Эластомеры в промышленности: свойства, виды и области применения

Свойства эластомеров

Данный материал способен переносить многократные деформации и возвращаться в исходное состояние при снятии механического воздействия. Свои уникальные упругие свойства эластомеры проявляют в широком диапазоне температур от -60° до +200°С.

Наиболее известные их представители – это:

• каучук, открытый к 1751 году французским исследователем Шарль Мари де ла Кондамином в столице Эквадора Кито;
• созданная на основе каучука резина, первые образцы которой появились ещё в начале XIX века. 

Широкое распространение и большую популярность у потребителей эластомеры заслужили благодаря наличию ряда уникальных достоинств, например, особым механическим характеристикам, устойчивости к термическим и химическим воздействиям, способности не пропускать электрический ток. 

Эластичность и деформация

Эластомеры обладают рядом ключевых характеристик, которые делают их уникальными. В первую очередь – это: 

• Устойчивость к деформации. Эластомеры обладают высокой устойчивостью к деформации под воздействием силы. Они могут выдерживать длительные периоды деформации без постоянного изменения своих свойств. 
• Эластичность. Эластомеры могут растягиваться, сжиматься и искажаться без разрывов или повреждений структуры материала. За счет этого свойства их применяются для создания герметичных уплотнений и амортизационных элементов. 

Термостойкость и химическая стойкость

Эластомеры обладают способностью на протяжении длительного времени противостоять агрессивным температурным и химическим воздействиям, что значительно повышает востребованность этих материалов в промышленности. Дело в том, что они не только способны работать продолжительное время, подвергаюсь воздействию повышенных и пониженных температур, но и могут легко контактировать с воздухом, водой, маслами и рядом химических веществ. Естественно, что в каждом конкретном случае марка эластомера подбирается индивидуально.  

Электроизоляционные свойства

Высоко ценимые качества, крайне необходимые в случае использования этой разновидности каучуков в электронике и электротехнике. Здесь эластомеры нашли очень широкое применение в роли изоляционных материалов. 

Виды эластомеров

Натуральные резины

Открытый три столетия назад натуральный каучук, получаемый из растений каучуконосов (среди которых выделяется бразильская Гевея, на чью долю приходится 95% производства натурального каучука в мире), очень востребован. Всё дело в том, что на 99% он перерабатывается в резину, обеспечивающую своими объёмами (уходит более 60% производимого сырья) изготовление автомобильных шин. Остальное идёт на выпуск медицинских изделий и иной продукции. 

Синтетические эластомеры (например, силиконовые и нитрильные)

Настоящая революция на рынке каучука, породившем на рубеже XIX-XX веков знаменитую «каучуковую лихорадку», произошла с момента выхода на него в качестве исходного сырья производных нефти – нефтепродуктов. Стоит отметить, что первенство здесь принадлежит группе российских учёных, учеников знаменитого А. М. Бутлерова: Кондакову, Фаворскому, Лебедеву, Бызову. Именно их разработки позволили наладить полномасштабный выпуск противогазов из синтетического каучука Бызова на заводе «Треугольник» в годы Первой мировой войны. 

К текущему моменту времени перечень типов синтетических каучуков насчитывает свыше 10 наименований. Можно отметить среди них силиконовые эластомеры, нашедшие широкое применение в роли уплотнителей, изоляторов, медицинских имплантатов и других изделий, способных выдерживать экстремальные условия эксплуатации. 

Другим востребованным в перечне синтезируемых эластомеров продуктом выступает нитрильный каучук, широко известный под торговыми марками «Пербунан», «Нипол», «Кринац», «Европрен». Причина здесь заключается в высоко ценимой способности материала противостоять воздействию топлив, масел и иных веществ, выпускаемых нефтехимической отраслью, что превращает его в идеальный компонент в случае изготовления:

• перекачивающих шлангов;
• втулок;
• уплотнений;
• самоуплотняющихся топливных баков;
• перчаток для нужд атомной промышленности;
• авиационного оборудования;
• формованных изделий и пр.

Термопластичные эластомеры (ТПЭ)

ТПЭ находят применение там, где под влиянием сильных и продолжительных физических нагрузок не могут быть применимы обычные эластомеры: в автопроме, бытовой технике, строительстве. Объяснением служит теромпластичность – явление обратимого перехода при нагревании в высокоэластичное или вязкотекучее состояние.

Применение эластомеров в промышленности

Автомобильная промышленность: уплотнители, амортизаторы и шины

В сфере автомобилестроения эластомеры находят применение, прежде всего, в качестве материалов, предназначенных для изготовления шин. Благодаря великолепным механическим свойствам они здесь же используются в роли уплотнителей и амортизаторов.  

Медицинская отрасль: медицинские перчатки, прокладки, плёнки

Удобство ношения, гибкость, эластичность, способность защищать практически любые поверхности от вредных воздействий, а также целый набор ценных в медицинском отношении свойств, резко расширили сферу использования полимеров. Сегодня можно наблюдать не только их применение при изготовлении хирургических инструментов, специальной медицинской одежды, шовных и перевязочных материалов, плёнок и ёмкостей, узлов медицинской аппаратуры, но и в аллопластике (замещении внутренних органов имплантатами).

Строительство: герметики и уплотнители

Не остаётся в стороне и сфера строительства, где эластомеры нашли применение при производстве гидроизоляционных мембран и плёнок, герметиков, клеевых составов, уплотняющих элементов. Также их можно видеть в составе эластичных покрытий для полов и кровельных материалов.

Электротехника и электроника: уплотнители и изоляторы

В области энергетики наиболее частым стало использование эластомеров в качестве кабельно-проводниковой изоляции, а также в роли уплотнителей и прокладок.  

Преимущества и ограничения эластомеров

Столь широкая область применения высокоэластичных полимеров, конечно же, обусловлена многими преимуществами материала, однако в процессе изготовления он приобретает и ряд недостатков.

Преимущества: высокая эластичность, устойчивость к различным условиям, низкая стоимость

Достоинства эластомеров высоко оценены в промышленности за счет: 

• гибкости; 
• эластичности;
• устойчивости к разрывам;
• химическим и термическим воздействиям; 
• способности выступать в качестве электрических изоляторов. 

Кроме того, это достаточно лёгкие материалы, легко утилизируемые и перерабатываемые, а процесс изготовления готовых изделий из них не составляет большой сложности. Вследствие этого производство эластомеров не требует существенных затрат, а это, в свою очередь, приводит к существенному удешевлению готовой продукции. 

Ограничения: недолговечность при экстремальных условиях

Однако существуют и область ограничений, в которых этот вид полимеров проявляет свои отрицательные качества. Речь идёт об экстремальных условиях эксплуатации (резких и значительных по своей величине термических, механических и химических воздействиях), вызывающих разрушение продукции, изготовленной из эластомеров. Необходимо исключать возможность таких воздействий. Только тогда готовые полимерные изделия прослужат достаточно долго и обеспечат надёжность в процессе эксплуатации. 

Исследования и разработки

Весной 2023 года в Москве на базе «Экспоцентра» в рамках широко организованной выставки «Шины, РТИ и каучуки-2023» была проведена XI Всероссийская конференция, состоявшаяся не без участия иностранных гостей. Организаторами стали АО «Экспоцентр» и Ассоциация «Эластомеры». 

• Один из участников мероприятия озвучил важные для российской экономики отраслевые показатели, в частности:
• достижение в 2021 году 30-летнего максимума выпуска синтетических каучуков (СК), в итоге дошедшего до 1,486 млн т за год;
• снижение производства в 2022 году на 13% вследствие произошедших политических событий и структурных изменений в отрасли, которые привели к выпуску лишь 1,292 млн т СК; 
• резкое (на 30%) увеличение импорта СК в 2022 году, составившего 0,691 млн т.

На секционных заседаниях, помимо общих вопросов, нашли отражение темы, посвящённые воздействию природы субстрата на поверхностные энергетические характеристики эластомеров, а также были затронуты проблемы физики и механики эластомерных композитов на нынешнем этапе своего развития.

Новые технологии и материалы в области эластомеров. Влияние исследований на будущее применение 

Практически все последние разработки в области полимеров нацелены на дальнейшее улучшение их свойств, что в значительной степени может и должно расширить сферы их применения. На повестке дня активно стоят вопросы создания новых составов, модификаций, применения новых технологий и методов. 

Здесь можно отметить исследования в области повышения прочности и улучшения деформационных свойств теромопластичных эластомеров, основанные на использовании добавок. Это приводит к установлению новых связей между молекулами. Есть также перспективные разработки в области повышения механической, термической, химической устойчивости, к которым можно добавить инновационные синтезирующие технологии, позволяющие получать материалы с заранее заданными свойствами. 

И не только это. Особенно остро на повестке дня сегодня стоят вопросы экологической безопасности, заставляющей разработчиков активизировать усилия по выпуску биоразлагаемых эластомеров. Практически всё идёт к тому, чтобы с помощью новых разработок значительно расширить возможности использования полимеров в автомобилестроении, энергетике, медицине и в других отраслях промышленности.