Эластомеры – это полимерные материалы, имеющие высокоэластичные свойства, то есть обладающие способностью удлиняться при растяжении, в несколько раз превышая первоначальную длину, и при снятии напряжения возвращаться к исходному размеру и форме. Иногда в обиходе эластомеры называют резинами.
Не следует путать эластомеры и термопласты. Дело в температуре стеклования – эластомеры сохраняют высокоэластичные свойства при низких (комнатных и даже отрицательных) температурах, а термопласты проявляют эти свойства только при высоких температурах (но это справедливо только для аморфных полимеров). К примеру, силиконовый каучук сохраняет эластичные свойства в температурном интервале от -60 до +250 °С. Подобные упругие свойства эластомеры приобретают благодаря специфичной пространственно-сетчатой структуре макромолекул с редкой сеткой сшивки и широкими ячейками. Таким образом, сетка способна к раздвижению ячеек без разрыва молекулярных связей.
К эластомерам относят различные насыщенные и ненасыщенные каучуки, резины, полимерные нити, термоэластопласты, полиуретановые эластомеры, эластичные белки природного происхождения (резилин, эластин) и некоторые другие соединения.
Полиуретановые эластомеры
Полиуретановые (уретановые) эластомеры – это эластомеры, полученные на основе полиуретановых (уретановых) соединений или форполимеров. Данный класс эластомеров характеризуется особыми физико-механическими свойствами. Так в зависимости от вида соединения полиуретановые эластомеры могут быть сравнимы по твердости со сталью или же быть схожими по упругости с каучуком, а по износостойкости превосходить многие марки чугуна. Среди прочих характеристик полиуретановым эластомерам свойственна:
- исключительная абразиво- и износостойкость,
- стойкость к динамическим нагрузкам,
- стойкость к радиации и световому излучению,
- хорошие прочностные качества при сохранении эластичности,
- стойкость к различным средам и маслам,
- морозостойкость,
- гидроизоляционные свойства,
- способность к поглощению вибрации,
- высочайшие показатели на раздир и разрыв,
- диэлектрические свойства,
- рабочий интервал температур от -50 до +120 °С.
При таком комплексе положительных свойств некоторой ложкой дегтя является сложность вторичной переработки отходов полиуретана.
Применение полиуретановых эластомеров
Указанный набор свойств при широком интервале рабочих температур позволил найти полиуретановым эластомерам применение практически во всех сферах промышленности. В ряде случаев этот материал пришел на замену каучуков, традиционных термопластов или даже металлов. Перерабатываемость литьевыми методами позволяет получать изделия из полиуретановых эластомеров разнообразной геометрии и размеров, что не всегда возможно для резин и других материалов. Стоимость сырья и переработки не является низкой, что пока не дает выйти на объемы потребления каучуков и термопластов, но все же позволяет занять материалу весомую нишу на конкурентном рынке полимеров.
Так из полиуретановых эластомеров производят:
- подшипники, вкладыши, направляющие втулки, уплотнения различного применения, что обусловлено исключительной износостойкостью и низким коэффициентом трения;
- покрытия валов, крыльчаток, трубопроводов, насосов, циклонов, роторов, статоров и скребков в различных областях индустрии;
- всевозможные штампы, матрицы и формы для изготовления деталей широкого назначения;
- футеровочные листы для защиты металла и других поверхностей от истирания и повреждения (футеровка из полиуретанового эластомера увеличивает срок эксплуатации металлических конструкций до 25 раз!);
- элементы салона и корпусов автомобилей;
- одежда из волокон спандекс и искусственной кожи, подошва для обуви;
- гидроизоляционные покрытия;
- фильтрующие элементы;
- валки, ролики и ленты для всякого рода конвейерного оборудования;
- колеса и шины разнопланового назначения;
- демпфирующие и виброгасящие элементы.
По сравнению с эластичными и жесткими ППУ эластомеры относительно новый материал, поэтому сферы применения постоянно расширяются (за последние 10 лет потребление возросло в 5 раз).
Классификация полиуретановых эластомеров
В последние годы резко возросло количество компаний перерабатывающих полиуретановые эластомеры или производящих сырье, а также количество рецептур и систем компонентов. Выделяют следующие типы полиуретановых эластомеров:
- Линейные полиуретаны. Являются результатом полиприсоединения алифатических гликолей (полиолов) и диизоцианатов без поперечного сшивания связей. По свойствам схожи с полиамидами.
- Литьевые полиуретаны. Являются результатом полимеризации высокомолекулярного полиола, диизоцианата и удлинителя цепи. Этот тип эластомера нашел наибольшее практическое применение.
- Вальцуемые полиуретаны. Получают при избытке диизоцианата для увеличения количества поперечных связей. Применяют для изготовления изделий на вальцах, где, исходя из геометрии конечного продукта, невозможно применить литьевую технологию переработки.
- Термопластичные полиуретаны. По составу и свойствам схожи с литьевым типом полиуретанов, но за счет способности разрушения при нагреве поперечных связей и восстановления при понижении температуры их перерабатывают на оборудовании для термопластов (ТПА, экструдер, каландр и др.).
- Ячеистые полиуретаны. Для создания пористой структуры вводится дополнительный вспенивающий агент, что существенно снижает плотность материала (от 20 до 600 кг/м3). По свойствам этот эластомерный материал отличается от традиционного пенополиуретана.
- Напыляемые полиуретаны. Как правило, получают на основе литьевых полиуретановых эластомеров. Напыление сопровождается нагревом эластомера до высоких температур, ускорение отверждение обеспечивается за счет применения катализаторов.
- Полиуретановые поромеры. Технология получения и сферы применения специфичны. В основном используется в качестве искусственной кожи.
- Волокна спандекс. Эти волокна с длиной цепью содержат не менее 85% уретановых связей. Волокна прочнее и тоньше по сравнению с волокнами из натурального каучука.
