Эластомеры и резина являются высокоэластичными материалами, способными к значительной деформации под действием внешних сил, с возможностью возвращаться к своей первоначальной форме после снятия силы. Однако они существенно различаются по структуре, эксплуатационным характеристикам и сферам применения. Ниже представлен подробный анализ с разных точек зрения, включая определения, типы, свойства и области применения.
Определение и основные понятия
- Эластомеры: Эластомеры — это группа полимеров, которые демонстрируют высокую эластичность, то есть они могут значительно растягиваться под действием внешней силы и возвращаться к своей первоначальной форме после снятия силы. Они имеют длинные, гибкие молекулярные цепи, которые позволяют им легко растягиваться и расслабляться. К эластомерам относятся, среди прочего, натуральные каучуки, синтетические каучуки и термопластичные эластомеры (ТПЭ).
- Резина: Резина — это тип эластомера, обычно относящийся либо к натуральному каучуку (NR), либо к синтетическому каучуку. Характерной особенностью резины является ее способность подвергаться обратимой деформации под воздействием внешних сил и возвращаться к своей первоначальной форме после снятия силы. Основой резины является ее молекулярно-цепочечная структура, которая обычно укрепляется посредством вулканизации (сшивания).
Молекулярная структура и эластичность
- Эластомеры: Эластомеры обычно имеют длинные, гибкие молекулярные цепи. Они могут значительно растягиваться и деформироваться при приложении силы, а после снятия силы они возвращаются к своей первоначальной форме. Термопластичные эластомеры (ТПЭ) также имеют дополнительное преимущество в том, что их можно перерабатывать — их можно нагревать и менять форму несколько раз. ТПЭ обычно имеет предел прочности на разрыв в диапазоне 10–40 МПа и может удлиняться до 500%–700%.
- Резина: Натуральный каучук имеет цис-структуру, что позволяет ему значительно растягиваться. При вулканизации молекулы каучука образуют стабильную сшитую сеть, которая придает ему превосходную эластичность. Прочность на разрыв натурального каучука при 25°C составляет 20-30 МПа, с удлинением более 500%.
Типы и применение
Эластомеры: Существуют различные типы эластомеров, в том числе:
- Термопластичные эластомеры (ТПЭ): TPE сочетает в себе свойства как пластика, так и резины, предлагая превосходную гибкость и обрабатываемость. Он широко используется в автомобильной промышленности, электронике и медицинских приборах. Твердость TPE составляет от 10 по Шору A до 70 по Шору D и обладает превосходной стойкостью к УФ-излучению, устойчивостью к высоким и низким температурам и химической стойкостью.
- Термореактивные эластомеры: Эти эластомеры обычно сшиваются во время отверждения, что делает их очень прочными и устойчивыми к высоким температурам. Они обычно используются в высокопрочных приложениях, таких как промышленное оборудование и аэрокосмическая промышленность.
- Полиуретановые эластомеры (ПУ): Полиуретановые эластомеры известны своей исключительной стойкостью к истиранию, прочностью на разрыв и устойчивостью к воздействию масел. Они широко используются в таких областях, как конвейерные ленты, подошвы для обуви и изделия с высокой прочностью.
Резина: Основные типы резины включают в себя:
- Натуральный каучук (НК): Натуральный каучук, полученный из каучукового латекса, обладает превосходной эластичностью и устойчивостью к истиранию. Он широко используется в производстве шин, промышленных уплотнителей и виброгасителей.
- Синтетические каучуки: К ним относятся стирол-бутадиеновый каучук (SBR), неопрен (CR), нитриловый каучук (NBR) и другие, которые часто более рентабельны, чем натуральный каучук, и могут быть разработаны для обеспечения определенных свойств. Синтетический каучук широко используется в шинах, уплотнениях, шлангах и различных промышленных приложениях.
Сравнение производительности
Эластомеры:
- Предел прочности: Прочность на разрыв эластомеров варьируется в зависимости от типа. TPE обычно имеет диапазон прочности на разрыв 10-40 МПа и удлинение 500%-700%.
- Температурная стойкость: Термопластичные эластомеры (ТПЭ) обычно могут работать в диапазоне температур от -50°C до +150°C. Термореактивные эластомеры обладают еще более высокой термостойкостью и могут выдерживать температуры до +200°C.
- Устойчивость к старению: ТПЭ известны своей высокой устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, озону и окислительной стабильностью, что означает, что они сохраняют свои физические свойства в течение длительного периода времени.
Резина:
- Предел прочности: Natural rubber typically has a tensile strength of 20-30 MPa, with elongation of over 500%. Synthetic rubbers' tensile strengths vary by type but generally range from 10-35 MPa.
- Температурная стойкость: Натуральный каучук может выдерживать температуры от -50°C до +90°C, в то время как синтетические каучуки могут работать при более высоких температурах, а некоторые высокоэффективные каучуки способны выдерживать температуру до +200°C.
- Устойчивость к старению: Натуральный каучук более подвержен старению под воздействием ультрафиолетового излучения, озона и тепла, тогда как синтетические каучуки обычно обладают лучшей устойчивостью к старению.
Процесс вулканизации
Эластомеры:
- Термопластичные эластомеры (ТПЭ): TPE не требуют вулканизации, поскольку они размягчаются и могут быть изменены при нагревании. Это обеспечивает им отличную обрабатываемость и позволяет повысить эффективность производства.
- Термореактивные эластомеры: Эти материалы требуют вулканизации для формирования сшитой сети, что повышает их термостойкость, твердость и прочность.
Резина:
- Натуральный и синтетический каучук: Резиновые материалы обычно требуют вулканизации для повышения эластичности, прочности и устойчивости к старению. После вулканизации резина может выдерживать большие внешние силы, сохраняя при этом свою эластичность с течением времени.
Приложения
Применение эластомеров:
- ТПЭ широко используются в деталях салона автомобилей, корпусах электронных устройств, медицинских приборах, спортивном инвентаре и бытовой технике благодаря своей гибкости, технологичности и устойчивости к воздействию окружающей среды.
- Полиуретановые эластомеры используются в шинах, конвейерных лентах, подошвах обуви, виброгасителях и деталях промышленного оборудования благодаря своей исключительной износостойкости и долговечности.
Применение резины:
- Натуральный каучук обычно используется в шинах, резиновых лентах, уплотнениях и виброгасителях.
- Синтетические каучуки используются в автомобильных шинах, шлангах, электрических кабелях и промышленных изделиях, где требуются особые эксплуатационные характеристики.
Несмотря на сходство, эластомеры и резина существенно различаются по составу материала, эксплуатационным характеристикам и областям применения. Под резиной обычно понимают натуральный или синтетический каучук, который является основным материалом в традиционных отраслях промышленности. С другой стороны, эластомеры охватывают более широкий спектр материалов, включая термопластичные эластомеры (ТПЭ) и полиуретановые эластомеры, которые обеспечивают улучшенную обрабатываемость, устойчивость к старению и широкий спектр современных применений. Эти материалы подходят для более широкого спектра отраслей, включая автомобилестроение, электронику, медицину и производство, где требования к производительности постоянно меняются.
