Το καλύτερο ελαστικό υλικό για αντοχή σε εφελκυσμό και κατάταξη
Το καουτσούκ είναι ένα σημαντικό ελαστικό πολυμερές υλικό και οι μηχανικές του ιδιότητες, συμπεριλαμβανομένης της αντοχής σε εφελκυσμό, της επιμήκυνσης κατά τη θραύση, της αντοχής στη φθορά, της αντοχής σε σχίσιμο κ.λπ., χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία, την αεροπορία, αεροδιαστημική, και τομείς καταναλωτών. Η αντοχή σε εφελκυσμό είναι ένας βασικός δείκτης για την αξιολόγηση των μηχανικών ιδιοτήτων των υλικών από καουτσούκ και συνήθως αναφέρεται στη μέγιστη εφελκυστική δύναμη που μπορεί να αντέξει ένα υλικό πριν σπάσει ανά μονάδα επιφάνειας διατομής. Τα παρακάτω συζητούν τα κορυφαία υλικά από καουτσούκ όσον αφορά την αντοχή σε εφελκυσμό από την άποψη της χημικής δομής, των χαρακτηριστικών απόδοσης και των ειδικών πεδίων εφαρμογής.
Ακολουθεί μια κατάταξη και λεπτομερής περιγραφή των κοινών ελαστικών υψηλής απόδοσης με βάση την αντοχή σε εφελκυσμό ως κύριο κριτήριο:
Καουτσούκ πολυουρεθάνης (PU)
Εύρος αντοχής εφελκυσμού: 30–50 MPa
Το καουτσούκ πολυουρεθάνης είναι ένα από τα πιο εξαιρετικά μηχανικά ελαστομερή, με εξαιρετικά υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό και επιμήκυνση κατά τη θραύση (έως 500%).
Πλεονεκτήματα μοριακής δομής: Τα σκληρά τμήματα (αρωματικά ή αλειφατικά ισοκυανικά) και τα μαλακά τμήματα (πολυαιθέρας ή πολυεστέρας) στη μοριακή αλυσίδα διατάσσονται εναλλάξ, δίνοντάς της εξαιρετική αντοχή σε εφελκυσμό και σχίσιμο.
Χαρακτηριστικά απόδοσης: Το καουτσούκ πολυουρεθάνης έχει την υψηλότερη αντοχή σε εφελκυσμό από όλα τα υλικά από καουτσούκ και έχει τόσο αντοχή στην τριβή όσο και αντοχή στην κρούση.
Εφαρμογές: Χρησιμοποιείται κυρίως για εξαρτήματα σε περιβάλλοντα υψηλού φορτίου, όπως ιμάντες μεταφοράς, κύλινδροι, μαξιλαράκια απορρόφησης κραδασμών, εξαρτήματα μηχανημάτων πετρελαιοειδών κ.λπ.
Φυσικό καουτσούκ (NR)
Εύρος αντοχής εφελκυσμού: 20–30 MPa (υψηλότερο μετά τον βουλκανισμό)
Το φυσικό καουτσούκ είναι ένα πολυμερές πολυισοπρενίου που εξάγεται από καουτσούκ και η μοναδική του μοριακή δομή του δίνει υψηλή ελαστικότητα και εξαιρετική αντοχή σε εφελκυσμό, ειδικά μετά το βουλκανισμό.
Πλεονεκτήματα μοριακής δομής: Η μοριακή ραχοκοκαλιά του φυσικού καουτσούκ περιέχει μεγάλο αριθμό δομών cis-1,4-πολυισοπρενίου, γεγονός που το καθιστά αποτελεσματικό και ομοιόμορφα κατανεμημένο κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εφελκυσμού.
Χαρακτηριστικά απόδοσης: Το φυσικό καουτσούκ έχει εξαιρετικά υψηλή επιμήκυνση στο σπάσιμο (έως 500%~700%) όταν τεντώνεται και μπορεί να παρουσιάσει εξαιρετική αντοχή στο σχίσιμο κάτω από υψηλά φορτία.
Εφαρμογές: Λόγω της αντοχής του σε εφελκυσμό και της αντοχής στην κόπωση, χρησιμοποιείται ευρέως σε ελαστικά, στεγανοποιήσεις, αμορτισέρ, μεταφορικούς ιμάντες και άλλα πεδία που απαιτούν υψηλή μηχανική αντοχή.
Καουτσούκ πολυβουταδιενίου (BR)
Εύρος αντοχής εφελκυσμού: 15–25 MPa
Το καουτσούκ βουταδιενίου είναι γνωστό για την εξαιρετικά υψηλή του ελαστικότητα και την καλή του αντοχή στη διάδοση των ρωγμών και η αντοχή του σε εφελκυσμό ενισχύεται σημαντικά μετά το βουλκανισμό και την ανάμειξη, καθιστώντας το σημαντικό υλικό σε πολλούς βιομηχανικούς τομείς.
Καουτσούκ νιτριλίου βουταδιενίου (NBR)
Εύρος αντοχής σε εφελκυσμό: 10–20 MPa (σημαντικά αυξημένο μετά τον βουλκανισμό)
Το καουτσούκ νιτριλίου χρησιμοποιείται ευρέως σε βιομηχανικά προϊόντα λόγω της αντοχής του στο λάδι και της καλής μηχανικής του αντοχής, ιδιαίτερα κατάλληλο για χημικά διαβρωτικά περιβάλλοντα.
Μονομερές αιθυλενοπροπυλενοδιενίου (EPDM)
Εύρος αντοχής εφελκυσμού: 10–18 MPa
Το EPDM έχει εξαιρετική αντοχή στις καιρικές συνθήκες, αντοχή στο όζον και αντοχή στη θερμότητα και χρησιμοποιείται ευρέως στοαυτοκινητοβιομηχανίακαι οικοδομικά πεδία.
Καουτσούκ σιλικόνης (VMQ)
Εύρος αντοχής εφελκυσμού: 6–15 MPa
Το καουτσούκ σιλικόνης είναι γνωστό για την αντοχή του σε υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες και παρά τη χαμηλή του αντοχή σε εφελκυσμό, υπερέχει στον αεροδιαστημικό και ιατρικό τομέα.
Καουτσούκ φθοράνθρακα (FKM)
Εύρος αντοχής εφελκυσμού: 10–18 MPa
Τα φθοροελαστομερή υπερέχουν σε χημικά περιβάλλοντα και περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας και χρησιμοποιούνται κυρίως σε ειδικές εφαρμογές που είναι ανθεκτικές στη διάβρωση και τις υψηλές θερμοκρασίες.
| Τύπος καουτσούκ | Αντοχή σε εφελκυσμό (MPa) | Επιμήκυνση στο σπάσιμο (%) | Βασικά Πλεονεκτήματα |
|
PU |
30–50 |
500–800 |
Εξαιρετικά υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό και αντοχή στην τριβή |
|
NR |
20–30 |
500–700 |
Υψηλή ελαστικότητα και αντοχή στη θραύση |
|
BR |
15–25 |
400–600 |
Καλή αντοχή στη διάδοση ρωγμών |
|
CR |
10–20 |
200–300 |
Αντοχή στις καιρικές συνθήκες, αντοχή στο λάδι και επιβράδυνση φλόγας |
|
NBR |
10–20 |
250–350 |
Εξαιρετική αντοχή σε λάδια και χημικά |
|
EPDM |
10–18 |
300–400 |
Αντοχή στη γήρανση και αντίσταση στο όζον |
|
VMQ |
6–15 |
150–300 |
Αντοχή σε υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες και βιοσυμβατότητα |
Όσον αφορά την ολοκληρωμένη απόδοση, το καουτσούκ πολυουρεθάνης κατέχει την πρώτη θέση με την υψηλότερη αντοχή σε εφελκυσμό και αντοχή στη φθορά, ενώ το φυσικό καουτσούκ κατέχει τη δεύτερη θέση με την υψηλή ελαστικότητα και αντοχή του. Το νεοπρένιο είναι ένα σημαντικό υλικό στη μηχανική και τη βιομηχανία λόγω της καλά ισορροπημένης αντοχής του σε εφελκυσμό (15–25 MPa μετά τον βουλκανισμό) και της εξαιρετικής αντοχής στις καιρικές συνθήκες και επιβράδυνσης φλόγας. Ανάλογα με τις απαιτήσεις της συγκεκριμένης εφαρμογής, διαφορετικά υλικά από καουτσούκ έχουν το βέλτιστο εύρος χρήσης και τα πλεονεκτήματά τους.