Ik wil alles weten

Elastomeer

Pin
Send
Share
Send


Rubber, een elastomeer, wordt veel gebruikt voor de productie van banden.Chips van thermoplastisch polyurethaan.

Een elastomeer is een polymeer met de eigenschap van elasticiteit. Met andere woorden, het is een polymeer dat vervormt onder spanning en terugkeert naar zijn oorspronkelijke vorm wanneer de spanning wordt verwijderd. De term is een samentrekking van de woorden "elastisch polymeer". Er zijn veel soorten elastomeren, waarvan de meeste rubbers zijn. De voorwaarde elastomeer wordt daarom vaak door elkaar gebruikt met de term rubber. Andere elastomeren, die smelten bij verhitting, worden geclassificeerd als thermoplastisch.

Rubbers (zowel natuurlijke als synthetische) worden veel gebruikt voor de productie van banden, buizen, slangen, riemen, matten, handschoenen, speelgoedballonnen, elastiekjes, potloodgommen en kleefstoffen. Thermoplastische elastomeren worden gebruikt in fabricageprocessen, zoals door spuitgieten. Thermoplastische polyurethanen worden gebruikt voor verschillende toepassingen, waaronder de productie van schuimzittingen, afdichtingen, pakkingen en tapijtonderlaag.

Eigenschappen

A is een schematische tekening van een niet-gespannen polymeer en B is hetzelfde polymeer onder spanning. Wanneer de stress is verwijderd, keert B terug naar de A-configuratie. (De stippen vertegenwoordigen kruisverbindingen.)

Elastomeren zijn amorfe polymeren met aanzienlijke segmentale beweging. Hun algemene moleculaire vorm is vergeleken met een structuur "spaghetti en gehaktbal", waarbij de gehaktballetjes kruisverbindingen betekenen tussen de flexibele polymeerketens, die op spaghettistrengen lijken. Elke polymeerketen bestaat uit vele monomeersubeenheden, en elk monomeer bestaat gewoonlijk uit koolstof-, waterstof- en zuurstofatomen en soms siliciumatomen.

De meeste elastomeren zijn thermohardend, dat wil zeggen dat ze moeten worden uitgehard (door hitte, chemische reactie of bestraling). In het uithardingsproces worden de lange polymeerketens verknoopt door covalente bindingen, wordt het materiaal sterker en kan het niet opnieuw worden gesmolten en opnieuw worden gevormd. Sommige elastomeren zijn thermoplastisch, smelten tot een vloeibare toestand wanneer ze worden verwarmd en worden bros wanneer ze voldoende worden afgekoeld. In thermoplastische elastomeren zijn de polymeerketens verknoopt door zwakkere bindingen, zoals waterstofbindingen of dipool-dipool-interacties.

De elasticiteit is afgeleid van het vermogen van de lange ketens om zichzelf opnieuw te configureren om een ​​aangebrachte spanning te verdelen. Covalente verknopingen zorgen er in het bijzonder voor dat het elastomeer naar zijn oorspronkelijke configuratie terugkeert wanneer de spanning wordt verwijderd. Als gevolg van deze extreme flexibiliteit kunnen elastomeren zich afhankelijk van het specifieke materiaal omkeerbaar uitstrekken van 5 tot 700 procent. Zonder de verknopingen of met korte, ongemakkelijk opnieuw geconfigureerde ketens, zou de toegepaste spanning resulteren in permanente vervorming.

De temperatuur van het polymeer beïnvloedt ook de elasticiteit ervan. Elastomeren die zijn afgekoeld tot een glasachtige of kristallijne fase zullen minder mobiele ketens hebben en bijgevolg minder elasticiteit dan die gemanipuleerd bij temperaturen hoger dan de glasovergangstemperatuur van het polymeer. Bij omgevingstemperaturen zijn rubbers dus relatief zacht (Young's modulus van ongeveer 3 MPa) en vervormbaar.

Voorbeelden van elastomeren

Onverzadigde rubbers die kunnen worden genezen door vulkanisatie met zwavel:

  • Natuurlijk rubber (NR)
  • Synthetisch Polyisopreen (IR)
  • Butylrubber (copolymeer van isobutyleen en isopreen, IIR)
    • Gehalogeneerde butylrubbers (chloorbutylrubber: CIIR; Broombutylrubber: BIIR)
  • Polybutadieen (BR)
  • Styreen-butadieenrubber (copolymeer van polystyreen en polybutadieen, SBR)
  • Nitrilrubber (copolymeer van polybutadieen en acrylonitril, NBR), ook Buna N-rubbers genoemd
    • Gehydrogeneerde nitrilrubbers (HNBR) Therban en Zetpol
  • Chloropreenrubber (CR), polychloropreen, neopreen, Baypren etc.

(Merk op dat onverzadigde rubbers ook kunnen worden uitgehard door niet-zwavelvulcanisatie indien gewenst).

Verzadigde rubbers die niet kunnen worden genezen door vulkanisatie met zwavel:

  • EPM (ethyleenpropyleenrubber, een copolymeer van ethyleen en propyleen) en EPDM-rubber (ethyleen-propyleen-dieenrubber een terpolymeer van ethyleen, propyleen en een dieen-component)
  • Epichloorhydrine rubber (ECO)
  • Polyacrylrubber (ACM, ABR)
  • Siliconenrubber (SI, Q, VMQ)
  • Fluorosilicone Rubber (FVMQ)
  • Fluorelastomeren (FKM en FEPM) Viton, Tecnoflon, Fluorel, Aflas en Dai-El
  • Perfluoroelastomers (FFKM) Tecnoflon PFR, Kalrez, Chemraz, Perlast
  • Polyetherblokamiden (PEBA)
  • Chloorgesulfoneerd polyetheen (CSM), (Hypalon)
  • Ethyleen-vinylacetaat (EVA)

Verschillende andere soorten elastomeren:

  • Thermoplastische elastomeren (TPE), bijvoorbeeld Elastron, etc.
  • Thermoplastische vulcanisaten (TPV), bijvoorbeeld Santoprene TPV
  • Thermoplastisch polyurethaan (TPU)
  • Thermoplastische olefinen (TPO)
  • De eiwitten resilin en elastin
  • Polysulfide rubber

Toepassingen

De meeste elastomeren zijn rubbers, waaronder zowel natuurlijke als synthetische variëteiten. Ze worden voornamelijk gebruikt voor de productie van banden en buizen. Ze worden ook gebruikt om goederen te produceren zoals slangen, riemen, matten, handschoenen, speelgoedballonnen, elastiekjes, potloodgommen en kleefstoffen. Als vezel is rubber ("elastiek" genoemd) waardevol voor de textielindustrie. Ethyleenpropyleenrubber (EPR) is nuttig als isolatie voor hoogspanningskabels. Thermoplastische elastomeren zijn relatief eenvoudig te gebruiken in fabricageprocessen, zoals door spuitgieten.

Polyurethanen worden veel gebruikt in zeer veerkrachtige, flexibele schuimzittingen, afdichtingen, pakkingen, tapijtonderlaag, Spandex-vezels en elektrische potgrondstoffen.

Wiskundige achtergrond

Met behulp van de wetten van thermodynamica, spanningsdefinities en polymeerkenmerken,1 ideaal stressgedrag kan worden berekend met behulp van de volgende vergelijking:

waar is het aantal ketensegmenten per volume-eenheid, is de constante van Boltzmann, is temperatuur, en is vervorming in de 1 richting.

Deze bevindingen zijn nauwkeurig voor waarden tot ongeveer 400 procent spanning. Op dat moment begint uitlijning tussen uitgerekte ketens te resulteren in kristallisatie door niet-covalente binding.

Hoewel Young's modulus niet bestaat voor elastomeren vanwege de niet-lineaire aard van de spanning-rek relatie, kan een "secans modulus" worden gevonden bij een bepaalde stam.

Zie ook

Notes

  1. ↑ Treloar 2005.

Referenties

  • Budinski, Kenneth G. en Michael K. Budinski. 2002. Technische materialen: eigenschappen en selectie, 7e editie. ISBN 0130305332.
  • Mark, James E., Burak Erman en Frederick R. Eirich (eds.). 2005. Wetenschap en technologie van rubber, 3e editie. Amsterdam: Elsevier Academic Press. ISBN 978-0124647862.
  • Meyers, Marc A. en Krishan Kumar Chawla. 2007. Mechanisch gedrag van materialen. San Diego: M. Meyers. ISBN 978-1427614827.
  • Treloar, L.R.G. 2005. De fysica van rubberelasticiteit, 3e editie. Oxford: Clarendon Press. ISBN 978-0198570271.
  • Ward, I.M. en J. Sweeney. 2004. Een inleiding tot de mechanische eigenschappen van vaste polymeren. Chichester, West Sussex, UK: Wiley. ISBN 978-0471496267.

Bekijk de video: Polymeren 6 thermoplasten en thermoharders (November 2020).

Pin
Send
Share
Send