henholdsvis 40, 37, 10 og 3% av den totale elastomerproduksjonen.
Det globale gummiforbruket i 2010 ble anslått til 24,3 millioner tonn.
NR og IR elastomererNaturgummilatex inneholder lave nivåer av protein og vitaminer .
Blant de forskjellige gradene av naturgummi som er tilgjengelig, gir de av overlegen kvalitet, lys i farger (lite innhold av urenheter) best motstand mot aldring av temperaturen. De er reservert for små tekniske deler fordi de er de dyreste (7 € / kg i 2007).
NR og IR-elastomerer har dempningsegenskaper og høy strekkbarhet ( maksimal forlengelse ved brudd (A / R) på 750%). Maksimal strekkfasthet (R / R) er 30 M Pa . Deres "tack" og rivemotstand (R / d) er utmerket.
De kan brukes kontinuerlig fra -50 for å 65 ° C . Disse elastomerer er de som eldes minst godt; oppvarmet over 65 ° C , begynner de å eldes og bli klissete.
Deres temperaturgrense på kontinuerlig bruk er mindre enn 150 ° C .
De viser høy varmebestandighet og / eller en (eller flere) spesifikke egenskaper.
Når det gjelder strukturen, har de fleste ikke en karbon-karbon-dobbeltbinding (derfor ikke noe labilt hydrogenatom i den allyliske stillingen ) og kan derfor ikke vulkaniseres med svovel.
De representerer et lite volum (5% av elastomerer) og de er de dyreste (pris> 3 € / kg ).