الاستومر ها Elastomers
الاستومر چیست و چه خواص و کاربرد هایی دارد؟
الاستومرها یا لاستیک ها نوعی ویژه از پلیمرها هستند که قابلیت ارتجاعی بسیار بالایی دارند و دارای پیوندهای عرضی و یا حالت شبکه‌ای بوده و همچنین شکل مشخصی ندارند. علاوه بر آن می‌توان عنوان کرد که دمای انتقال شیشه ای در این مواد کمتر از دمای اتاق می باشد. می‌توان مواد الاستومری را به عنوان مولکول های بسیار بزرگی تصور کرد که دارای سایز میکروسکوپی می باشند. نیروهای بین مولکولی بین زنجیره های پلیمری نیز نسبتاً ضعیف بوده و شبکه های موجود به صورت کامل جریان های غیر قابل برگشت را سرکوب می‌کنند اما زنجیره ها در دمای بالاتر از دمای انتقال شیشه ای حالتی بسیار انعطاف‌پذیر دارند و اعمال نیروی بسیار کمی به آنها باعث تغییر شکل نامطلوب و شدید خواهد شد. این در حالی است که الاستومرها در مقایسه با سایر مواد پلیمری دارای ضریب یانگ پایین و همچنین میزان ازدیاد طول تا پارگی بالایی می باشند. آنها را می توان در سه گروه اصلی طبقه بندی کرد: دی ان ها، ترکیبات غیر دی ان و الاستومرهای ترموپلاستیک. الاستومرهای دی ان ای با استفاده از مونومرهایی بسپارش می شوند که شامل دو پیوند دوتایی ترتیبی میباشند. انواع معمول پلیمرهایی که در این دسته قرار می‌گیرند عبارتند از پلی ایزوپرین، پلی بوتادین و پلی کلروپرین. پلیمرهای دسته دوم نیز شامل لاستیک بوتیل، لاستیک سیلیکون، پلی اورتان و الاستومرهای فلوئوری میشوند. الاستومر های غیر دی ان دارای پیوندهای دوتایی در ساختار خود نمی باشند و اگرچه شبکه‌سازی به متدهای دیگری علاوه بر ولکانش نیاز دارد مانند اضافه سازی مونومرهای سه وظیفه ای و یا پلیمرهای چگال و یا اضافه سازی مونومرهای دی وینیل به کمک بسپارش رادیکال‌های آزاد و یا هم بسپارش با میزان کمی از مونومرهای دی ان همانند بوتادین. الاستومرهای ترموپلاستیک نیز همانند همبسپارهای های بلوکی SIS و SBS و انواع خاصی از اورتانها نیز نوعی از ترمو پلاستیک ها هستند و شامل واحدهای تکراری نرم و یا لاستیکی و همچنین سخت و محکم می باشند. زمانی که موارد یاد شده از حالت ذوب به دمای پایین تر از دمای انتقال شیشه ای خنک شوند فاز بلوک‌های سخت از یکدیگر جدا می‌شود تا مناطق بسیار مشخصی را به وجود بیاورد که به عنوان پیوندهای عرضی و یا شبکه های فیزیکی برای بلوک های الاستومری عمل می‌کنند. معمولاً تولید محصولات الاستومری از طریق یکی از این سه روش صورت میگیرد: قالب گیری تزریقی، قالب گیری انتقالی و یا قالب گیری به همراه فشرده سازی. انتخاب روند قالبگیری به فاکتورها و عوامل متفاوتی وابسته است مانند شکل و اندازه بخش‌های تولیدی، میزان تحمل مورد نیاز و همچنین کمیت نوع الاستومر و هزینه مواد خام. انتخاب صحیح محصول پلیمری برای مصارف مختلف همانند سایر مواد به توجه به فاکتورهای بسیاری نیاز دارد مانند نیازمندی های خدماتی فیزیکی و مکانیکی، قرار گیری در برابر مواد شیمیایی، دمای کارکردی، مدت زمان کارکردی، امکان تولید قطعات و همچنین هزینه مواد خام و تولید.
الاستومرها از چه خواص و ویژگی هایی برخوردار می باشند؟
- سازگاری با مایعات: در صورتی که ماده الاستومری سازگاری کافی با مایعی نداشته باشد که در معرض آن قرار می گیرد، امکان تورم و یا زوال سریع و یا نابودی کامل این مواد وجود خواهد داشت. فاکتورهایی همانند غلظت شیمیایی، دمای کارکردی و فشار بر پایداری و سازگاری این مواد با سایر مواد شیمیایی اثر می گذارند. اگر اطمینان کافی در خصوص عملکرد این ماده وجود نداشته باشد باید آن را در آزمون های کارکردی و قبل از استفاده مورد بررسی قرار داد. از آنجایی که در تولید بسیاری از این محصولات از روغن های هیدروکربنی استفاده می‌شود بنابراین باید مواد الاستومری همانند درزگیرها با توجه به مقاومت گرمایی و مقاومت در برابر روغن ها دسته بندی شوند. الاستومرهای فلو ئوروکربنی و فلوئور سیلیکونی دارای مقاومت بسیار خوبی در برابر روغن در دماهای بالاتر از ۲۰۰ درجه سانتیگراد دارند. انواعی از الاستومرها نیز وجود دارند که از مقاومت خوبی در برابر روغن برخوردارند ولی مقاومت گرمایی متوسطی دارند مانند لاستیک نیتریل، مواد ترکیبی الومینیومی و لاستیک نیتریل بوتادین هیدروژنه. دمای کارکردی روغن های هیدروکربنی در ترکیبات آلومینیومی و لاستیک نیتریل بوتادین هیدروژنه نباید بیشتر از ۱۵۰ درجه سانتیگراد باشد و این مورد برای لاستیک های نیتریل برابر با صد درجه سانتیگراد است. الاستومرهای سیلیکونی و نئوپرینی مقاومتی متوسط در برابر روغن دارند و این در حالی است که الاستومرهای سیلیکونی می توانند در معرض دمایی بسیار بالاتر از نئوپرین قرار گیرند. لاستیک اتیلن پروپیلن دی ان مونومر، لاستیک استایرن بوتادین و بوتیل و الاستومرهایی که از لاستیک های طبیعی ساخته شده اند، مقاومت بسیار ضعیفی در برابر روغن دارند.
- مقاومت در برابر سایش و پارگی: معمولاً مقاومت در برابر سایش به عنوان یک معیار انتخابی مهم برای درزگیر ها و تایرها به شمار می آید و این در حالی است که مقاومت در برابر پارگی می تواند برای سایر مصارف مکانیکی حائز اهمیت باشد که در آن الاستومرها باید در برابر برش، پارگی و سایر موارد تحمل کافی را داشته باشند. انواع الاستومرها همانند نیتریل هیدروژنه، پلی استر و پلی اتر اورتان، لاستیک ایزوپرن، لاستیک استایرن بوتادین و هم بسپارهای تترافلورو اتیلن پروپیلن دارای مقاومت ذاتی در برابر سایش میباشند. این در حالی است که سیلیکون بوتیل و الاستومرهای پر فلوئوری مقاومت بسیار کمی در برابر سایش دارند. در اغلب موارد این امکان وجود دارد که مقاومت در برابر سایش و پارگی را با استفاده از ترکیباتی مانند نرم کننده های ذاتی همانند تفلون و یا مولیبدنوم دی سولفید و غیره افزایش داد. نیتریل و الاستومرهای آکریلیک هم مقاومت متوسطی در برابر سایش دارند و این در حالی است که نیتریل کربوکسیلی مقاومت سایشی بسیار بهتری از خود نشان می دهد. اغلب الاستومرهایی که مقاومت سایشی مطلوبی دارند از مقاومت پارگی بالایی هم برخوردارند و در واقع می توان عنوان کرد که این دو پارامتر رابطه مستقیم با یکدیگر دارند.
- مقاومت گرمایی: زمانی که یک ماده الاستومری در دمای نزدیک به حوزه دمای کار کردی خود به کار برده شود، حالتی غیر قابل پیش بینی و غیر قابل اعتماد پیدا می‌کند. به عنوان مثال زمانی که دمای موجود کاهش پیدا می‌کند الاستومرها سخت تر و غیر قابل انعطاف شده و زمانی که این دما به دمای انتقال شیشه ای می رسد آنها خاصیت لاستیک مانند خود را به طور کامل از دست می‌دهند. اما این امکان نیز وجود دارد که در دمای بسیار پایین مانند دمای شکنندگی آنها ترک بردارند. معمولا تغییرات به وجود آمده در خواص الاستومری از نوع فیزیکی بوده و به طور کامل قابلیت بازگشت دارد مگر آنکه محصولات الاستومری در دمای کمتر از دمای انتقال شیشه ای و یا شکنندگی در معرض مقدار بسیار زیادی فشار قرار گیرند که خود می تواند عاملی برای آسیب دیدگی آنها باشد. حالت عکس این مورد زمانی صدق می‌کند که ماده الاستومری در معرض دمای بسیار بالایی قرار گیرد که در واقع مقداری برابر و یا بالاتر از حوزه دمایی کارکردی ان است و در این صورت ماده دچار تغییرات شیمیایی غیر قابل بازگشت خواهد شد. به عنوان مثال این امکان وجود دارد که پیکره اصلی پلیمر دارای بریدگی های زنجیره ای شود و یا مولکول های پلیمری حالت شبکه ای پیدا کنند و باعث شود تا بخش های الاستومری به صورت نرم تر و یا سخت تری تبدیل شوند که در نهایت منجر به کاهش مقاومت آنها در برابر فشردگی خواهد شد. بالاترین دمای کارکردی از الاستومر تا الاستومر متفاوت است. سیلیکون و الاستومرهای فلوئورو کربنی از بالاترین دمای کارکردی ممتد برخوردارند که می‌تواند حتی مقداری بالاتر از ۴۰۰ درجه فارنهایت و یا ۲۳۰ درجه سانتیگراد باشد و پس از آن هم پلی اکریلیک و الاستومرهای نیتریل هیدروژنه قرار می‌گیرند که بیشترین دمای کارکردی در آنها بین ۳۲۰ تا ۳۵۰ درجه فارنهایت و ۱۶۰ تا ۱۸۰ درجه سانتیگراد است. انواع معمول الاستومرها مانند نئوپرین و نیترین دارای بالاترین دمای کارکردی بین ۲۱۰ تا ۲۵۰ درجه فارنهایت و یا ۱۰۰ تا ۱۲۰ درجه سانتی گراد می باشند.
انواع مواد الاستومری کدامند؟
الاستومرها در دو دسته اصلی و اولیه تقسیم میشوند که عبارتند از: نوع اشباع شده و اشباع نشده. ولکانش سولفوری و غیر سولفوری می‌تواند باعث فرآوری الاستومر های اشباع نشده مانند پلی بوتادین، لاستیک کلروپرین، لاستیک بوتیل، لاستیک نیترین، پلی ایزوپرین ترکیبی و سایر موارد شود. الاستومرهای اشباع شده همانند لاستیک پلی آکریلیک، سیلیکون، بلاک های آمیدی پلی اتر اتیلن، وینیل استات و بسیاری از موارد دیگر دارای پایداری بسیار خوبی در برابر اوزون، حرارت، اکسیژن و تابش ها می باشند. ولکانش سولفوری نیز قادر به فراوری این مواد نمی‌باشد. واکنش پذیری انواع اشباع شده الاستومرها بسیار کمتر می باشد و فقط در شرایط و محیط های ویژه واکنش می دهند.
از مواد الاستومری به منظور تولید چه محصولاتی استفاده می شود؟
- خودروها: ترموست های الاستومری ذوب نمی شوند و به همین دلیل به گزینه ارزشمند و کاربردی در تولید تایر های وسایل نقلیه، انواع ویژه‌ای از درزگیر ها در طراحی خودرو و سایر قطعات متفاوت استفاده میشوند که در طی کارکرد خود در برابر حرارت قرار می گیرند. نسخه‌ای از این ماده همانند پلی بوتادین از مقاومت بسیار بالایی در برابر خرابی برخوردار است که مصارف بسیار بیشتری هم در تولید تایر را دارد.
- مصارف روزمره: انواع محصولات پرکاربردی که شامل ترکیبات الاستومری می شوند بسیار زیاد می باشند و تعدادی از آنها عبارتند از کف کفش که از لاستیک طبیعی ساخته می شود، لباس شنای ساخته شده از نئوپرین، لباس های ارتجاعی ساخته شده از پلی اورتان و بسیاری از موارد دیگر.
- ساخت و ساز: چسب هایی که اغلب از انواعی از الاستومرها ساخته می شوند به صورت گسترده ای در صنایع ساخت ساز به کار برده می شوند. درزگیرها با هدف پر سازی ترک ها و فضاهای خالی استفاده می شود.
- چسب ها و درزگیر ها: انواعی از چسب ها وجود دارند که از مواد سیلیکونی ساخته می شوند. تعدادی هم از سیلان های تغییر یافته و پلی اورتان های دو قسمتی و یا حتی تک قسمتی تولید میشوند.
- محصولات صنعتی: معمولا محصولات و یا ابزارهای صنعتی شامل انواعی از الاستومرها هستند و یا به آنها نیازمند میباشند مانند نئوپرین ها که در تولید تسمه های صنعتی به کار برده می شود و یا سیلیکون نرم کننده ها و قالب ها و لاستیک طبیعی برای تولید واشر.
- سیم و کابل: الاستومرهایی همانند نئوپرین دارای مقاومت بسیار بالای گرمایی بوده و به راحتی می‌توان طول آنها را افزایش داد و به همین دلیل گزینه بسیار مطلوبی برای عایق سازی سیم ها می باشند.