Эластомер — полимер с высокой эластичностью¶

Эластомер — это класс полимерных материалов, способных при комнатной температуре обратимо растягиваться по меньшей мере в два раза относительно своей первоначальной длины и после снятия нагрузки практически полностью восстанавливать исходные размеры. Термин образован от греческих слов elastos (гибкий, упругий) и meros (часть). Эластомеры занимают промежуточное положение между каучуками и пластмассами: в отличие от последних они обладают низким модулем упругости и высокой подвижностью молекулярных цепей, но в отличие от чистых каучуков зачастую подвергаются вулканизации и наполнению, что придаёт изделиям из них практическую прочность.

¶Структура и свойства

Эластичность эластомеров обусловлена характером молекулярной структуры. Полимерные цепи в аморфном состоянии изогнуты и переплетены; при растяжении они выпрямляются в направлении нагрузки, а после её снятия возвращаются в хаотическое состояние под действием энтропии. Для сохранения формы между цепями вводят поперечные связи (мостики) — при вулканизации образуются прочные ковалентные связи, при физическом старении — межмолекулярные ассоциации.

Ключевые свойства эластомеров:

• Высокая деформируемость — относительное удлинение при разрыве может достигать 1000 %;
• Низкий модуль упругости — обычно 1–10 МПа;
• Высокий коэффициент набухания в органических растворителях;
• Низкая теплопроводность и диэлектрические свойства;
• Склонность к физическому старению и стиранию.

¶Классификация

По происхождению эластомеры делятся на природные и синтетические. К природным относятся каучуки растительного происхождения — бразильский гевея (Hevea brasiliensis), одуванчик таразумский, кок-сагыз. Синтетические эластомеры получают полимеризацией алкенов и диенов.

По химическому строению выделяют:

¶Производство

Основной способ получения синтетических эластомеров — полимеризация мономеров в растворе, эмульсии или газовой фазе. Крупнейшие российские предприятия, выпускающие синтетические каучуки, — «Нижнекамскнефтехим», «Тольяттиоргсинтез», «Казаньоргсинтез» (входят в состав «Сибур Холдинг»). В России производятся бутадиен-стирольные, изопреновые, бутадиеновые, бутиловые и кремнийорганические каучуки.

При изготовлении изделий эластомер смешивают с вулканизирующими агентами (сера, пероксиды, металлические оксиды), наполнителями (сажа, диоксид кремния, карбонат кальция), пластификаторами, антиоксидантами и другими добавками. Получаемая смесь подвергается вулканизации при 140–200 °C, в результате чего образуется трёхмерная сетка, определяющая механические свойства готового материала.

¶Применение

Эластомеры применяются практически во всех отраслях промышленности:

• Автомобилестроение — покрышки, шланги, уплотнители, виброизоляторы, ремни;
• Машиностроение — манжеты, прокладки, демпферы, гибкие муфты;
• Нефтегазовая отрасль — обсадные и насосно-компрессорные трубы, уплотнения бурового инструмента, кислотостойкие манжеты;
• Медицина — перчатки, катетеры, имплантаты, элементы аппаратов искусственного дыхания;
• Электротехника — изоляция кабелей, диэлектрические прокладки;
• Строительство — гидроизоляционные мембраны, герметики, мастичные составы.

Особое место занимают фторкаучуки и кремнийорганические эластомеры, применяемые в аэрокосмической технике и нефтегазовом оборудовании, работающем в контакте с сероводородом и агрессивными средами.

¶Эластомеры и термопластичные эластомеры

С середины XX века развиваются термопластичные эластомеры (ТПЭ) — материалы, сочетающие свойства каучуков с технологичностью термопластов. Они не требуют вулканизации и перерабатываются методами литья под давлением и экструзии, многократно переплавляются. К ним относятся стирол-бутадиен-стирольные блоксополимеры (СБС), полиуретановые ТПЭ, полиолефины и поликарбонатные эластомеры. Недостаток ТПЭ — более низкая температура применения и худшая химическая стойкость по сравнению с вулканизированными эластомерами.

¶Экология и утилизация

Проблема утилизации эластомеров, прежде всего отработанных шин, остаётся актуальной. Основные направления переработки — пиролиз (получение технического углерода и масла), измельчение в криогенных условиях и использование в качестве наполнителя резиновых и дорожных покрытий. В России действуют программы сбора отработанных шин, а крупнейшие производители — «Нижнекамскнефтехим» и «Сибур» — развивают проекты по переработке каучуксодержащих отходов.

Источники:

• Белов П. С., Ершов Ю. С. «Технология переработки резин»
• Крыжевников В. Л. «Синтетические каучуки»
• «Справочник по каучукам и резинам» под ред. И. П. Маслова
• Материалы журнала «Каучук и резина»
• Энциклопедия «Полимеры»