Еластомери. Основні особливості цього класу полімерних розчинів - дуже висока пружна деформація і малий модуль пружності. Якщо для металевих матеріалів пружна деформація становить близько 0,1%, для більшості полімерів її значення при нормальних температурах не перевищують 2 ÷ 5%, то еластомери мо-гут розтягуватися на 1000%. Це означає, що при нормальних тим-пература еластомери (каучуки) знаходяться в високоеластичном со-стоянні.
Така виключно висока гнучкість пояснюється тим, що макромолекули в ненапруженому, рівноважному стані мають вигини, витки, петлі (рис. 15.9). Під дією прикладеної на-Грузьке макромолекули витягуються, т. Е. Початкове подовження відбувається за рахунок розпрямлення макромолекули, а не за рахунок розтягування зв'язків між її ланками. Тому вже при невеликих зусиллях досягається значна деформація, т. Е. Значення модуля пружності малі.
Мал. 15.9. Схематична форма макромолекули
В процесі навантаження, в міру того як макромолекули витя-ГІВА, їх деформація вимагає великих зусиль. Після закін-ного розпрямлення макромолекул деформація реалізується тільки шляхом розтягування зв'язків між їх ланками, т. Е. Визначається силою цих зв'язків, що вимагає докладання великих зусиль. Це означає, що в міру подовження змінюється значення модуля пружності еластомеру (він зростає дуже сильно - в 1000 разів, приблизно від 10 до 10 000 МПа), т. Е. Матеріал не підкоряється закону Гука і залежність між деформацією і напругою не прямолінійна (рис . 15.10).
Мал. 15.10. Крива розтягування еластомеру
Природними еластомерами є натуральні каучуки (НК), їх отримують з соку рослин гевеї бразильської, кок-сагиз, тау-сагиз. Каучуки можуть бути також синтезовані. З синтетичні-чеських каучуків (СК) найбільш поширені натрій-бутадієн-вий (СКБ), бутадіенстірольний (СКС) та ін. За своєю структурою каучуки є лінійними полімерами. Вони відрізняються дуже високою еластичністю, однак через відсутність поперечних зв'язків схильні до повзучості, після розтягування зберігається замет-ва залишкова деформація. Каучуки є вихідною сировиною для отримання гуми.
Гуми - це продукт хімічної переробки каучуків, напів-чаєм в результаті вулканізації. Найбільш поширеним вулканізатором є сірка. У процесі вулканізації (нагрів в парах сірки) лінійна структура каучуку (рис. 15.11, а) перетворює-ся в просторову. Це пояснюється тим, що сірка, вступаючи в ре-акцію з атомами вуглецю, що мають до вулканізації подвійні зв'язку, з'єднує макромолекули (рис. 15.11, б). При цьому появля-ються точки скріплення (рис. 15.11, в), що перешкоджає щодо відповідності-ному переміщенню макромолекул і, як наслідок, усуває осту-точну деформацію. Таким чином, при вулканізації Термоплен-стичної пластик перетворюється в реактопласти з просторовою структурою.
Мал. 15.11. Вулканізація каучуку: а - натуральний каучук; б - вулканізований каучук; в - точки скріплення
Залежно від кількості введеної сірки у полімеру досягнень-гается різна частота сітки і різні властивості. При вмісті сірки до 5% утворюється рідкісна сітка і гума виходить м'якою, еластичною. При збільшенні її кількості твердість гуми рас-тет, при 30% S насичуються все подвійні зв'язку і утворюється твер-дий матеріал - ебоніт.
Крім каучуку (НК або СК) і вулканізатора до складу гуми входять:
• противостарители (антиоксиданти) - речовини, препятст-ють окислення гуми. Вони пов'язують кисень, продіффундіровавшій в гуму (хімічні противостарители), або образу-ють захисні плівки, що оберігають від окислення (фізичні противостарители - парафін, віск);
• пластифікатори, що полегшують переробку гумової сме-сі - парафін, вазелін і ін .;
• наповнювачі - активні (сажа, оксиди кремнію і цинку) навчаючи-обхідних в освіті тривимірної структури і тому підвищують властивості, інертні (крейда, тальк), вводять для здешевлення;
• барвники мінеральні або органічні виконують декору-тивную роль, крім того, поглинаючи короткохвильові частини солнеч-ного спектра, затримують світлове старіння гуми.
В процесі експлуатації гумові вироби схильні раз-особистих видів старіння (світлове, озонное, теплове та ін.). ц результаті старіння відбуваються незворотні зміни властивостей Швидкість старіння в напруженому стані вище, ніж в свобод-ном.
Підвищення температури знижує міцність гум, робоча температура нетеплостойкая гум не перевищує 150 ° С, спеці-них теплостійких - 320 ° С. При низьких температурах (нижче темпі-ратури Тс) відбувається перехід до склоподібного стану і поті-ря еластичних властивостей. Гуми можна експлуатувати до темпера-тур від мінус 30 до мінус 80 ° С.
За призначенням гуми поділяються на гуми загального на-значення і спеціальні.
До резинам загального призначення відносяться НК, СКБ, СКС, СКІ. НК - на основі натурального каучуку, СК - синтетичні (по-останньої буква марки характеризує полімер - основу каучуку - СКБ - бутандіеновий, СКС - бутандіенстірольний і т. Д.).
До спеціальних гум відносяться маслобензостойкие, тепло-стійкі, морозостійкі, светоозоностойкіе, зносостійкі і електротехнічні гуми.
Електротехнічні гуми підрозділяють на електроізол-ційних (# 961; = 10 11 ÷ 10 15 Ом • см) і електропровідні (# 961; = 10 2 ÷ 10 4 Ом • см). Електропровідність досягається введенням в гуму вугільної сажі і графіту.
Властивості гум наведені в табл.15.3.
Таблиця 15.3. Фізико-механічні властивості гум
З гум загального призначення виготовляють ремені, рукави, транс-кравці стрічки, прокладки (низький модуль пружності визначає високі виброгасящие властивості) і ін.
Технологія виготовлення резино-технічних виробів (ГТВ) складається з приготування сирої гумової суміші (сира гума), пресування для отримання необхідної форми і вулканізації, що є завершальною операцією.