Эластомеры: строение, классификация и сферы применения

Строение, классификация и сферы применения эластомеров

Резиновый жгут растягивается в несколько раз, а стоит его отпустить — мгновенно возвращается к прежней форме. За этой привычной способностью стоит целый класс полимеров с особыми свойствами. Ниже разберём, что делает материал эластомером, чем он отличается от родственных термопластов, как эти вещества делят по химическому составу и где они находят применение — от автомобильных шин до авиационных герметиков.

Проще говоря, эластомером (или резиной) называют любой упругий материал, который тянется во много раз больше своей исходной длины, а после снятия нагрузки полностью восстанавливает начальные размеры. Важная оговорка: далеко не каждый аморфный полимер попадает в эту категорию. Часть таких веществ относится к термопластам, и решающую роль здесь играет температура стеклования.

Температура стеклования — температура, при которой вещество твердеет и превращается в стеклообразную форму, не успевая закристаллизоваться или не кристаллизуясь вовсе.

Разница между двумя группами сводится именно к этому показателю: у эластомеров температура стеклования низкая, а у термопластов — высокая. Отсюда и различие в поведении при обычных условиях.

Как эластомеры делят по химическому составу

По строению молекул все эластомеры распределяют на десять групп:

1. карбоцепные с насыщенной углеродной цепью;
2. карбоцепные с ненасыщенной углеродной цепью;
3. гетероцепные, содержащие азот и кислород;
4. гетероцепные с серой;
5. гетероцепные с кислородом и кремнием;
6. термопластичные;
7. кислородсодержащие;
8. фторсодержащие;
9. хлорсодержащие;
10. азотсодержащие.

Самые известные представители этого семейства — каучук и резина. Их удобно рассматривать через отношение к вулканизации серными соединениями.

К ненасыщенным резинам, которые получают вулканизацией с помощью соединений серы, относят натуральный каучук, синтетический полиизопрен (сюда входят бутилкаучук и галогенированная бутиловая резина), хлоропреновый каучук, полисульфидные каучуки, а также бутадиеновый каучук и его разновидности — бутадиен-стирольный, бутадиен-нитрильный и гидрированный бутадиен-нитрильный.

К насыщенным каучукам, которые серой не вулканизируются, причисляют этиленпропиленовый каучук, этиленвинилацетат, силиконовый и фторсиликоновый каучуки, перфторэластомеры, фторкаучук, тетрафторэтилен, эпихлоргидрированный и полиакриловый каучуки, а также термопластичный полиуретанэластомер и ряд других. Отдельно к эластомерам относят резину, эластин и полиуретан.

Что ценят в этих материалах

Главные достоинства эластомеров — обратимая деформация, высокая эластичность и вязкость. На практике чаще всего сталкиваются с резиной, разными видами каучука и полиуретаном. Сами каучуки бывают натуральными и синтетическими.

Натуральный каучук добывают из сока растений, но процесс этот трудоёмкий и нередко невыгодный: итоговый продукт получается слишком дорогим. Синтетические аналоги обходятся дешевле, а их химический состав легко подстроить под нужные условия работы. Такие каучуки, в свою очередь, делят на материалы общего и специального назначения.

Каучуки общего назначения

К этой группе относят изопреновые, бутадиеновые и бутадиен-стирольные каучуки.

Резина на основе бутадиеновых каучуков переносит очень низкие температуры и отличается высокой износостойкостью. Её пускают на изготовление обуви, шин и изоляции силовых кабелей. Изопреновые каучуки идут туда, где резиновые изделия работают под повышенными нагрузками, — например, на шины самолётов и грузовиков.

Каучуки специального назначения

Сюда входят полисульфидные, бутадиен-нитрильные, хлоропреновые, эпихлоргидриновые каучуки и хлорсульфированный полиэтилен. Каждый решает свою задачу:

• хлоропреновые каучуки применяют там, где нужны негорючесть, прочность и стойкость к бензину и свету;
• полисульфидные каучуки служат сырьём для специальных герметиков в авиационной промышленности;
• бутадиен-нитрильные каучуки дают резину, устойчивую к растворителям — маслу и бензину;
• хлорсульфированный полиэтилен используют для утеплителей деталей машин и станков, работающих в агрессивных средах.

Полиуретан как универсальная замена

Всё чаще детали из резины и металла уступают место полиуретану. Технология и рецептура его производства довольно сложны, зато позволяют получить материал с очень разными свойствами — твёрдый или мягкий, вспененный или полностью монолитный.

Именно широкий разброс характеристик открывает полиуретану дорогу в самые разные отрасли. В автомобилестроении из него делают элементы ответственных узлов, которые постоянно испытывают перепады температур, статические и динамические нагрузки. А ещё из полиуретана изготавливают прокладки, втулки, пружинные механизмы и детали обуви.