Elastomer và cao su đều là những vật liệu có tính đàn hồi cao, có khả năng biến dạng đáng kể dưới tác động của ngoại lực, có khả năng trở lại hình dạng ban đầu khi ngoại lực không còn nữa. Tuy nhiên, chúng khác nhau đáng kể về mặt cấu trúc, hiệu suất và ứng dụng. Dưới đây là phân tích chi tiết từ nhiều góc độ bao gồm định nghĩa, loại, tính chất và lĩnh vực ứng dụng.
Định nghĩa và các khái niệm cơ bản
- Chất đàn hồi: Elastomer là một nhóm polyme có độ đàn hồi cao, nghĩa là chúng có thể kéo dài đáng kể dưới tác động của lực bên ngoài và trở lại hình dạng ban đầu sau khi lực đó biến mất. Chúng có các chuỗi phân tử dài, linh hoạt cho phép chúng kéo dài và giãn ra dễ dàng. Elastomer bao gồm cao su thiên nhiên, cao su tổng hợp và elastomer nhiệt dẻo (TPE), trong số những loại khác.
- Cao su: Cao su là một loại chất đàn hồi, thường dùng để chỉ cao su thiên nhiên (NR) hoặc cao su tổng hợp. Đặc điểm đặc trưng của cao su là khả năng biến dạng thuận nghịch khi chịu tác động của ngoại lực và trở về hình dạng ban đầu khi ngoại lực đó biến mất. Cơ sở của cao su là cấu trúc chuỗi phân tử, thường được gia cố thông qua quá trình lưu hóa (liên kết ngang).
Cấu trúc phân tử và độ đàn hồi
- Chất đàn hồi: Elastomer thường có chuỗi phân tử dài, linh hoạt. Chúng có thể kéo giãn và biến dạng đáng kể khi có lực tác dụng, và khi lực đó được loại bỏ, chúng sẽ trở lại hình dạng ban đầu. Elastomer nhiệt dẻo (TPE) cũng có thêm lợi ích là có thể tái chế — chúng có thể được nung nóng và định hình lại nhiều lần. TPE thường có phạm vi độ bền kéo từ 10-40 MPa và có thể kéo dài tới 500%-700%.
- Cao su: Cao su thiên nhiên có cấu trúc cis, cho phép nó kéo dài đáng kể. Khi lưu hóa, các phân tử cao su tạo thành một mạng lưới liên kết ngang ổn định mang lại cho nó độ đàn hồi vượt trội. Độ bền kéo của cao su thiên nhiên ở 25°C dao động trong khoảng 20-30 MPa, với độ giãn dài hơn 500%.
Các loại và ứng dụng
Chất đàn hồi: Có nhiều loại chất đàn hồi khác nhau, bao gồm:
- Nhựa nhiệt dẻo đàn hồi (TPE): TPE kết hợp các đặc tính của cả nhựa và cao su, mang lại tính linh hoạt và khả năng gia công tuyệt vời. Nó được sử dụng rộng rãi trong ô tô, điện tử và thiết bị y tế. Độ cứng của TPE dao động từ 10 Shore A đến 70 Shore D và có khả năng chống tia cực tím, chịu được nhiệt độ cao và thấp, và khả năng chống hóa chất tuyệt vời.
- Chất đàn hồi nhiệt rắn: Các chất đàn hồi này thường được liên kết chéo trong quá trình lưu hóa, khiến chúng có độ bền cao và chịu được nhiệt độ cao. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng có độ bền cao như máy móc công nghiệp và hàng không vũ trụ.
- Chất đàn hồi Polyurethane (PU): Chất đàn hồi polyurethane được biết đến với khả năng chống mài mòn, độ bền xé và khả năng chống dầu đặc biệt. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như băng tải, đế giày và các sản phẩm có độ bền cao.
Cao su:Các loại cao su chính bao gồm:
- Cao su thiên nhiên (NR): Có nguồn gốc từ mủ cây cao su, cao su thiên nhiên có độ đàn hồi và khả năng chống mài mòn tuyệt vời. Nó thường được sử dụng trong sản xuất lốp xe, phớt công nghiệp và bộ giảm chấn rung.
- Cao su tổng hợp: Bao gồm cao su styrene-butadiene (SBR), neoprene (CR), cao su nitrile (NBR) và các loại khác, thường tiết kiệm chi phí hơn cao su thiên nhiên và có thể được chế tạo để cung cấp các đặc tính cụ thể. Cao su tổng hợp được sử dụng rộng rãi trong lốp xe, phớt, ống mềm và nhiều ứng dụng công nghiệp khác.
So sánh hiệu suất
Chất đàn hồi:
- Độ bền kéo: Độ bền kéo của chất đàn hồi thay đổi tùy theo loại. TPE thường có phạm vi độ bền kéo từ 10-40 MPa và độ giãn dài từ 500%-700%.
- Khả năng chịu nhiệt: Nhựa nhiệt dẻo đàn hồi (TPE) thường có thể hoạt động trong phạm vi nhiệt độ từ -50°C đến +150°C. Nhựa nhiệt rắn đàn hồi có khả năng chịu nhiệt độ thậm chí còn cao hơn và có thể chịu được nhiệt độ lên tới +200°C.
- Sức đề kháng lão hóa:TPE được biết đến với khả năng chống tia cực tím, chống ôzôn và ổn định oxy hóa mạnh mẽ, nghĩa là chúng duy trì các đặc tính vật lý của mình trong thời gian dài.
Cao su:
- Độ bền kéo: 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.
- Khả năng chịu nhiệt:Cao su thiên nhiên có thể chịu được nhiệt độ từ -50°C đến +90°C, trong khi cao su tổng hợp có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn, một số loại cao su hiệu suất cao có khả năng chịu được nhiệt độ lên tới +200°C.
- Sức đề kháng lão hóa:Cao su thiên nhiên dễ bị lão hóa hơn khi tiếp xúc với tia UV, ozon và nhiệt, trong khi cao su tổng hợp thường có khả năng chống lão hóa tốt hơn.
Quá trình lưu hóa
Chất đàn hồi:
- Nhựa nhiệt dẻo đàn hồi (TPE):TPE không cần lưu hóa vì chúng mềm và có thể định hình lại khi gia nhiệt. Điều này giúp chúng có khả năng gia công tuyệt vời và tăng hiệu quả sản xuất.
- Chất đàn hồi nhiệt rắn:Những vật liệu này cần lưu hóa để tạo thành mạng lưới liên kết chéo, cải thiện khả năng chịu nhiệt, độ cứng và độ bền.
Cao su:
- Cao su thiên nhiên và tổng hợp: Vật liệu cao su thường cần lưu hóa để tăng độ đàn hồi, độ bền và khả năng chống lão hóa. Sau khi lưu hóa, cao su có thể chịu được lực bên ngoài lớn hơn trong khi vẫn giữ được độ đàn hồi theo thời gian.
Ứng dụng
Ứng dụng của chất đàn hồi:
- TPE được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận nội thất ô tô, vỏ thiết bị điện tử, thiết bị y tế, dụng cụ thể thao và đồ gia dụng do tính linh hoạt, khả năng gia công và khả năng chống chịu với môi trường.
- Chất đàn hồi polyurethane được sử dụng trong lốp xe, băng tải, đế giày, bộ giảm chấn và các bộ phận máy móc công nghiệp do có khả năng chống mài mòn và độ bền vượt trội.
Ứng dụng cao su:
- Cao su thiên nhiên thường được sử dụng trong lốp xe, dây cao su, gioăng và bộ giảm chấn.
- Cao su tổng hợp được tìm thấy trong lốp ô tô, ống mềm, cáp điện và các ứng dụng công nghiệp, nơi yêu cầu các đặc tính hiệu suất cụ thể.
Mặc dù có nhiều điểm tương đồng, nhưng chất đàn hồi và cao su lại khác nhau đáng kể về thành phần vật liệu, đặc tính hiệu suất và lĩnh vực ứng dụng. Cao su thường dùng để chỉ cao su tự nhiên hoặc cao su tổng hợp, vốn là vật liệu chính trong các ngành công nghiệp truyền thống. Mặt khác, chất đàn hồi bao gồm nhiều loại vật liệu hơn, bao gồm chất đàn hồi nhiệt dẻo (TPE) và chất đàn hồi polyurethane, mang lại khả năng gia công được cải thiện, khả năng chống lão hóa và nhiều ứng dụng hiện đại. Những vật liệu này phù hợp với nhiều ngành công nghiệp hơn, bao gồm ô tô, điện tử, y tế và sản xuất, nơi các yêu cầu về hiệu suất liên tục thay đổi.
