- Råmateriale
- Molekylære egenskaper
- Syntese av elastomerer
- vulkanisering
- Ytterligere fysiske og kjemiske behandlinger
- Syntese av elastiske bånd
- referanser
For å syntetisere et elastisk materiale , må man først ha kunnskap om hvilken type polymerer det består av; siden ellers utdypingen av en plast eller en fiber ville bli formulert. Når man vet dette, er polymerene som skal vurderes de som kalles elastomerer.
Så elastomerer utgjør elastiske materialer; Men hva er de? Hvordan skiller de seg fra andre polymerer? Hvordan vet du om det syntetiserte materialet virkelig har elastiske egenskaper?
Kilde: Pxhere
Et av de enkleste eksemplene på et elastisk materiale er de elastiske båndene (eller gummibåndene) som binder sammen aviser, blomster eller en rekke sedler. Hvis de er strukket, vil det observeres at de deformeres i lengderetningen, og deretter vender tilbake til sin opprinnelige form.
Men hvis materialet er deformert permanent, er det ikke elastisk, men plast. Det er flere fysiske parametere som gjør det mulig å skille mellom disse materialene, for eksempel deres Youngs modul, deres flytpunkt og glassovergangstemperaturen (Tg).
I tillegg til disse fysiske egenskapene, må kjemisk elastiske materialer også oppfylle visse molekylære kriterier for å oppføre seg som sådan.
Herfra oppstår et bredt spekter av muligheter, blandinger og syntese, underlagt endeløse variabler; alt dette for å konvergere på den "enkle" karakteristikken ved elastisitet.
Råmateriale
Som nevnt i begynnelsen er elastiske materialer laget av elastomerer. Det siste krever igjen andre polymerer eller mindre "molekylære stykker"; elastomerer fortjener også sin egen syntese fra pre-polymerer.
Hvert tilfelle krever en nøye studie av prosessvariablene, betingelsene og hvorfor med disse polymerene den resulterende elastomer "fungerer" og derfor det elastiske materialet.
Uten å gå inn på detaljer, er her en serie polymerer brukt til dette formålet:
-Polyisocyanate
-Polyol polyester
-Kolymerer av etylen og propylen (dvs. blandinger av polyetylen og polypropylen)
polyisobutylen
-Polysulfides
-Polysiloxane
Foruten mange andre. Disse reagerer med hverandre gjennom forskjellige polymerisasjonsmekanismer, blant dem: kondensering, tilsetning eller via frie radikaler.
Derfor innebærer hver syntese behovet for å mestre reaksjonens kinetikk, for å garantere de optimale betingelsene for dens utvikling. På samme måte, der syntesen vil finne sted spiller inn; det vil si reaktoren, dens type og prosessvariablene.
Molekylære egenskaper
Hva har alle polymerene som brukes til syntese av elastomerer til felles? Førstnevnte egenskaper vil synergisere seg (helheten er større enn summen av delene) med den sistnevnte.
Til å begynne med må de ha asymmetriske strukturer, og derfor være så heterogene som mulig. Deres molekylstrukturer må nødvendigvis være lineære og fleksible; det vil si at rotasjonen av enkeltbindingene ikke skal forårsake steriske frastøtninger mellom substituentgruppene.
Polymeren må heller ikke være veldig polar, ellers vil dens intermolekylære interaksjoner være sterkere og den vil vise større stivhet.
Derfor må polymerer ha: asymmetriske, ikke-polare og fleksible enheter. Hvis de oppfyller alle disse molekylære karakteristikkene, representerer de et potensielt utgangspunkt for å oppnå en elastomer.
Syntese av elastomerer
Etter å ha valgt råstoffet og alle prosessvariablene fortsetter syntesen av elastomerer. Når det er syntetisert, og etter en påfølgende serie fysiske og kjemiske behandlinger, opprettes det elastiske materialet.
Men hvilke transformasjoner må de utvalgte polymerene gjennomgå for å bli elastomerer?
De må gjennomgå en tverrbinding eller herding (tverrbinding, på engelsk); det vil si at polymerkjedene vil komme i forbindelse med hverandre ved molekylære broer, som kommer fra bi eller polyfunksjonelle molekyler eller polymerer (i stand til å danne to eller flere sterke kovalente bindinger). Bildet nedenfor oppsummerer ovennevnte:
Kilde: Gabriel Bolívar
De lilla linjene representerer polymerkjedene eller de "stivere" blokkene med elastomerer; mens de svarte linjene er den mest fleksible delen. Hver lilla linje kan bestå av en annen polymer, mer fleksibel eller stiv med hensyn til den som går foran eller fortsetter.
Hvilken funksjon spiller disse molekylære broene? Dette for å la elastomeren rulle på seg selv (statisk modus), for å kunne utfolde seg under et strekktrykk (elastisk modus) takket være fleksibiliteten i leddene.
Den magiske våren (Slinky, for eksempel fra Toystory) oppfører seg litt likt hvordan elastomerer gjør det.
vulkanisering
Blant alle tverrbindingsprosessene er vulkanisering en av de mest kjente. Her kobles polymerkjedene sammen av svovelbroer (SSS …).
Når vi går tilbake til det øvre bildet, ville broene ikke lenger være svarte, men gule. Denne prosessen er avgjørende for produksjon av dekk.
Ytterligere fysiske og kjemiske behandlinger
Når elastomerene er blitt syntetisert, er de neste trinnene å behandle det resulterende materialet for å gi dem deres unike egenskaper. Hvert materiale har sin egen behandling, blant annet oppvarming, støping eller sliping, eller annen fysisk "herding".
I disse trinnene tilsettes pigmenter og andre kjemikalier for å sikre dets elastisitet. Likeledes blir Youngs modul, Tg og elastisitetsgrense evaluert som kvalitetsanalyse (i tillegg til andre variabler).
Det er her da begrepet elastomer blir begravet av ordet 'gummi'; silikongummier, nitril, naturlige, uretaner, butadien-styren, etc. Gummi er synonymt med elastisk materiale.
Syntese av elastiske bånd
Til slutt vil det bli gitt en kort beskrivelse av den elastiske båndsynteseprosessen.
Kilden til polymerer for syntese av dets elastomerer er hentet fra naturlig lateks, spesielt fra Hevea brasiliensis-treet. Dette er et melkeaktig, harpiksholdig stoff som gjennomgår rensing og deretter blandes med eddiksyre og formaldehyd.
Fra denne blandingen oppnås en plate som vann ekstraheres ved å presse den og gi den som en blokk. Disse blokkene kuttes i mindre biter i en mikser, hvor de varmes opp og pigmenter og svovel tilsettes for vulkanisering.
Deretter kuttes de og ekstruderes for å oppnå hule stenger, inni dem vil de okkupere en aluminiumsstang med talkum som støtte.
Og til slutt blir stengene oppvarmet og fjernet fra aluminiumsstøtten, for å bli klemt en siste gang av en rulle før de skjæres; Hver kutt genererer en liga, og utallige kutt genererer tonnevis av dem.
referanser
- Wikipedia. (2018). Elastisitet (fysikk). Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
- Odian G. (1986) Introduksjon til syntese av elastomerer. I: Lal J., Mark JE (eds) Advances in Elastomers and Rubber Elasticity. Springer, Boston, MA
- Mykt robotikkverktøysett. (SF). Elastomerer. Gjenopprettet fra: softroboticstoolkit.com
- Kapittel 16, 17, 18-plast, fibre, elastomerer. . Gjenopprettet fra: fab.cba.mit.edu
- Elastomersyntese. . Gjenopprettet fra: gozips.uakron.edu
- Advameg, Inc. (2018). Gummistrikk. Gjenopprettet fra: madehow.com.