Miten syntyy elastinen materiaali?

Syntetisoida a elastinen materiaali, Ensinnäkin on oltava tietoa siitä, millaisia ​​polymeerejä ne muodostavat; koska muussa tapauksessa muovin tai kuidun valmistaminen olisi muotoiltu. Tietäen, että polymeerit, joita tulisi harkita, ovat nimettyjä elastomeerit.

Sitten elastomeerit muodostavat elastiset materiaalit; Mutta mitä ne ovat? Miten ne eroavat muista polymeereistä? Miten tietää, onko syntetisoidulla materiaalilla todella elastisia ominaisuuksia?

Yksi yksinkertaisimmista esimerkeistä joustavasta materiaalista löytyy joustavista nauhoista, jotka sitovat sanomalehtiä, kukkia tai laskuja. Jos niitä venytetään, havaitaan, että ne muuttuvat pituussuunnassa ja palaavat sitten alkuperäiseen muotoonsa.

Mutta jos materiaali on pysyvästi epämuodostunut, se ei ole joustavaa, vaan muovia. On olemassa useita fyysisiä parametreja, joiden avulla voit erottaa nämä materiaalit, kuten Youngin moduulin, elastisuusrajan ja lasittumislämpötilan (Tg)..

Näiden fyysisten ominaisuuksien lisäksi kemiallisesti joustavien materiaalien on myös täytettävä tietyt molekyylikriteerit käyttäytyä sellaisenaan.

Tästä syntyy monenlaisia ​​mahdollisuuksia, seoksia ja synteesejä, joihin kohdistuu lukemattomia muuttujia; kaikki tämä lähentyy joustavuuden "yksinkertaista" ominaisuutta.

indeksi

• 1 Raaka-aine
  • 1.1 Molekyyliset ominaisuudet
• 2 Elastomeerien synteesi
  • 2.1 Vulkanointi
  • 2.2 Fysikaaliset ja kemialliset lisäkäsittelyt
• 3 Joustavien nauhojen synteesi
• 4 Viitteet

Raaka-aine

Kuten alussa mainittiin, elastiset materiaalit on valmistettu elastomeereistä. Jälkimmäinen vaatii puolestaan ​​muita pienempiä polymeerejä tai "molekyyliosia"; toisin sanoen elastomeerit ansaitsevat myös omat synteesinsä esipolymeereistä.

Kussakin tapauksessa tarvitaan prosessimuuttujien huolellinen tutkimus, olosuhteet ja miksi näiden polymeerien kanssa tuloksena oleva elastomeeri "toimii" ja siten elastinen materiaali.

Tarkempia tietoja ei ole, mutta meillä on useita polymeerejä, joita käytetään tähän tarkoitukseen:

-polyisosyanaatti

-Polyolipolyesteri

-Etyleeni- ja propyleenikopolymeerit (ts. Polyeteenien ja polypropyleenien seokset) \ t

-polyisobuteeni

-polysulfidit

-polysiloksaani

Monien muiden lisäksi. Nämä reagoivat toistensa kanssa erilaisilla polymerointimekanismeilla, joihin kuuluvat mm. Kondensaatio, lisäys tai vapaiden radikaalien kautta.

Siksi jokainen synteesi merkitsee tarvetta hallita reaktion kinetiikka sen optimaalisten olosuhteiden takaamiseksi. Samoin syntyy synteesin paikka; eli reaktori, sen tyyppi ja prosessimuuttujat.

Molekyyliset ominaisuudet

Mitä kaikki elastomeerien synteesissä käytetyt polymeerit ovat yhteisiä? Ensimmäisen ominaisuuden ansiosta synergia (koko on suurempi kuin sen osien summa) toisella.

Ensinnäkin niillä on oltava epäsymmetrisiä rakenteita, ja siksi niiden on oltava mahdollisimman heterogeenisiä. Niiden molekyylirakenteiden on välttämättä oltava lineaarisia ja joustavia; toisin sanoen yksittäisten sidosten kierto ei saa aiheuttaa steerisiä repulsioita substituenttiryhmien välillä.

Polymeerin ei myöskään saa olla hyvin polaarinen, koska muuten sen molekyylien väliset vuorovaikutukset ovat vahvempia ja osoittavat suurempaa jäykkyyttä.

Siksi polymeereissä on oltava: epäsymmetrisiä, ei-polaarisia ja joustavia yksiköitä. Jos niillä on kaikki nämä molekyyliset ominaisuudet, ne edustavat potentiaalista lähtökohta elastomeerin saamiseksi.

Elastomeerien synteesi

Kun olemme valinneet raaka-aineen ja kaikki prosessimuuttujat, jatkamme elastomeerien synteesiä. Kun syntetisoitiin, ja sen jälkeen, kun on suoritettu fysikaalisia ja kemiallisia käsittelyjä, elastinen materiaali luodaan.

Mutta mitä muunnoksia valittujen polymeerien on tehtävä elastomeereiksi?

Niiden on tehtävä ristisilloitus tai kovetettava (silloitus, englanniksi); toisin sanoen niiden polymeeriketjut liitetään toisiinsa molekyylisilloilla, jotka ovat peräisin bi- tai polyfunktionaalisista molekyyleistä tai polymeereistä (jotka kykenevät muodostamaan kaksi tai useampia vahvoja kovalenttisia sidoksia). Alla oleva kuva tiivistää yllä mainitun:

Purppurat viivat edustavat polymeeriketjuja tai elastomeerien "jäykempiä" lohkoja; kun taas mustat viivat ovat kaikkein joustavin osa. Kukin violetti viiva voi koostua erilaisesta polymeeristä, joka on joustavampi tai jäykempi kuin edeltävä tai edeltävä.

Mitä funktiota nämä molekyylisillat täyttävät? Se, että elastomeeri on valssattu itsestään (staattinen tila), voidaan ottaa käyttöön venytyspaineessa (elastinen tila) sen linkkien joustavuuden ansiosta.

Maaginen jousi (Slinky, esimerkiksi Toystory) käyttäytyy hieman samoin kuin elastomeerit.

vulkanointi

Kaikista silloitusprosesseista vulkanointi on yksi tunnetuimmista. Tässä polymeeriketjut on liitetty toisiinsa rikki-siltojen (S-S-S ...) avulla..

Palaten yllä olevaan kuvaan sillat eivät enää olisi mustia, vaan keltaisia. Tämä prosessi on välttämätön renkaiden valmistuksessa.

Muut fysikaaliset ja kemialliset käsittelyt

Syntetisoidut elastomeerit, seuraavat vaiheet käsittävät saadun materiaalin käsittelemisen niiden ainutlaatuisten ominaisuuksien antamiseksi. Jokaisella materiaalilla on oma hoito, muun muassa lämmitys, muovaus tai hiominen, tai muu fyysinen "kovettunut".

Näissä vaiheissa lisätään pigmenttejä ja muita kemikaaleja, jotka varmistavat niiden elastisuuden. Myös niiden Youngin moduuli, niiden Tg ja niiden elastisuusraja arvioidaan laatuanalyysinä (muiden muuttujien lisäksi).

Tässä on termi elastomeeri haudattu sanalla "kumi"; silikonikumi, nitriili, luonnollinen, uretaanit, butadieeni-styreeni jne. Kumit ovat synonyymejä elastisen materiaalin kanssa.

Joustavien nauhojen synteesi

Lopuksi annetaan lyhyt kuvaus elastisten nauhojen synteesimenetelmästä.

Polymeerien lähde niiden elastomeerien synteesille saadaan luonnollisesta lateksista, erityisesti Hevea brasiliensis -puusta. Tämä on maitomainen ja hartsi, joka puhdistetaan ja sitten sekoitetaan etikkahapon ja formaldehydin kanssa..

Tästä seoksesta saadaan laatta, josta vesi uutetaan puristamalla se ja antamalla sille lohkomuoto. Nämä lohkot leikataan pienemmiksi paloiksi sekoittimessa, jossa niitä kuumennetaan, ja pigmentit ja rikki lisätään vulkanointia varten.

Sitten ne leikataan ja puristetaan, jolloin saadaan onttoja sauvoja, joiden sisällä ne tukevat alumiinia, jossa on talkkia tukena.

Ja lopuksi sauvat kuumennetaan ja poistetaan alumiinituesta, jotta ne voidaan puristaa viimeistään telalla ennen leikkaamista; jokainen tuomioistuin luo liigan, ja lukemattomia leikkauksia syntyy niistä tonnia.

viittaukset

1. Wikipedia. (2018). Joustavuus (fysiikka). Haettu osoitteesta: en.wikipedia.org
2. Odian G. (1986) Johdatus elastomeerien synteesiin. Julkaisussa: Lal J., Mark J.E. (eds) Elastomeerien ja kumin elastisuuden edistyminen. Springer, Boston, MA
3. Pehmeä robotiikan työkalupakki. (N.D.). Elastomeerit. Haettu osoitteesta: softroboticstoolkit.com
4. Luku 16, 17, 18-Muovit, kuidut, elastomeerit. [PDF]. Haettu osoitteesta: fab.cba.mit.edu
5. Elastomeerisynteesi. [PDF]. Haettu osoitteesta gozips.uakron.edu
6. Advameg, Inc. (2018). Rubber Band Haettu osoitteesta: madehow.com.