Um elastômero é um polímero que exibe propriedades " elásticas ", obtido após a reticulação . Suporta deformações muito grandes antes da ruptura . O termo borracha é um sinônimo comum para elastômero.
Os materiais elastoméricos, como pneus, são geralmente baseados em borracha natural (sigla NR) e borracha sintética (corte).
A borracha natural foi o único elastômero conhecido por muito tempo.
Em 1860 , o Inglês químico Charles Hanson Greville Williams mostrou que este material era uma poli isoprenóide .
A primeira patente de fabricação de borracha sintética foi depositada em 12 de setembro de 1909pelo químico alemão Fritz Hofmann .
A rigor, os elastômeros não fazem parte dos plásticos .
A maioria dos elastômeros são polímeros orgânicos . Eles são combustíveis excelentes. Os elastômeros de silicone se distinguem por sua natureza mineral.
Um elastômero é um material amorfo com baixa temperatura de transição vítrea (T v ) (geralmente abaixo de −40 ° C ).
O elastômero sofre apenas deformação elástica , enquanto o plastômero , sob a ação de tensões, pode sofrer deformação elástica acompanhada de deformação plástica (permanente). Os plastômeros são uma classe de polímeros lineares derivados do etileno, desenvolvidos no início da década de 1990.
Para compreender as suas notáveis propriedades elásticas , é importante notar que os elastómeros são obtidos a partir de polímeros lineares que, à temperatura ambiente (muito superior ao seu T v , cf. acima), são líquidos (muito viscosos ); as forças de coesão entre as cadeias poliméricas são muito fracas, da mesma ordem de magnitude que as existentes em líquidos e gases moleculares voláteis .
As cadeias macromoleculares são normalmente dobradas ; este estado é consequência da grande liberdade de rotação dos "elos" da corrente ( elos ) entre si e dos movimentos térmicos desordenados ( movimentos brownianos ) que os afetam permanentemente; uma cadeia pode, portanto, assumir diferentes conformações que se sucedem de maneira aleatória ; o estado dobrado de uma corrente só pode ser descrito estatisticamente .
Para limitar o deslizamento das cadeias do polímero líquido umas em relação às outras, uma ligeira reticulação cria nós de ancoragem, ao mesmo tempo que confere ao material uma estrutura tridimensional . Da mesma forma que antes, os segmentos da cadeia entre dois nós são normalmente dobrados (diagrama A ao lado). Se uma tração é exercida sobre a estrutura, os segmentos se desdobram e a distância entre dois nós aumenta consideravelmente (diagrama B ); o material é muito deformável .
Quando a tensão de tração é removida, o material não permanece em seu estado esticado, mas, sob a ação quase exclusiva dos movimentos brownianos dos elos, os segmentos de corrente retornam ao seu estado inicial dobrado (que representa estatisticamente o seu estado mais provável) ( diagrama A ). Esta reversibilidade da deformação caracteriza uma deformação elástica .
Elasticidade de entropia - O estresse tende a ordenar os segmentos da cadeia do material, essa modificação é acompanhada por uma diminuição na entropia do sistema; a remoção do estresse traz o material de volta ao seu estado inicial de desordem (estado mais provável correspondendo à entropia mais alta do sistema). Os elastômeros, para os quais o estado de equilíbrio corresponde à sua entropia máxima, são sólidos com elasticidade de entropia ; sua capacidade de deformação elástica é alta. Nisto diferem dos sólidos com elasticidade de entalpia (metais, cerâmicas cristalinas, vidros minerais ou orgânicos, polímeros termofixos altamente reticulados, etc. ) para os quais o estado de equilíbrio corresponde à sua entalpia mínima; sua capacidade de deformação elástica é muito limitada.
Os elastômeros são geralmente termoendurecíveis , compostos de cadeias de polímero longas e fracamente reticuladas. Eles são fabricados fazendo pontes (curtas ou longas) entre cadeias moleculares, usando um sistema de reticulação frequentemente complexo, sob a ação da temperatura e possivelmente da pressão.
Ao contrário de um polímero termoplástico , os perfis elastoméricos (com baixa ligação cruzada) não fluem após a extrusão .
Em relação à transformação de elastômeros, a extrusão representa 10% em volume, contra 90% para moldagem .
Alguns elastômeros são termoplásticos [" elastômero termoplástico " (TPE) como o copolímero estireno-butadieno (SBS)], sua implementação usa geralmente reservada para técnicas de polímeros termoplásticos.
A maioria tem caráter amorfo; os elastômeros NR, CR e F KM (fluoroelastômero) são diferenciados por seu caráter policristalino .
Eles são mais frequentemente usados em uma temperatura acima de sua temperatura de transição vítrea, no planalto borrachento.
Sua densidade varia de 0,86 ( EPDM ) a 1,8 [FVMQ (elastômero de fluorosilicone), FKM].
A escala de medição Shore A mede sua dureza (de 30 a 95). Existe outro instrumento para medir a dureza, o durômetro DIDC (dureza internacional da borracha, preferível ao Shore A ).
Os elastômeros brutos não são materiais prontos para uso, eles devem ser formulados em particular para atender aos requisitos de uma aplicação definida. Eles contêm cerca de 20 a 40% de polímeros, o resto é composto por cargas , plastificante (s), um agente de vulcanização, como enxofre ou um peróxido orgânico, para formar as pontes, acelerador (es) de vulcanização, vários aditivos (por exemplo para facilitar o processamento , para proteção contra oxigênio , ozônio , calor, chama , raios UV ) e frequentemente negro de fumo ; este nanoconstituinte é multifuncional: usado principalmente como pigmento, enchimento para reforço das propriedades mecânicas de elastômeros, estabilizador e condutor elétrico.
Elastômeros saturados não são vulcanizáveis com enxofre. Praticamente todos os elastômeros podem ser vulcanizados com peróxido orgânico.
O que torna os elastômeros especiais é sua capacidade de colisões elásticas , como recuperação e alongamento elástico , o que permite que eles retornem à sua forma original após o término do estresse. Esta característica especial é adquirida pela presença de enredamentos e nós da rede (esses links são respectivamente ocasionais e definitivos; as pontes atuam como “molas”).
Um elastômero resiste a deformações muito grandes (até cerca de 1000%) antes da ruptura, quase completamente reversível . Ao contrário, um polímero rígido que se deformaria em 100% manteria uma deformação significativa: é qualificado como “elastoplástico”.
Essa distinção entre elastômeros e outros polímeros corresponde ao comportamento observado à temperatura ambiente. Na verdade, o comportamento dos polímeros depende da temperatura, da taxa de tensão e da deformação.
Entre outras aplicações, caem as luvas médicas (tradicionalmente feitas de látex ), as correias , as mangueiras , as correias transportadoras , as tubulações de sprinklers .
Um elastômero é formado por longas cadeias moleculares reunidas, em repouso, em "bolas". Essas cadeias são normalmente ligadas entre si por emaranhados, nós de reticulação ou ligações polares com cargas minerais; eles formam uma rede.
As propriedades mecânicas dos elastômeros dependem principalmente da densidade da ponte (número de pontes por unidade de volume) e do tipo de ponte ( natureza e comprimento ). Quanto maior a densidade da ponte (rede densa), mais rígido é o elastômero. O sistema de reticulação (tipo e taxa) também é um dos parâmetros importantes. A borracha dura , material duro e quebradiço descoberto por Charles Goodyear , é um caso extremo de borracha vulcanizada.
Elastômeros insaturados e não polares de uso geral (boa resistividade ) incluem:
O seu limite de temperatura de utilização contínua seja inferior a 80 ° C . Apresentam baixa resistência ao óleo e ozônio (esse gás só ataca sob estresse mecânico e na superfície).
A proporção em massa de NR mais SBR em um pneu é de aproximadamente 80%.
NR, SBR, BR e IR representam respectivamente 40, 37, 10 e 3% da produção total de elastômero.
O consumo global de borracha em 2010 foi estimado em 24,3 milhões de toneladas.
Elastômeros NR e IRO látex de borracha natural contém baixos níveis de proteínas e vitaminas .
Dentre os diferentes graus de borracha natural disponíveis, aqueles de qualidade superior, de cor clara (baixo teor de impurezas), oferecem a melhor resistência ao envelhecimento por temperatura. Estão reservadas para pequenas peças técnicas porque são as mais caras (7 € / kg em 2007).
Os elastômeros NR e IR têm propriedades de amortecimento e alta elasticidade ( alongamento máximo na ruptura (A / R) de 750%). A resistência máxima à tração (R / R) é 30 M Pa . Sua “aderência” e resistência ao rasgo (R / d) são excelentes.
Eles podem ser utilizados de forma contínua a partir de -50 a 65 ° C . Esses elastômeros são os que menos envelhecem bem; aquecidos acima de 65 ° C , eles começam a envelhecer e se tornam pegajosos.
O seu limite de temperatura de utilização contínua é inferior a 150 ° C .
Eles apresentam alta resistência ao calor e / ou uma (ou mais) propriedade (s) específica (s).
No que diz respeito à sua estrutura, a maioria não tem uma ligação dupla carbono-carbono (portanto, nenhum átomo de hidrogênio lábil na posição alílica ) e, portanto, não pode ser vulcanizada com enxofre.
Representam um pequeno volume (5% dos elastómeros) e são os mais caros (preço> 3 € / kg ).