بررسی تاریخچه و تکامل لاستیک

تاریخچه لاستیک:
در سال 1540 برای اولین بار لاستیک مورد استفاده قرار گرفت.در آن موقع از لاستیک به عنوان ضد آب استفاده می شد،نه به صورت پخت شده بلکه به صورت خام یعنی هدف اصلی استفاده از لاستیک ضد آب کردن پارچه بود.به طوری که از شیره ی درختی به نام Hevea لاستیک طبیعی را خارج کرده که بعدها آن را NR (Natural Rubber) نامیدند و به صورت پوشش روی اجسامی که می خواستند ضد آب باشد مصرف می کردند.ولی در سال 1770 از این شیره ی درخت (NR) به عنوان پاک کن استفاده شد و به همین دلیل به آنRubber گفتند و همچنین به NR کائوچو نیز می گویند که در ترجمه فارسی کائوچو به اشک درخت (درختی که گریه می کند) ترجمه می شود.درختی بود که بیشتر در کشورهایی مثل مالزی و برزیل و تایلند رشد می کرد که اسم آن Hevea است که در شرایطی رشد می کند که باید %140 رطوبت داشته باشد و برای خارج کردن شیره به درخت تیغ می زنند و کاسه می گذارند و بعد می برند و خالص سازی می کنند و سپس NR را از آن بیرون می کشند.در حدود %80-70 از NR جهان در این کشورها تولید می شود.
تا قرن های اخیر مصرف لاستیک ،ضد آب کردن اجسام و نهایت پاک کن بود.تا جنگ جهانی اول (1939) و بعد از کشف حلال برای این نوع Rubber پیشرفتهایی برای آن به دست آمد.مخصوصاً با کشف عمل وولکانیزاسیون توسط Handcok در انگلیس پیشرفت های زیادی در صنعت Rubber به وجود آمد.و در سال 1941 با کشف لاستیک سنتزی که به آن SBR می گویند که لاستیکی شبیه NR می باشد،پیشرفت ها در این زمینه بیشتر شد و SBR مخفف استایرن بوتادی ان رابر می باشد.
خواص الاستومرها:
یک پلیمر باید دارای چه خصوصیاتی باشد تا بتوان آن را الاستومر یا Rubber یا Lastic یا Caautchonch نامید؟
1. در برابر نیروی کم ازدیاد طول زیادی از خود نشان دهد یا Low Modolus باشد.
2. پس از قطع نیروی اعمال شده به حالت اول برگردد و شکل اولیه را پیدا کند یعنی باید خاصیت برگشت پذیری Rever Sibility داشته باشد.
نکته مهم این است که دوخاصیت بالا را باید در یک فاصله زمانی کم از خود ارائه دهد.یعنی بتواند تغییر شکل آنی داشته باشد و همچنین بازگشت آنی و در نتیجه پارامتر زمان برای عکس العمل باید بسیار کوتاه باشد.بنابراین می توان خاصیت اول و دوم را به صورت منحنی زیر نشان داد.

الاستومرها چه به حالت خام و چه به حالت پخت شده باید منحنی بالا را داشته باشند.نکته مهم این است که بعد از قطع نیرو منحنی رفت با منحنی برگشت تطابق ندارد.سطح بین دو منحنی رفت و برگشت را Hystersis می گویند که در واقع نیروی اتلاف شده می باشد که این نیروی اتلاف شده به صورت گرما ظاهر می شود و باعث می شود که الاستومر گرم شود.هر چه این Hystersis یا فاصله بین دو منحنی رفت و برگشت بیشتر باشد گرمای ایجاد شده Heat Buildup نیز بیشتر می شود.این گرمای ایجاد شده در Rubber معمولاً باعث تخریب الاستومر می گردد.دلیل اینکه منحنی رفت و برگشت یکسان نمی باشد به خاطر خاصیت Viscoelastic (ویسکوالاستیک) الاستومر می باشد یعنی یک مقدار از انرژی یا نیروی اعمال شده به آن را از بین می برد (تلف می کند) به عبارت دیگر عکس العمل الاستومر نسبت به تنش (Stress) وابسته به زمان می باشد.دو منحنی رفت و برگشت را به هیچ وجه نمی توان بر هم منطبق کرد اما می توان مقدار آن را کم و زیاد نماییم.
3. سومین خاصیتی که باید یک پلیمر داشته باشد تا بتوان از آن خاصیت الاستومری به دست آورد Tg بسیار پایین تر از درجه حرارت محیط می باشد.
4. یک پلیمر باید بدون خاصیت کریستاله شدن (Crystalization) باشد تا بتواند خاصیت الاستومری داشته باشد.(Lack of Crystalization)
پلی اتیلن دارای Tg ،120- درجه می باشد.
Home Work:آیا پلی اتیلن که دارای Tg بسیار پایین تر از درجه حرارت محیط می باشد می تواند خاصیت لاستیکی داشته باشد یا نه؟اگر نمی تواند چه کاری می توان انجام داد تا خاصیت لاستیکی را داشته باشد؟
5. چهار خاصیت بالا خواص مهمی هستند که مربوط به ساختمان مولکولی پلیمر می باشد.خاصیت دیگری هم وجود دارد و آن این است که یک پلیمر باید قابلیت شبکه ای شدن (vulcanize) را داشته باشد.ولکانیزاسیون فرایندی است که طی آن بین زنجیرهای پلیمر اتصالات شیمیایی ایجاد می کنیم.
یک پلیمر که Tg کم دارد و بسیار نرم می باشد هر شکلی که به آن بدهیم را از دست می دهد سپس نمی توان آن را به شکل خاصی درآوریم.ولی به وسیله عمل ولکانیزاسیون می توان هر شکل دلخواه را به آن داد.هر پلیمری که در خانواده ی الاستومرها است باید قابلیت شبکه ای شدن را داشته باشد.پلیمری که چهار خاصیت اول را داشته باشد ولی خاصیت 5 را نداشته باشد کاربردی در صنعت لاستیک ندارد.
صنعت لاستیک الاستومری را می پذیرد که به نحوی بتوان (به وسیله حرارت-اشعه و …) آن را شبکه ای نمود.در ادامه بحث خواهیم گفت که الاستومرهایی در صنعت لاستیک کاربرد دارند که دارای پیوند دو گانه باشند.
6. در الاستومرها باید چرخش حول پیوند c-c راحت صورت بگیرد و در نتیجه باید الاستومرها دارای انعطاف پذیری بالا باشند.
در منحنی تنش-کرنش برای الاستومرها در Strainهای پایین (Low strain) این منحنی به صورت خطی (Linear) می باشد.این ناحیه را به ناحیه 1 نشان می دهند.همچنین در Strainهای متوسط (Medium strain) منحنی به صورت غیر خطی است.ولی در Strainهای بالا (High strain) دوباره منحنی خطی می شود و به ناحیه 3 معروف می باشد.
در ناحیه 1 منحنی از قانون هوک (Hooks law) تبعیت می کند.یعنی اگر در ناحیه 1 نیرو را برداریم منحنی رفت و برگشت یکسان می شود و ماده %100 الاستیک است.
در ناحیه 2 با گذشت زمان تغییر شکل داریم یعنی در ناحیه 2 ما تغییر شکل پلاستیک داریم و به همین دلیل می باشد که لاستیک اگر از ناحیه 2 عبور کند بعد از مدتی به دلیل گرمای ایجاد شده و تلف کردن انرژی داغ خواهد شد.
خاصیت بسیار مهم دیگر الاستومرها خواص ترموفیزیکی آنها می باشد.
الاستومرها خواص ترموفیزیکی خاصی از خود نشان می دهند که دیگر پلیمرها این خاصیت را نشان نمی دهند:
1) افزایش مدول با دما
نکته ای که باید در اینجا اشاره کنیم آن است که سختی (Hardness) با مدول متفاوت می باشد.منحنی و مدول هر دو مقاومت در برابر نیرو می باشند اما منشاء هردو متفاوت می باشد.
مقاومت در برابر نیرو در الاستومرها را الاستیسیتی (Elasticity) گویند.در الاستومرها برخلاف دیگر پلیمرها با افزایش دما مقاومت آنها در برابر نیرو زیاد می شود زیرا الاستومرها مانند گازها دارای یک منشاء الاستیسیتی می باشند که با جامدات فرق می کند زیرا در جامدات و دیگر پلیمرها هنگام حرارت دادن مدول آنها کاهش پیدا می کند.در جامدات (چه پلیمر و چه غیر پلیمر) منشاء مدول انرژی تیک می باشد ولی در گازها و الاستومرها منشاء مدول آنتروپی می باشد.بنابراین می گوییم که مدول الاستیک در گازها و الاستومرها منشاء آنتروپیک دارد.مثلاً در گازها در دمای T1 مولکولهای گاز با سرعت خاصی در حال حرکت می باشند.با بالا بردن دما جنب و جوش مولکولی و آنتروپی مولکولها بیشتر خواهد شد که این به معنای پایداری بیشتر می باشد.با افزایش دما جنب و جوش بالاتر می رود و آنتروپی بالاتر می رود و انرژی آزادگیس پایین تر می رود و مدول بالاتر می رود.
حالا در الاستومرها هر مولکول زنجیر را به یک مولکول گاز تشبیه می کنیم.اگر الاستومری دارای Tg=-70 (NR) باشد یعنی به عبارت دیگر در دمای اتاق مولکولهای NR در حال حرکت می باشند و با افزایش دما این حرکت زنجیرها بیشتر خواهد شد و در نتیجه آنتروپی سیستم بالاتر خواهد رفت و در نهایت مدول الاستیک بیشتر خواهد شد.
2) اگر نیروی ثابتی را به یک الاستومر وارد کنیم (مثلاً نیروی کششی ثابت) میزان ازدیاد طول و ابعاد و تغییر شکل با افزایش دما کاهش می یابد.زیرا حالت اصلی و اولیه پلیمر کویل است و ما وقتی به آن شکل می دهیم یعنی در واقع آن را کشیده ایم و با افزایش دما ما به آن انرژی می دهیم و زنجیرها آزاد می شوند و دوست دارند به حالت پایدار یعنی کویل خود برگردند( shrinkage).
3) اگر الاستومرها تحت تنش سینوسی یا Cyclic از خود ازدیاد حرارت یا Heat build up نشان دهند به دلیل خاصیت ویسکو الاستیک می باشد.این خاصیت نامطلوب می باشد و باید سعی نمود هنگام طراحی محصول مقدار Heat build up پایین باشد.هر الاستومر برای خود یک زمان پاسخ Response time)) دارد که آن را با (𝜏 یا λ) نشان می دهند که طی آن در برابر نیرو عکس العمل از خود نشان می دهد.اگر فرکانس نیروی اعمال شده به پلیمر بسیار بالا باشد الاستومر فرصت پیدا نمی کند که رفتار لاستیکی از خود نشان دهد بنابراین به صورت یک جامد %100 عمل می کند و در واقع %100 الاستیک می باشد و این در صورتی است که t<z باشد ولی در صورتی که t≥z مانند یک الاستومر عمل خواهد کرد.اصولاً اساس طراحی قطعات لاستیکی بر اساس همین زمان z می باشد.نکته ای که باید به آن اشاره نماییم آن است که در پلیمرها ما یک z نداریم بلکه هزاران z داریم که به صورت تابعی از z (f(z)) نشان می دهیم.
بحث Conformation و Configuration
به طور قرار گرفتن موتومرها در زنجیر پلیمر Configuration گویند.برای مثال به زنجیر pp توجه می کنیم. ( CH2 CH )
CH3
مثلاً برای pp سه نوع Configuration امکان دارد وجود داشته باشد:
1. ایزوتاکتیک iso tactic
اگر گروه های R همه در بالا یا پایین زنجیر اصلی قرار بگیرند به آن ایزو تاکتیک گویند.
2. سیندیوتاکتیک syndiutactic
اگر گروه های R به صورت یک در میان یکی در بالا و یکی در پایین قرار گیرند به آن سیندیوتاکتیک گویند.
3. اتاکتیک Atactic
اگر گروه های R به صورت درهم و اتفاقی در بالا و پایین زنجیر قرار گیرند به آن اتاکتیک می گویند.نکته ای که باید به آن اشاره نمود این است که پلیمری می تواند حالت کریستالی داشته باشد که ساختمان آن دارای نظم باشد بنابراین ایزومرهای از نوع ایزوتاکتیک و سیندیوتاکتیک فقط می توانند دارای ساختمان کریستالی باشند و ساختار اتاکتیک به هیچ وجه نمی تواند کریستاله شود.حال اگر دو پلیمر داشته باشیم که بتوان از آن کوپلیمر تهیه کرد می توانند دارای ساختارهای زیر باشند:
1) Alternative (متناوب) -A-B-A-B-A-B-A-B
2) Random (درهم) AAAABBABBBBBAAABB
3) Blok AAAAA——BBBBBB
4) Graft
و اگر سه پلیمر داشته باشیم و این مونومرها به صورت پشت سرهم و با نظم قرار گرفته باشند به این نوع ترکیب regular گویند و اگر به صورت نامنظم قرار گرفته باشند به آن non regular خواهند گفت.
بنابراین در Configuration پلیمرها اگر بخواهیم تغییراتی ایجاد کنیم باید پیوند شیمیایی آنها را از بین ببریم و این پیوند شیمیایی شکسته شود.
پس اگر الاستومری کشیده می شود در اثر نیروی اعمال شده به آن تغییر شکل حاصله در الاستومر از نوع Configuration نمی باشد.پس این نوع تغییر در شکل الاستومر تغییر از نوع Conformation می باشد.
Conformation:این حالت مربوط می شود به حالت فضایی زنجیرها.
در ابتدا فکر می شد که زنجیرهای پلیمر به صورت خطی می باشند ولی در سال 1934 ثابت شد که زنجیرهای پلیمر به صورت کویل (مارپیچ) می باشد در نتیجه بسیاری از خواص پلیمرها با این فرضیه قابل توجیه می باشد مانند خاصیت الاستیسیته (elasticity) لاستیک ها.اگر فشاری را به الاستومر وارد نماییم از حالت مارپیچ خارج می شود و با برداشتن فشار اعمال شده دوباره زنجیرها به حالت کویل یا مارپیچی اولیه برمی گردند بنابراین تغییر در Conformation با چرخش زنجیرها حول پیوند ایجاد می شود.بنابراین یک زنجیر پلیمر می تواند Conformationهای بسیار زیادی را داشته باشد و در حالت مارپیچی بالاترین تعداد Conformation را یک زنجیر پلیمر می تواند داشته باشد.در نتیجه بالاترین آنتروپی را خواهد داشت و در نهایت پایین ترین سطح انرژی آزادگیبس را به دست می آورد چون تمام اجسام می خواهند که در پایین ترین سطح از انرژی قرار بگیرند در نتیجه پلیمرها حالت کویل یا مارپیچی را انتخاب می کنند که پایدارترین حالت می باشد.
عواملی که روی conformation موثر می باشند:
هرچه انرژی پیوند بیشتر باشد چرخش داخلی مولکول به نیروی بیشتری نیاز خواهد داشت در نتیجه conformation سخت تر خواهد شد.
C-H 98.2 O-C 57
C-F 102 S-C 78.3
C-Cl 78 N-C 66
Br-C 65 C-C 80
I-C 57
هر مولکول قبل از چرخش یک انرژی پتانسیل U1 دارد و بعد از چرخش و تغییر Conformation یک انرژی پتانسیل U2 دارد بنابراین تغییر در انرژی پتانسیل را با UΔ نشان می دهند.
ΔU = U2 – U1
به UΔ : Petential Rotation Barrier ( سد پتانسیل چرخشی ) می گویند. هرچه UΔ بیشتر باشد تغییر در Conformation سخت تر خواهد شد.
2. حجم اتم و یا گروه هایی که به زنجیر اصلی متصل هستند. هرچه حجم اتم ها و گروه ها بزرگ تر باشد تغییر در Conformation سخت تر خواهد شد. ( چون UΔ بیشتر می شود ).
3. قدرت جاذبه و دافعه گروه ها نسبت به هم. هرچه جاذبه بیشتر باشد در نتیجه UΔ بیشتر می شود و Conformation سخت تر صورت می گیرد و هرچه دافعه بیشتر باشد در نتیجه UΔ کمتر می شود و Conformation راحتتر صورت می گیرد.
4. قدرت جاذبه یا دافعه بین گروه های یک زنجیر با زنجیر دیگر. (مثل قبلی)
پلیمری را منعطف می نامند که UΔ کم باشد در نتیجه به آن پلیمر Flexible گوییم. اگر UΔ زیاد باشد به آن پلیمر سخت یا Regid می گویند.
تعداد Conformatio های یک پلیمر :
فرض می کنیم زنجیر پلیمر یک سر آن در مبدا قرار گرفته باشد و انتهای آن در فاصله R از مرکز قرار گرفته باشد. تئوری احتمال Conformation فرض می کند یک زنجیر پلیمر از n سگمنت (Segment ) تشکیل شده باشد و طول هر Segment برابر با L باشد. این طول در جهت محورهای X,Y,Z برابر با Lx,Ly,Lz خواهد شد.
بنابراین طول متوسط یک Segment برابر خواهد شد با :
L2=Lx2+Ly2+Lz2
و طول متوسط یک زنجیر برابر خواهد شد با :
R2=Rx2+Ry2+Rz2
و فرض کردیم n سگمنت داریم :
R2=nL2
بنابراین تعداد کل Conformation ها برابر خواهد شد با :
Ω(R)= ω(Rx). Ω(Ry). Ω(Rz)
ΩR=(2/πn)2/3 * 23n *e^(-3/2(R2/nL2))
این احتمال در حالتی است که یک سر زنجیر در مبدا مختصات و سر دیگر آن در فاصله R قرار گرفته باشد و همچنین فرض می کنیم که زنجیر کاملا آزاد باشد ولی در حالتی که زنجیر کشیده شده باشد و به فاصله R+dR قرار گرفته باشد تعداد Conformation ها به صورت زیر خواهد شد:
Z(R)dR=(3/2πnL2)3/2 e^(-3/2(R2/nL2))
حال اگر فرض کنیم که زنجیر ما به صورت یک کره در اطراف مبدا مرکز مختصات بچرخد تعداد Conformation ها در آن صورت به شکل زیر خواهد شد:
Q(R)=4𝜋R2Z(R)dR
بنابراین تعداد کل Conformation ها را بدست آوردیم ولی اگر بخواهیم بدانیم که تعداد Conformation ها در کجا ماکزیمم می باشد یا تعداد Conformation ها در چه فاصله ای از مبدا مختصات max می باشد باید از رابطه تعداد Conformation ها مشتق بگیریم و برابر صفر قرار دهیم به صورت زیر:
(∂Q(R))/∂R=0 ⇒R2m=2/3R20 ~ R20
یعنی ما max تعداد Conformation ها در حالتی است که سطح انرژی پایین ترین می باشد و این در حالتی است که چرخش آزاد داریم و محاسبات نشان می دهد که max تعداد Conformation ها در همان حالت مارپیچی اولیه بود که فرض کردیم.
رابطه بین آنتروپی با تعداد Conformation
S=Kln⁡ω(R)
با جایگذاری و ln⁡ گرفتن :
⇒ S=C-3/2K(R/R0) C=3/2 ln⁡2 – 3/2 ln⁡π – 3/2 ln⁡2
dW=F.dR
dG=dH – TdS
dG=dW اگر تغییر در انرژی داخلی 0 باشد ⇐
⇒ FdR=dH – TdS
⇒ F= dH/dR – TdS/dR اگر تغییر در حجم نداشته باشیم ⇐ ΔH0=
⇒F=-TdS/dR با جاگذاریِ در معادله و مشتق گرفتن ⇐ S
⇒F⇡=3KT⇡R/nL2 𝝈⇡=(F⇡)/A ⇒ مدول=(σ⇡)/ε
این معادله نتیجه می دهد با افزایش T (دما) , F (نیرو) افزایش می یابد و با افزایش نیرو , تنش بالا می رود و با افزایش تنش مدول بالا می رود.
خصوصیات رئولوژیکی الاستومرها:
الاستومرها باید با مواد مختلفی ترکیب شوند. ترکیب مواد مختلف با الاستومر را Compound یا آمیزه می نامند. در یک آمیزه لاستیکی:
1- الاستومر 2- تقویت کننده 3- مواد نرم کننده 4- مواد وولکانیزاسیون 5- تسریع کننده ها 6- فعال کننده ها 7- مواد دیگر وجود دارد.
هر کدام از این اجزا می توانند خواص رئولوژیکی آمیزه را تغییر دهند.
برای مثال می توان به تقویت کننده ها اشاره نمود که در تقویت کننده ها برای مثال دوده را می توان بیان کرد که دارای اندازه ذرات و ساختمان های متفاوت می باشد.
1 – اندازه ذرات
تقویت کننده (دوده): 2 – ساختمان های متفاوت
که با تغییر هرکدام از دو مورد بالا خواص رئولوژیکی آ"یزه لاستیکی تغییر خواهد کرد.
از مواد نرم کننده می توان به نرم کننده ها ( روغن ها ) Plastisizer اشاره نمود که تغییر در هر یک از این اجزا تغییر در خواص رئولوژیکی آمیزه لاستیکی را در بر خواهد داشت.
همچنین جهت مخلوط کردن این اجزا از دستگاه های مختلفی استفاده می کنند مانند 1- اکسترودر 2- غلتک (Two Roll Mill ) 3- Calender که استفاده از هرکدام از این مخلوط کننده ها (Mixer ) می تواند رئولوژی آمیزه لاستیکی راتغییر دهد و همچنین جهت پخت و یا شکل دهی آمیزه لاستیکی می توان از روش قالبگیری فشاری Compresion Molding و یا تزریقی Injection و یا از دستگاه Auto Clave استفاده نمود. بنابراین قبل از استفاده از هر کدام از این روش ها دانستن خصوصیت های رئولوژیکی آمیزه لاستیکی دارای درجه اهمیت بالایی می باشد.
اجسام به سه دسته تقسیم می شوند:
1. الاستیک 2- ویسکوز 3- ویسکو الاستیک
1. اجسام الاستیک از قانون هوک تبعیت می کنند و مدول الاستیک به عبارت دیگر تنش با تغییر شکل رابطه خطی دارد.از طرفی می دانیم تنش را می توان به دو صورت برشی و نرمال به جسم مورد نظر وارد کرد و خود تنش های نرمال نیز می توانند به صورت کششی یا فشاری به سیستم وارد شوند.در تنش های برشی تغییر زاویه داریم ولی در تنش های کششی و فشاری تغییرات حجم را خواهیم داشت.اجسام الاستیک نیز به دو دسته بزرگ تقسیم می شوند:
1) اجسام الاستیکی که تغییر شکل سریع از خود نشان نمی دهند مانند شبکه های کریستالی
2) اجسام الاستیکی که تغییر شکل سریع از خود نشان می دهند و با برداشتن تنش تغییر شکل ایجاد شده را از بین می برند مانند گازها.
در شبکه های کریستالی تغییر شکل ماهیت انرژیتیک دارد ولی در گازها ماهیت آنتروپیک دارد.
2. اجسام ویسکوز اجسامی هستند که انرژی وارد شده را به طور کلی تلف می کنند و اجسام ویسکوز به دو دسته بزرگ نیوتنی و غیر نیوتنی تقسیم می شوند.در سیالات نیوتنی با افزایش Shear rate هیچ تغییری در ویسکوز سیستم سیال را نخواهیم داشت و در سیالات غیر نیوتنی دو دسته بزرگ وابسته به زمان و غیر وابسته به زمان تقسیم می گردند و خود سیالات ویسکوز غیر نیوتنی غیر وابسته به زمان به سه دسته بینگهام پلاستیک – سودوپلاستیک و دایلاتنت تقسیم می شوند و سیالات غیر نیوتنی وابسته به زمان به دو دسته رئوپکتیک و تیکسوتروپیک تقسیم می شوند.
در سیالات ویسکوز غیر نیوتنی غیروابسته به زمان نیاز به تنش اولیه برای شروع به حرکت را خواهند داشت.ولی در سیالات سود و پلاستیک با افزایش Shear rate کاهش ویسکوزیته را خواهیم داشت.
در سیالات دایلاتنت با افزایش Shear rate افزایش ویسکوزیته را خواهیم داشت.با فرض ثابت بودن Shear rate در سیالات رئوپکتیک با افزایش زمان ویسکوزیته افزایش می یابد ولی در سیالات تیکسوتروپیک با فرض ثابت بودن Shear rate با افزایش زمان ویسکوزیته کاهش می یابد.
3. اجسام ویسکو الاستیک اجسامی هستند که هم خاصیت الاستیک را دارا می باشند و هم خاصیت ویسکوز را همزمان از خود نشان خواهند داد.بنابراین در این دسته از اجسام با وارد کردن تنش ثابت مقدار تغییر فرم با زمان (با فرض ثابت بودن تنش)از شکل زیر تبعیت می کند:

در این دسته از اجسام ما دارای سه نوع تغییر فرم خواهیم بود.
1. g𝛾 تغییر شکل الاستیک 2- r𝛾 تغییر شکل ویسکوز (تغییر شکل متغیر با زمان) یک تغییر شکل دائمی به نام 𝛾v داریم.
نکته ای که باید به آن اشاره کنیم این است که اگر تنش اعمالی به جسم خیلی سریع وارد شود زنجیرها امکان عکس العمل و یا لغزش زنجیرها روی هم را ندارد و به صورت الاستیک عمل می کند.
اگر تنش را به صورت نیوسی طوری وارد کنیم که فرکانس ضربه وارد شده خیلی بالا باشد ماده ویسکو الاستیک مانند یک الاستیک 100% (جسم جامد) عمل کرده و فرصت تغییرشکل را نخواهد داشت.از طرفی همین جسم ویسکوالاستیک (لاستیک خام) در اثر نیروی ثابت که در دراز مدت به او وارد می شود مانند یک جسم 100% ویسکوز عمل می کند و اصطلاحاً در صنعت لاستیک به این رفتار Cold flow می گویند.
تغییر شکل می تواند از سه حالت زیر تبعیت کند:
1. حرکت زنجیرها:اگر در اثر تنش اعمال شده زنجیرهای یک پلیمر حرکت نمایند این نوع تغییر شکل غیر قابل برگشت خواهد بود.
2. حرکت زوایای پیوندی:اگر در اثر تنش اعمال شده زاویه های پیوندی تغییر نمایند این نوع تغییر شکل قابل برگشت خواهد بود.
3. تغییر در Conformation:اگر در اثر تنش اعمال شده تغییر در Conformation یک پلیمر ایجاد شود این نوع تغییر شکل نیز قابل برگشت می باشد.در الاستومرها باید توجه نمود که بیشترین تغییر به دلیل تغییر زاویه پیوندی و تغییر در Conformation زنجیر بوده که از نوع قابل برگشت می باشد.باید توجه نمود که در الاستومرها هم ما حرکت زنجیرها را خواهیم داشت و تغییر شکلی از نوع تغییر شکل دائمی بوده و مقدار آن البته بسیار پایین می باشد.مدل هایی که می تواند رفتار تغییر شکل یک الاستومر را تا حدی پیش بینی کند به مدل های ماکسول (Maxwell) و کلوین (Kelvin) در اینجا اشاره خواهیم نمود.که البته می دانیم که هیچ کدام از این مدل ها به درستی نمی توانند رفتار یک الاستومر را پیش بینی نمایند (تغییر شکل با زمان).
مدل ماکسول:در مدل ماکسول فرض می شود که یک فنر و یک دشپات به صورت سری قرار گرفته اند در نتیجه تغییر شکل وارد شده به سیستم در اثر نیروی اعمالی برابر است با دو تغییر شکل حاصل شده در فنر و دشپات.
تغییر شکل کلی dγ/dt=تغییر شکل فنر در هر لحظه+تغییر شکل دشپات

فنر قانون هوک𝝈=Gγ⇒ γ̇=1/G dσ/dt
دشپات قانون نیوتنی𝝈=𝝁 γ̇⇒ γ̇=σ/μ
کل γ̇=1/G dσ/dt + σ/μ
dγ/dt.G=dσ/dt + σ/μG
σ=ct ⇒ dσ/dt=0 Xe^(Gt/μ) ⇒
Ge^(Gt/μ) dγ/dt = e^(Gt/μ) dσ/dt + G/μ e^(Gt/μ) = (d(σe^(Gt/μ)))/dt
Ge^(Gt/μ) dσ/dt = (d(σe^(Gt/μ)))/dt ⇒ ∫▒〖Ge^(Gt/μ) 〗 dγ/dt dt=∫▒〖d(σe^(Gt/μ))〗 = σe^(Gt/μ)+C
T=0
T=t0 𝝈=𝝈0 شرایط اولیه σe^(Gt/μ)+C =0
سیستم تحت تغییر شکل دائم باشد dγ/dt=0 ⇒ C بدست می آید
C= σe^(Gt/μ)=- 𝝈0 ⇒ 𝝈= 𝝈0e^((-Gt)/μ)
رابطه مدول با مدول اولیه را بخواهیم بگوییم
𝝈0=G0γ0
⇒ Gtγ0=𝝈0e^((-t)/τ) , μ/G=𝝉
𝝈=Gtγ0
𝝈= 𝝈0e^((-Gt)/μ) ⇒ 𝝈= 𝝈0e^((-t)/τ) , Gtγ0= 𝝈0e^((-t)/τ)
⇒ Gt=G0e^((-t)/τ) 𝟙
1/G=J ⇒ Jt =J0e^((-t)/τ)
از رابطه فوق log⁡می گیریم ln⁡G=ln⁡G0- t/τ
نمودار روبه رو زمان وابسطه به 𝝉 می باشد:

هر چه طول زنجیرها بیشتر باشد (وزن مولکولی بیشتر باشد) رفتار الاستیک بیشتری نشان می دهد.عواملی که روی λ الاستومرها موثر هستند:
1. خواص الاستومر (وزن مولکولی)
2. ویسکوزیته الاستومر
3. موادی که به الاستومر در اثر آمیزه سازی (Compound) به آن اضافه می نماییم.
4. درجه حرارت
پدیده Creep در الاستومر:
تغییر شکل با زمان در اثر نیروی ثابت.
پدیده Creep در الاستومرهایی که پخت نشده اند بسیار زیاد می باشد ولی مقدار Creep در الاستومرهای مختلف بستگی به درجه پخت آن دارد.هر چه درجه شبکه ای شدن یا پخت در الاستومر ها بالاتر باشد میزان Creep آن هم می شود.
Permanen set:اثر یک قطعه لاستیکی که شبکه ای شده است (وولکانایز) را برای مدت زمان معین تحت تنش ثابت قرار دهیم و بعد از آن تنش را قطع نماییم و تغییر شکل را اندازه گیری نماییم تغییر شکلی که به صورت دائمی در قطعه لاستیکی باقی مانده است را Permanen set آن لاستیک گویند.
Permanen set می تواند به صورت کششی و یا به صورت فشاری باشد.اگر نیروی اعمال شده به صورت فشاری باشد به آن Compresion set می گویند یعنی نشست دائمی یا تغییر شکل دائمی در اثرفشار و اگر تغییر شکل دائمی در نمونه لاستیکی در اثر کشش بوجود آید به آن Tension set می گویند یعنی نشست دائمی یا تغییر شکل دائمی در اثر کشش.
یک ایراد مدل ماکسول این است که یک λ در نظر می گیرد و پلیمر هزاران λ دارد.
حالت کلی مدل ماکسول:

Gn .. . G4 G3 G2 G1
n 𝝁 … 4𝝁 3𝝁 2𝝁 1𝛍
𝝈t1=G01γ0e^((-t)/τ1)
𝝈t2=G02γ0e^((-t)/τ2)
. . . . . . . .
. . . . . . . .
𝝈tn=G0nγ0e^((-t)/τn)
𝝈t=∑_(n=1)^n▒〖G0nγ0e^((-t)/τn) 〗
𝝈0=G0γ0
𝝈=𝝈0e^((-t)/τ)
𝝈t=∫▒Gtγ0e^((-t)/τ)d𝝉
مدل کلوین:فرض می کنیم که فنر و دشپات به صورت موازی است و تنش اعمال شده برابر است با تنش اعمال شده به فنر به اضافه تنش اعمال شده به دش پات
کل 𝝈=الاستیک 𝝈E+دشپات 𝝈d
𝝈E=Gγ , 𝝈d=𝝁dγ/dt
⇒ 𝝈= Gγ+ 𝝁dγ/dt ⇒ σ/μ=G/μγ+dγ/dt
طرفین را در e^(Gt/μ) ضرب می کنیم
e^(Gt/μ) σ/μ= e^(Gt/μ) G/μγ+ e^(Gt/μ) dγ/dt
e^(Gt/μ) σ/μ=(d(γe^(Gt/μ)))/dt , ∫_0^t▒〖e^(Gt/μ) σ/μ〗 dt=γe^(Gt/μ)+C
T=0 , γ=γ0 ⇒ 0=γ0+C ⇒ C=- γ0 ⇒ , ∫_0^t▒〖e^(Gt/μ) σ/μ〗 dt=γe^(Gt/μ)- γ0
اگر در σ/G ضرب کنیم
σ/G ∫_0^t▒〖e^(Gt/μ) σ/μ〗 dt= γe^(Gt/μ)- γ0
⇒ σ/G(e^(Gt/μ)-1) = γe^(Gt/μ)- γ0
در لحظه شروع ⇒ γ0=0 ⇒ γe^(Gt/μ) = σ/G(e^(Gt/μ)-1) , μ/G=𝝉
γ(t)= σ/G(e^((-t)/τ)-1) معادله Creep
1/G=J کامپلیانس γ(t)= J𝝈0(e^((-t)/τ)-1)
γ(t)= 𝝈0∫▒〖(1-e^((-t)/τ))〗d𝝉 معادله کلوین در حالت کلی
خواص ترمو فیزیکی الاستومرها:
از خواص مهم الاستومرها می توان به ارتباط بین الاستیسیته با دما اشاره نمود.
F→T
طبق تئوری که قبلاً اثبات کردیم رابطه بین F و T به صورت مستقیم بود.یعنی با افزایش دما مدول افزایش می نمود ولی در بعضی موارد رابطه معکوس بین دما با مدول در الاستومرها دیده شده است که به ظاهر تئوری فوق را نقض می کند ولی باید به خاطر داشت که این پدیده نقض تئوری نمی باشد. با توضیحات زیر:
پدیده ای در الاستومر ها وجود دارد به نام پدیده Thermo Elastic Inversion
Thermo Elastic Inversion یعنی چه؟
می دانیم که هرچه زنجیر یک الاستومر جمع تر شود به معنای این است که به Conformation پایدارتری رسیده است در نتیجه پایداری آن بیشتر خواهد شد اما گاهی اوقات زنجیر نمی تواند جمع شود بنابراین دیده می شود که در بعضی از موارد با افزایش دما کاهش مدول الاستیک را شاهد می باشیم که به دلیل طبیعت ذاتی آن الاستومر می باشد بنابراین در حالات خاص با افزایش دما کاهش F را شاهد خواهیم بود که به معنای عکس تئوری فوق نمی باشد بلکه به آن می گویند پدیده Thermo Elastic Inversion اتفاق افتاده است.
هرچه زنجیر ها بیشتر درون هم بروند پایداری آنها بیشتر شده و Conformation بالاتری را خواهند داشت.
وقتی که حرارت به الاستومر وارد می شود زنجیر می خواهد به Conformation بیشتری برسد و Intraction (اتصالات یا نیروهای بین زنجیرها) بین زنجیر را کم نماید. برای کاهش Intraction
مجبور می باشد خود الاستومر منبسط شود (این Intraction ها مابین واحد مونومری (Segment) ها نیز موجود می باشد)
اگر ما میزان انبساط یا Expansion را در این زنجیر الاستومر از ابتدا دخالت دهیم پدیده افت مدول با افزایش دما دیگر اتفاق نمی افتد. بنابراین پدیده Thermo Elastic Inversion برای الاستومرها یک خطای محاسباتی می باشد که با دخالت دادن Expansion این خطا پیش نمی آید.
20 =(l-l0)/l0𝜺
𝜺=(l-l0)/l0 50
به عبارتی رابطه بین F با T رابطه مستقیم می باشد در صورتی که درصد ازدیاد طول زیاد باشد (بیش از 5%) ولی در درصدهای کشش پایین F با افزایش دما کاهش می یابد که به آن Thermo Elastic Inversion می گویند.
پس از بررسی های زیاد متوجه شدند که علت , خاصیت انبساط حرارتی الاستومرها می باشد.یعنی اینکه هرچه دما بالاتر برود زنجیرها چرخش بیشتری پیدا می کنند. فرضا در 20 درجه الاستومر دارای یک طول اولیه L0 می باشد ولی در 50 درجه ابعاد الاستومر تغییر خواهد کرد و مقداری منبسط (Expand) خواهد شد. حال اگر این تغییر در ابعاد اولیه را در محاسبات بکار ببریم در آن صورت در تمام تغییر شکل ها (در تمام درصد کشش ها) رابطه F با T مستقیم خواهد شد.

تئوری رابر الاستیسیتی (:(Thermo Elastic Inversion
این تئوری ها دو دسته می باشند:
1- از دیدگاه ترمودینامیک مورد ارزیابی قرار می گیرند.
2- از دیدگاه استاتیستیک (آماری)
Kinetic Theory of 1- Thermodinamic
Rubber Elasticity 2- Statistical
Tg پایین و عدم کریستالیزاسیون باعث شده که الاستومرها قابلیت انعطاف پذیری داشته باشند و می توانند با نیروی کم ازدیاد طول زیادی از خود نشان دهند.
قبلا گفته شد که علت افزایش مدول (F) با دما به علت آنتروپی است.
برای مثال پلی بوتادی لن که با PB یا BR نشان می دهند دارای الاستیسیته بسیار زیادی می باشد زیرا Tg آن برابر است با 110- درجه سانتی گراد می باشد در نتیجه می توان گفت که Nerve این لاستیک زیاد بوده که به معنای میزان مقاومت در برابر تنشهای مکانیکی است.
در تئوری های رابر الاستیسیتی مبنای خود را در Conformation های پلیمر و سهولت تغییر در Conformation می گذارند.
فرض می کنیم الاستومری بسیار سخت کشیده می شود و سریع به حالت اولیه خود برمی گردد مانند PB (Tg -110 ) دارای 𝜶 کانفورماسیون می باشد همچنین فرض می کنیم لاستیک دیگری مانند SBR که دارای Tg=-35 ~ -45 است دارای 𝜷 کانفورماسیون است. اگر یک میزان ثبت F به هردوی این الاستومرها وارد کنیم لاستیک BR مقاومت بیشتری نسبت به SBR دارد زیرا تعداد Conformation لاستیک BR بیشتر از Conformation لاستیک SBR می باشد.
هرچه تعداد Conformation های بیشتری داشته باشیم یعنی Tg کمتری داشته باشیم آنتروپی سیستم بالا می رود و مدول بالا می رود.
Theory Rubber Elasticity : این تئوری ها به دو دسته تقسیم می شوند از دیدگاه ترمودینامیک و از دیدگاه آماری.
Tg پایین و عدم کریستالیزاسیون باعث شده که الاستومرها قابلیت انعطاف پذیری داشته باشند در نتیجه می توان الاستومرها را با بکار بردن یک نیروی کم به مقدار زیادی کشید و در واقع و به عبارت دیگر دارای ازدیاد طول (Elongation At Break) زیاد می باشند. برای مثال TgSBR=-35~-45
همچنین TgBR=-110 است به همین دلیل که TgBR پایین تر از SBR می باشد دارای الاستیسیته بسیار پایینی می باشد.
این را قبلا توضیح دادیم که مدول با افزایش دما افزایش پیدا می کرد (چون منشا آنتروپیک دارد) تئوری رابر الاستیسیته مبنای خود را از Conformation های پلیمرها و سهولت تغییر Conformation بدست می آورد.
مثال: الاستومری سخت کشیده می شود و سریع به حالت اولیه خود برمی گردد را در نظر می گیریم و برای مثال BR. فرض می کنیم که BR به تعداد 𝜶 کانفورماسیون در دمای 20 درجه دارد و SBR تعداد β کانفورماسیون در دمای 20 درجه دارد. چون BR , Tg پایین تری دارد در دمای محیط نسبت به SBR منعطف تر است و کانفورماسیون بیشتری دارد.
هرچه تعداد کانفورماسیون بیشتر باشد به عبارت دیگر آنتروپی بیشتر خواهد شد در نتیجه می توان گفت که مقاومت در برابر نیرو بیشتر خواهد شد. وقتی نیرویی را از روی لاستیکی بر می داریم پلیمر یا الاستومری که تعداد کانفورماسیون بیشتری دارد زودتر به حالت اول برمی گردد.
از دیدگاه Stastistical (آماری) تئوری رابر الاستیسیته فقط بر اساس کانفورماسیون می باشد بنابراین هر تغییری که در کانفورماسیون کل سیستم بدهیم الاستومر در برابر آن مقاومت می کند و این مقاومت را به صورت مدول الاستیسیتی بیان می کنند.
باید این را در نظر داشته باشیم که وقتی نیرویی به یک الاستومر وارد می کنیم در واقع درجه آزادی چرخش زنجیرها حول محور خود را کم می کنیم. بعد از قطع نیرو الاستومر با توجه به Tg خود و در نتیجه با توجه به انرژی گرمایی که دارد سعی می کند به کانفورماسیون اولیه خود برگردد. پس اگر Tg کمتری داشته باشد در نتیجه انرژی گرمایی بیشتری برای این کار دارد و سریعتر به حالت اولیه خود برمی گردد.
حال می خواهیم بدانیم که این تئوری ها چگونه رفتار الاستومرها را توجیح می کنند.
در حالت بسیار کلی یک مدول رابطه آن با دما به شکل زیر است:

در زیر نقطه Tg لاستیک مانند یک Solid عمل می کند و چون Solid با افزایش دما مدولش کم می شود به همین دلیل زیر نقطه Tg لاستیک با افزایش دما مدول کم می شود.
پدیده Thermo Elastic Inversion Effect : همانطور که قبلا گفته شد در الاستومرها با افزایش درجه حرارت مدول افزایش پیدا می کند.نکته ای که باید به آن اشاره نمود این است که این افزایش مدول با افزایش درجه حرارت هنگامی اتفاق می افتد که میزان تغییر شکل در لاستیک به مقدار زیاد صورت گرفته باشد.به عبارت دیگر این افزایش مدول با افزایش درجه حرارت در Elongation at break های زیاد صورت می گیرد.اگر میزان تغییر شکل در لاستیک به مقدار کم صورت گرفته باشد (زیر S% کشش) در این حالت پدیده Therme elastic inversion effect اتفاق می افتد یعنی با افزایش دما کاهش مدول را خواهیم داشت.
حال می خواهیم از نظر ترمودینامیکی تئوری را بر الاستیسیتی را توجیح نماییم.
در الاستومرها تغییر حجم را صفر در نظر می گیریم زیرا الاستومرها انعطاف پذیر هستند و وقتی تحت نیرو قرار می گیرند در هر سه بعد تغییر می کنند.بنابراین می توان حجم کلی را تقریباً ثابت فرض نمود.در هر تغییر در الاستومر (لاستیک) می توانیم بیان کنیم که یک تغییر در آنتروپی داریم و یک تغییر در انرژی داخلی لاستیک.از آنجایی که تغییرات حجم در لاستیک در اثر کشش را صفر فرض کردیم بنابراین تغییرات انرژی داخلی هم صفر خواهد شد پس اگر ما:
f=(du/dl)T+T(df/dt)=(du/dl)T-T(ds/dl)T
du/dl→0 ⇒ f=-Tds/dl
بنابراین دیده می شود که رابطه مستقیم بین f و دما را در تغییر شکل های مختلف خواهیم داشت.برای مثال می توان کائوچوی طبیعی (NR) ولکانیز شده را تحت آموزش کشش قرار دهیم در درصدهای کشش مختلف.منحنی آزمون کشش لاستیک طبیعی در به صورت خط چین رسم شده است.دوباره آزمون کشش را روی لاستیک طبیعی در درجه حرارت انجام می دهیم.منحنی خط صاف در شکل زیر حاصل از این آزمون می باشد.

همچنان که در شکل بالا دیده می شود مقدار مدول یا الاستیسیتی با افزایش درجه حرارت افزایش از خود نشان می دهد ولی این افزایش در درصد کشش های بالا مشاهده می شود ولی در درصدهای کشش پایین افزایش مدول را با افزایش درجه حرارت نداریم بلکه کاملاً برعکس می باشد یعنی با افزایش حرارت کاهش مدول را شاهد هستیم.
Strain=(l-l0)/l0
Modulus=Stress/Strain
Stress=F/A
برای زمانی است که خطا
را در نظر گرفته باشیم
می بینیم که در ازدیاد طول های زیاد رابطه مستقیم F را با درجه حرارت داریم.اگر پلیمر را در 20 درجه با طول اولیه l0 نشان دهیم باید بدانیم که در 70 درجه دیگر l0 مقدار اولیه خود را ندارد و به l′0 تبدیل می شود. l0 < l′0
پس مقدار نیرویی را که لازم داریم به مقدار ثانویه L برسد کمتر می شود پس اگر را در محاسبات وارد نماییم به منحنی دوم خواهیم رسید زیرا وقتی در 20 درجه است و طول را اندازه می گیریم بعد وقتی به 70 درجه می بریم طول آن مقداری افزایش می یابد و ما باید این افزایش طول را در نظر بگیریم که در واقع خطای محاسباتی است.که اگر آن را وارد کنیم نمودار دوم می شود.
در تئوری را بر الاستیسیتی از دیدگاه ترمودینامیکی ما باید رابطه بین نیرو (F) دما (T)-کرنش (γ) و پارامترهای ترمودینامیکی مثل انرژی داخلی (u) و حرارت جذب یا آزاد شده (Q) -آنتروپی (S) و انرژی آزاد (A) را بیان کنیم.
در این بحث به الاستومر به صورت یک سیستم بازگشت پذیر (کاملاً الاستیک) نگاه می کنیم.برای مثال نیروی F را به یک الاستومر وارد نموده و در نتیجه تغییر طول (dl) را مشاهده می کنیم.در این حالت مقدار کار dw برابر خواهد شد با :
Dw=Fdl
چون روی هر جسمی فشار اتمسفر یک وجود دارد الاستومر مجبور خواهد شد کاری برابر (pdv فشار اتمسفر یک) را روی اتمسفر انجام دهد اما چون در الاستومر هنگام اعمال نیرو قبلاً فرض کردیم که dv صفر است (چون ابعاد در الاستومر تغییر نمی کند) بنابراین برای یک الاستومر در حالت کاملاً بازگشت پذیر رابطه زیر را خواهیم داشت:
dw=Fdl
du=dQ-Dw
du=dQ+Fdl
dQ=Tds
du=Tds+Fdl
انرژیA=U-Ts
بنابراین هدف ما این است که بین F (مدول لاستیک) و تغییرات انرژی داخلی و تغییرات آنتروپی رابطه ای به دست آوریم و سهم مقاومت (مدول لاستیک) در برابر آنتروپی و انرژی داخلی را تعیین نماییم.
dA=du-Tds-SdT
ایزوترمالdA=du-Tds
dA=fdl=dw
را از قبل به دست آوردیمdu=Tds+Fdl
(dA/dl)T>0

(dA/dl)T>0 برای کشش برای فشار (dA/dl)T<0
dA=Fdl
dA=du-Tds
fdl=du-Tds
f=(du/dl)T-T(ds/dl)T
f=(du/dl)T+T[((-ds)/dl)T] رابطه مدول با آنتروپی و انرژی داخلی
بنابراین به دست آوردیم که f (مدول) با دما یک رابطه مستقیم دارد و همچنین نکته بسیار مهم این است که مدول مجموعه ای از دو مقاومت می باشد:
1-مقاومت در برابر تغییر انرژی داخلی 2-مقاومت در برابر تغییر آنتروپی
حال سهم هرکدام چقدر است؟می گوییم که بستگی به میزان کشش دارد.در میزان کشش های کم انرژی داخلی هم نقش دارد ولی در میزان کشش بالا انرژی داخلی نقشی ندارد و آنتروپی است که تاثیر می گذارد.
داریم dA=dw=fdl ⇒f=(dA/dl)T
A=u-TS
dA=du-TdS-SdT
dA=fdl-SdT
-S=(dA/dT)l+fdl/dt
-S=(dA/dT)l
f=(du/dl)T+T[((-ds)/dl)T]
d/dT [(dA/dl)T]= d/dl(dA/dT)l
(df/dT)l=-(dS/dl)T
داشتیم ⇒ f=(du/dl)T+T[-(dS/dl)T]

F=(du/dl)T+T(df/dT)l

شیب خط(df/dT)l=-(dS/dl)T
عرض از مبدا (du/dl)T

در درصدهای کشش پایین مقاومتی که ماده در برابر کشش (تغییر شکل) از خود نشان می دهد به خاطر منحنی انرژی داخلی است و در درصدهای کشش بالا مقاومتی که ماده در برابر کشش از خود نشان می دهد به خاطر منحنی آنتروپی است.
الاستومرها از نظر نحوه تهیه به دو دسته تقسیم می شوند:
1. طبیعی (Natural): منبع تهیه اینها مواد طبیعی است مثلا از گیاهان و درختان
2. مصنوعی (Synthetic): در پتروشیمی تولید کنیم یا پایه آن نفت است
الاستومرها از لحاظ خواص و کاربرد به دسته های زی تقسیم می شوند:

الاستومرهای مقاوم حرارتی Heat Resistant Elastomers
Appication الاستومرهای مقاوم به روغن Oil Resistant Elastomers
الاستومرها مقاوم به موادشیمیایی Chemical Resistant Elastomers
Low Themperature Resistant Elastomers

هر الاستومری خصوصیات ویژه خود را دارد و همچنین الاستومرهای سنتزی به صورت زیر دسته بندی می شوند:
General Purpose BR Poly Butadiene Riubber
Synthetic SBR Styrene Butadiene Rubber
Elastomers Special Purpose تعداد زیادی است
الاستومرهای مصرف ویژه به گروه های زیر تقسیم می شوند:
1- Chloroprene Rubber CR
2- Ethylene Propylene Rubber EPR
3- Isobutylene Isoprene Rubber IIR
4- Acrylonitril Butadiene Rubber NBR
5- Floric Carbon Rubber FKM
6- Acrylic Rubber ACM
7- Epicorohydrin Rubber CO
8- Ethylene Epicorohydrin Rubber ECO
9- Silicon Rubber SR
10- Chloronated PE CPE
11- Crosslinked PE XPE
IR (Isoprene Rubber) دارای فرمول شیمیایی NR است ولی تفاوت آنها این است که NR طبیعی است ولی IR پایه نفتی دارد و NR خواص بهتری دارد.
CO سخت تر از ECO است و فرآیند آن سخت تر است و اتیلن باعث منعطف شدن آن می شود و تفاوت CO با ECO سخت بودن آن است.
الاستومرها به دلیل دارا بودن پیوند های دوگانه (امکان وولکانیزه را می دهند) به راحتی با اوزون تخریب می شوند. بنابراین سطح مواد الاستومری بعد از مدتی ترک دار می شود این نوع تخریب را تخریب اوزونی می گویند.
الاستومر EPR به دلیل اینکه ساختمان اشباعی دارد فوق العاده در برابر تخریب اوزونی مقاوم است.
PE و PP کریستالی می باشند.
IIR: این لاستیک می تواند خاصیت اتلاف انرژی را به خوبی در یک طیف وسیع حرارتی ایجاد کند و همچنین در ساخت جاذبه های ارتعاش نقش مهمی را دارا می باشد.
از خاصیت بسیار مهم و شاخص IIR که به لاستیک بیوتیل (Butyl) نیز معروف می باشد می توان به مقاومت بسیار عالی در برابر نفوذ گازها اشاره نمود (چون گروه های CH3 روی زنجیر دارد). بنابراین در ساخت بالن ها-تیوب ماشین و مخازن لاستیکی به کار می رود.
CR: خاصیت خود خاموش کن دارد و رویه شیلنگ بنزین در ماشین معمولا CR است.
EPR: مقاومت خیلی خوب در برابر نور خورشید دارد چون نور خورشید اوزون دارد و اوزون به باند دوگانه حمله می کند و باعث تخریب می شو. مثلا لاستیک نگه دارنده دور شیشه اتومبیل
NBR: این لاستیک چون آکریلونیتریل دارد مقاومت بسیار خوبی در برابر روغن های غیر قطبی دارد (چون خودش قطبی است). بنابراین در ساخت لاستیک های مقاوم به روغن از این نوع الاستومر باید استفاده نماییم. نکته ای که باید به آن اشاره کنیم این است که این لاستیک در برابر روغن های قطبی مثل روغن ترمز ماشین به هیچ وجه مقاوم نمی باشد بنابراین فقط در برابر روغن های غیر قطبی مقاوم می باشد. مثلا در ماشین می خواهیم واشری بسازیم که با گریس در تماس است از این ماده استفاده می کنیم.
FKM: به دلیل داشتن گروه فلئور روی زنجیر اصلی مقاومت حرارتی بسیار بالایی را خواهد داشت همچنین در برابر مواد شیمیایی و بنزین و حتی روغن مقاومت خوبی دارد و به دلیل اینکه دارای ساختمان اشباع می باشد مقاومت خوب در برابر اوزون نیز دارد.
ACM: این الاستومرها مقاومت خوبی در برابر بنزین از خود نشان می دهند. همچنین مقاومت خوب در مقابل روغن به طوری که مقاومت در برابر روغن ACM از NBR بیشتر می باشد چون درصد قطبی بودن ACM بیشتر است.
CO: این الاستومر به دلیل درصد اشباعیت بالایی که دارد مقاومت بسیار بالایی در برابر بنزین و مواد شیمیایی از خود نشان می دهد.
ECO: خواص مشابه CO را دارد با این تفاوت که به دلیل Tg پایینی که دارد نسبت به CO منعطف تر است.
SR: چون معدنی هستند مقاومت بسیار بالایی در مقابل حرارت از خود نشان می دهند و تنها الاستومری است که می تواند طیف وسیعی از درجه حرارت را تحمل کند. تقریبا از 250- تا 600 درجه سانتی گراد.
این الاستومر بسیار گران قیمت بوده و تنها الاستومری است که کاربرد پزشکی دارد و به Bio Elastomer معروف می باشد.
CPE: اولا این الاستومر 100% اشباع بوده و به دلیل وجود کلر در زنجیر اصلی مقاومت حرارتی و در برابر شعله مقاومت خوبی از خود نشان می دهد. این نکته را باید توجه کرد که در هر الاستومری که در زنجیر اصلی کلر یا برم وجود داشته باشد این الاستومر مقاوم به شعله خواهد شد و چون کلر روی زنجیر اصلی قرار دارد هم در مقابل نور خورشید مقاوم است و هم خود خاموش کن می باشد.
XPE: پلی اتیلن کراسلینک (شبکه ای) شده می باشد. از این الاستومر با نام تجاری Hypalone که Sulfo Chlorinated PE می باشد. مقاومت بسیار عالی در مقابل نور خورشید و جریان های الکتریکی (چون شبکه ای است) از خود نشان می دهد به همین دلیل در ساخت روکش کابل های فشار قوی و همچنین روکش مخازن فلزی که می خواهیم ضد اسید و ضد مواد خورنده باشند استفاده می شود.
بسیاری از الاستومرها خصوصیات مشابهی از خود نشان می دهند با اینکه درصد آن می تواند متفاوت باشد. بنابراین برای هر کدام از آنها گروه بندی های زیر را خواهیم داشت
FKM مقاوم ترین
SR heat Resistant
ECO Rubber
CPE
Hypalone
ACM

NBR
Oil Resistant FKM
CO Rubber
ECO
ACM
IIR
EPR Chemical Resistant
CPE Rubber
Hypalone
FKM

CR , CO
EPR Ozone Resistant , ECO
IIR Rubber , SR
CPE , Hypalone
دسته دیگری هم داریم و آن از نظر ساختمان و گروه های شیمیایی است که برای هر کدام از حروف مخصوصی استفاده خواهیم کرد.
Elastomers: 1-M 2-N 3-O 4-Q 5-T 6-U 7-R
1- M: الاستومری که دارای ساختمان اشباع شده باشد و در زنجیر اصلی آن گروه CH2 زیاد تکرار می شود در این دسته قرار می گیرند.
2- N: در طول زنجیر پلیمر بیشتر اتم های هیدروژن قرار دارد.
3- O: اتم اکسیژن در زنجیر اصلی پلیمر قرار می گیرد.
4- Q: در ساختمان اصلی زنجیر پیوند SI-O قرار گرفته که می توان به سیلیکون رابر اشاره نمود.
5- T: اتم گوگرد یکی از اتم های تشکیل دهنده زنجیر اصلی می باشد که از مهمترین آن لاستیک های پلی سولفایدی می باشد. این نوع الاستومرها مقاومت بسیار زیادی در برابر حلال ها و مواد شیمیایی خورنده از خود نشان می دهند.
6- U: واحد تکرار شونده آنها یورتان می باشد که به دو دسته اصلی تقسیم می شود.
A. پلی یورتان پلی استری AU
B. پلی یورتان پلی اتری EU
7- R: تمام الاستومرهایی که در ساختمان شیمیایی آنها به نحوی پیوند دوگانه موجود است در این گروه قرار دارند بنابراین می توان گفت که 70% از الاستومرها در این خانواده قرار دارند (چون برای پخت با گوگرد پیوند دوگانه ضروری است).
Raw Material(Gum) مواد اولیه(خام)
پلاستیکها جز این دسته هستند. الاستومرها هم قبل از پخت در این دسته هستند یعنی الاستومرها قبل ازاضافه کردن مواد افزودنی جز پلاستیک ها هستند با این تفاوت که متبلور نمی شوند
دوده-آنتی اکسیدان مواد افزودنی Raw Elastomers+
روغن-آنتی اوزونانت
فعال کننده-فیلرهای معدنی
اگر به الاستومر خام مواد افزودنی بزنیم اما شبکه ایجاد نشده باشد را Master Batch می گویند.
Final Batch → گوگرد و شتاب دهنده Master Batch+

اگر به الاستومر ریز مولکولها را اضافه کنیم همچنین گوگرد و شتاب دهنده نیز اضافه کنیم حاصل آن Final Batch می باشد.
Elastomer Crosslinked
Crosslink – Cure – Vulcaniza

Final Batch + درجه حرارت + فشار + زمان → Crosslinked
فرآیند پذیری Processability:
یک الاستومر خام را هیچگاه نمی توان به تنهایی استفاده کرد زیرا الاستومر خام (Raw Elastomer) به تنهایی فرآیند پذیر نیست و در برابر فرآیندهای مکانیکی از خود مقاومت نشان می دهد این مقاومت در برابر فرآیند پذیری را Nerve می گویند. هرچه Nerve یک لاستیک بیشتر باشد فرآیند پذیری آن مشکل تر می باشد.
Nerve بیشتر یعنی زمان ، انرژی و در نتیجه هزینه بیشتر برای فرآیند کردن بنابراین سعی می نماییم که Nerve لاستیک را به شکل های مختلف در ابتدای کار پایین بیاوریم تا بتوانیم مواد افزودنی را به الاستومر خام اضافه نماییم.
نکته ای که باید به آن اشاره نمود آن است که هرچه جرم مولکولی الاستومر بالاتر باشد و یا زنجیرهای پلیمر به صورت خطی باشند و یا منحنی توزیع جرم مولکولی باریک تر باشد Nerve لاستیک بالاتر خواهد رفت. ترتیب زیر را برای یک الاستومر خام همیشه خواهیم داشت:
Raw Rubber Compund Molding
همیشه باید یک سری مواد به لاستیک خام افزوده شود تا بتواند تبدیل به یک قطعه قابل مصرف شود برای این کار الاستومر باید بتواند مواد افزودنی را در خود قبول نماید و از خود مقاومتی در برابر آنها نشان ندهد به عبارت دیگر باید الاستومر مواد فیلر، پایدار کننده و دیگر مواد افزودنی را به خود بپذیرد و در نهایت آخرین عملی که روی الاستومر خام انجام می گیرد شکل دهی می باشد که توسط قالب گیری صورت می پذیرد. بنابراین دیده می شود که الاستومر خام دائما با تنش های مکانیکی سروکار دارد که این تنش های مکانیکی بوسیله دستگاه های مخلوط کننده و دیگر دستگاه ها به آن وارد می شود. در تمام این مراحل الاستومر خام از خود مقاومت نشان می دهد بنابراین مهمترین کار برای یک مهندس الاستومر تعیین فرمول بهینه و بهینه کردن فرآیند پذیری با توجه به ماشین آلات (مخلوط کننده – قالب گیری – . . . ) و در نهایت هزینه پایین می باشد بنابراین Processability به صورت زیر دسته بندی می شود:
1- Mixability
2- Millability
3- Extrudability
4- Green tack
5- Green Strength
6- Die Swell
7- Shrinkage
Millability: یکی از دستگاه هایی که برای فرآیند کردن الاستومرها به کار می رود Two Roll Mill می باشد.
الاستومر و مواد افزودنی

Nipp
لاستیک در اثر عبور از بین دو غلتک تحت تنش قرار می گیرد.به فاصله این دو غلتک nipp می گویند.هر بار که آمیزه از nipp می گذرد Nerve لاستیک کاهش پیدا می کند.در واقع در اثر شکسته شدن زنجیرها Nerve کاهش پیدا کرده و لاستیک نرم می شود و قابلیت پذیرش مواد اترودنی را در خود پیدا خواهد کرد.
این دستگاه ها (Tow Roll Millغلتک)هم برای کاهش Nerve به کار می روند و هم برای مخلوط کردن الاستومر با مواد افزودنی و همچنین برای (dispersion) پخش مواد افزودنی در داخل الاستومر.
نکته ای که باید به آن اشاره نمود این است که الاستومر باید خاصیت چسبندگی به غلتک را داشته باشد تا بتوان مواد افزودنی را به آن اضافه نمود.
یکی از قابلیت های لاستیک این است که بعد از شکسته شدن زنجیر ها خاصیت چسبندگی به غلتک را پیدا می کند.
3. Extrudability:میزان مقاومت لاستیک در برابر اکسترودر.هر چه مقاومت الاستومر در اکسترودر کمتر باشد یعنی اتلاف انرژی کمتر و خروج با سرعت خوب از اکسترودر.
باید توجه نمود که تمام موارد بحث شده در بالا در صورتی است که الاستومر خام باشد و هنوز پختی صورت نگرفته است.
4. Green tack:چسبندگی لایه های خام الاستومر را به یکدیگر Green tack می گویند بنابراین الاستومرهای خام باید دارای Green tack خوب بوده تا بتوان در هنگام حمل و نقل از یکدیگر جدا نشده و قابل حمل باشد.
5. Green strength:مقاومت مکانیکی لاستیک خام را Green strength می گویند.هر چقدر Green strengthالاستومر بالاتر باشد پایداری ابعاد آن نیز بالاتر بوده و فرآیند پذیری آن سخت تر خواهد شد.
6و7.مربوط می شود به تغییر حالت ماده پس از اتمام فرآیندهای مکانیکی به خصوص فرایند اکستروژن که یک الاستومر خام هنگام خارج شدن از اکسترودر شکل دهانه خروجی را به خود خواهد گرفت.
اگر این الاستومر پس از خارج شدن از Die اکسترودر متورم شود Die swell صورت گرفته است و اگر منقبض شود یا جمع شود Shrinkage صورت گرفته است.
این تورم ناشی از قابلیت ذخیره کردن انرژی توسط الاستومر می باشد.هرچه میزان ذخیره کردن انرژی بیشتر باشد تغییر ابعاد یا Die swell بیشتر خواهد شد.
یکی از راه های کاهش Die swell و Shrinkage کم کردن سرعت پیچ می باشد با این عمل Residence time (زمان اقامت) الاستومر خام در داخل اکسترودر بیشتر شده در نهایت بخشی از انرژی ذخیره شده آزاد خواهد شد و میزان Die swell و Shrinkage کم می شود.
بدترین حالت در اکسترودر خارج شدن آمیزه لاستیکی به صورت تکه تکه می باشد که این پدیده به دلیل Melt fracture (شکست مذاب) صورت گرفته است که این به دلیل خاصیت ویسکو الاستیک الاستومر خام می باشد.
هر یک از الاستومرهای خام دارای یک Relaxation Time (زمان اسودگی) می باشد. اگر Residence Time بیشتر از Relaxation Time باشد الاستومر مقداری از انرژی ذخیره شده را آزاد کرده و میزان Die Swell و Shrinkage کاهش پیدا می کند ولی اگر اگر Residence Time کمتر از Relaxation Time باشد الاستومر مقدار انرژی ذخیره شده در الاستومر خام بیشتر شده و در نتیجه هنگام خروج از اکسترودر میزان Die Swell و Shrinkage بیشتر خواهد شد و چون ما اطلاعات دقیقی از Relaxation Time یک آمیزه خام لاستیکی نداریم بنابراین بعد از تهیه Master Batch و یا Final Batch توسط دستگاه اکسترودر و یا Two Roll Mill الاستومر خام را مدتی نگه می داریم تا انرژی های ذخیره شده آزاد شود و سپس پخت می کنیم.

1- Natural Rubber (NR):
کائوچوی طبیعی یک الاستومر General Purpose (مصرف عمومی) بوده و نام آن Cis1,4Poly Isoperene می باشد.
CH3
( CH2 C CH CH2 )n
این الاستومر در گروه R قرار گرفته (دارای باند دوگانه در زنجیر اصلی) و به همین دلیل می تواند در سیستم گوگردی وولکانیزه شود و این نوع لاستیک مصرف بسیار زیادی دارد.
اولین الاستومری که وارد صنعت لاستیک شد NR بود و این الاستومر الاستیسیتی و ارتجاعیت بسیار بالایی دارد و این بدلیل آن است که از شیره سفید رنگی به نام لاتکس (Latex) از درخت Hevea تهیه می شود.
CH3 H CH3 H
C C C C سیس
CH2 CH2 CH2
CH3 CH2
CH3 CH2 C C ترانس
C C CH2 H
CH2 H
Latex می کنند و یک لایه از Latex روی آن می ماند بعد آن را در تونل گرما (150 درجه به مدت 3 ساعت) می برند و بعد Latex پخت می شود و کاگرها دستکش را در می آورند.
5 خواص کمتر، ویسکوزیته کمتر و فرآیند
SMR 10 پذیری بیشتر است.(از بالا به پایین درصد
20 خلوص بیشتر می شود.)
30
Solid NR RSS1
RSS RSS2
RSS3
Crepe
CV Constant Viscosity
LV Low Viscosity
هرچه درصد خلوص کمتر باشد یعنی ماده را خوب خالص سازی نکرده باشیم در نتیجه ویسکوزیته کمتر می شود و فرآیند پذیری بیشتر می شود و هرچه درصد خلوص بیشتر باشد در نتیجه ویسکوزیته بیشتر می شود و فرآیند پذیری کمتر می شود و می دانیم اگر به لاستیک مواد افزودنی نزنیم نمی توانیم از آن استفاده کنیم و خاصیت الاستومری ندارد.
به طور کلی می توان برای جداسازی NR از Latex از روش رسوب گیری با استفاده از اسیدها (اسید فرمیک) و همچنین از فرم آلدئید (آلدئید فرمیک) استفاده کرد.
Aside (Formic)
رسوب دهی Formaldehyde
Propanol
گریدهای مختلف NR به دلیل وجود ناخالصی و یا ماده مورد مصرف برای رسوب دخی به انواع مختلف تبدیل می شود و به طور کلی می توان گفت که نحوه رسوب گیری ، خشک کردن و بسته بندی باعث ایجاد اختلاف بین انواع NR می گردد.
بعد از مرحله رسوب گیری ، خشک کردن می تواند بوسیله Two Roll Mill (غلتک) صورت بگیرد.
دو غلتک خلاف جهت می چرخند و آب از آن خارج می شود.
اگر غلتک خاردار باشد گرید RSS را به ما می دهد یعنی اگر سطح قطعه شیار دار باشد باید بفهمیم گرید RSS است.
SMR چون درصد خلوص پایین است (پروتئین در آن است) رنگ قهوه ای دارد و صاف است.
CV خلوص بالایی دارد و شیری رنگ است.
هر فرآیند مکانیکی که اعمال تنش بر روی NR صورت گیرد زنجیرهای NR شکسته خواهد شد به این عملیات Mastication می گویند. در واقع Mastication یک فرآیند مکانیکی-شیمیایی است زیرا زنجیرها در اثر انرژی مکانیکی که در حضور اکسیژن موجود در هوا شکسته می شود و تولید رادیکال آزاد می کند. بنابراین این نوع فرآیند مکانیکی – شیمیایی است.
اکسیژن عاملی است که تخریب را تشدید می کند چون پیوند دوگانه در زنجیر است.
معمولا Mastication ر اتا حدی ادامه می دهیم تا به ویسکوزیته مورد نظر رسیده که به این معنا می باشد که بتوانیم مواد افزودنی را به لاستیک اضافه کنیم.
زنجیرهای NR که از درخت گرفته می شود بسیار بلند بوده و Mw بالایی دارند در نتیجه ویسکوزیته بالایی دارند.
در صنعت لاستیک به ویسکوزیته لاستیک Moony Viscosity می گویند و تمام لاستیک ها را با واحد Moony می سنجند. ولی پلاستیک ها را به هیچ عنوان با واحد Moony نمی سنجیم.
بنابراین تفاوت های گریدهای مختلف NR :
1- در Moony Viscosity
2- درجه خلوص می باشد.
اگر قبل از عمل رسوب گیری فنل ها و آمین های موجود در لاستیک را از آن خارج کنیم کائوچوی حاصله شفاف و روشن خواهد شد بنابراین در انواع گریدهای مختلف NR گرید Crepe از بقیه گریدها شفاف تر می باشد.
الاستومری که Moony بالا داشته باشد فرآیند پذیری مشکلی خواهد داشت ولی خواص مکانیکی نیز بالاتر خواهد رفت.
الاستومرهایی که درصد خلوص بالایی داشته باشند به دلیل خلوص بالا کاربرد پزشکی خواهند داشت (Crepe-CV-LV).
از خصوصیات NR به صورت کلی می توان گفت که مقاومت حرارتی آن بسیار پایین می باشد. معمولا NR را تا 70 درجه می توان استفاده نمود.
نوع SMR و RSS از NR دارای خلوص کمتری بوده و ویسکوزیته پایین تری دارند. بنابراین فرآیند پذیری آنها بسیار خوب می باشد و به همین دلیل دو نوع SMR و RSS بالاترین مصرف را دارند.
ولی گرید CV دارای ویسکوزیته ثابتی بوده و به همین دلیل می توان بیان کرد که بالاترین خواص را خواهد داشت زیرا ویسکوزیته الاستومرها یکی از مهمترین پارامترهایی است که می تواند خواص نهایی الاستومر را تحت تاثیر قرار دهد.
معیاری برای پایداری ویسکوزیته با زمان وجود دارد به نام شاخص برگشت پذیری سیالیت
PRI=P1/P2*100 P1=PAged P2=POriginal
PRI (Plasticity Retention Index)
POriginal یعنی پلاستیسیتی یا ویسکوزیته اولیه لاستیک خام قبی از هر گونه فرآیند حرارتی و PAged یعنی پلاستیسیتی (ویسکوزیته) همان لاستیک وقتی به مدت 30 min در دمای 140 درجه حرارت داده شود. (در مجاورت هوا)
هرچه PRI بالاتر باشد یعنی قابلیت حفظ ویسکوزیته بالاتر است. PRI میزان مقاومت حرارتی را نشان می دهد که بسیار فاکتور مهمی است زیرا در فرآیندهای مکانیکی لاستیک ها به دلیل ویسکوزیته بالا سریع گرم می شوند بنابراین لاستیک طبیعی که دارای پیوند دوگانه می باشد می تواند سریع با اکسیژن موجود در هوا ترکیب شده و سریع تخریب شود. بنابراین هرچه PRI بالاتر باشد قابلیت حفظ ویسکوزیته ، جرم مولکولی و خواص مکانیکی بهتری خواهد داشت.
بنابراین CV ، PRI بالاتری را نسبت به گریدهای دیگر خواهد داشت پس یکی دیگر از تفاوتهای گریدهای NR در PRI آنها می باشد.
مثلا SMR5,10,20,30 هم تفاوت در PRI است.
بیشرتین مقدار PRI یک است.
کاربردهای NR0:
TgNR=-55 می باشد و مقاومت حرارتی آن تا 70 درجه است.
ماده NR دارای جهندگی (Resiliance) بالا می باشد و می تواند ارتجاعیت خود را تا -50 حفظ نماید. همچنین کائوچوی طبیعی دارای مقاومت سایشی بالا می باشد.
می دانیم که مقاومت سایشی رابطه مستقیم با Tg دارد. هرچه Tg الاستومر پایین باشد مقاومت سایشی بالاتر خواهد رفت بنابراین لاستیک BR دارای Tg=-110 است مقاومت سایشی بالاتری ازNR دارد زیرا Tg آن پایین تر می باشد. همچنین Tg رابطه مستقیم با پارگی دارد. هرچه Tg پایین تر باشد مقاومت پارگی بالاتر می رود و دلیل آن انعطاف پذیری بیشتر می باشد.
Tg کمتر انعطاف پذیری بیشتر مقاومت پارگی بیشتر
کائوچوی طبیعی( NR) عیب هایی هم دارد از جمله می توان به مقاومت کم در برابر اوزون اشاره نمود به دلیل پیوند دوگانه.
وجود پیوند دوگانه به الاستومر ویژگی خاصی می دهد و آن توانایی وولکانیزاسیون با گوگرد می باشد اما عیب این پیوند واکنش این ماده با اوزون به صورت زیر می باشد:
از اینجا شکسته می شود O O
CH2 C CH Ch2 CH2 C C
CH3 O3 CH3 O
به شکسته شدن پیوند Ozone Cracking می گوییم.
پدیده Crona چیست؟در اطراف کابلهای برق میدان های مغناطیسی شدیدی ایجاد می شود که باعث بوجود آمدن اوزون می شود.در نتیجه ozone cracking زیادی روی کابل صورت می گیرد که به آن پدیده crona می گویند.
SBR بعد از NR بالاترین مصرف را دارد.
[ CH2 CH CH CH2 ]x [ CH2 CH ]y

این الاستومر یکی از پرمصرف ترین الاستومرهای General purpose بعد از NR می باشد.SBR کوپلیمری از استایرن و بوتادی ان می باشد و روشهای مختلفی برای سنتز آن وجود دارد.اولین بار کوپلیمر استایرن و بوتادی ان در حضور کاتالیزور سدیم تهیه شد که به این نوع SBR
(Buna-S) می گویند.
معمولاً واحدهای تکراری استایرن و بوتادی ان در زنجیر پلیمر به صورت Random می باشد.مقدار الاستیسیته SBR به درصد استایرن آن بستگی دارد و به همین دلیل بر حسب درصدهای مختلف استایرن گریدهای مختلف SBR وجود دارد.
SBR بر حسب روش تهیه به انواع زیر تقسیم می شود:
1. Hot SBR:در جنگ جهانی دوم اولین الاستومری بود که به روش امولسیونی در درجه حرارت 50-55 تهیه شد و به نام Hot SBR معروف شد.
2. Cold SBR:این نوع SBR به روش امولسیونی در درجه حرارت 5 درجه سنتز شده و به Cold SBR معروف می باشد این Cold SBR به اقسام زیر تقسیم بندی می شود:
Oil Extanded SBR
Cold SBR Black Extanded SBR
Oil-Black Extanded SBR
3. Solution SBR (SBR محلولی): Oil Extanded SBR
Oil-Black Extanded SBR
4. Pre-crossliked SBR:در اینه نوع SBR اتصالات بسیار ضعیفی در حین پلیمریزاسیون بین زنجیرها ایجاد می کنند تا فرآیند پذیری را بهبود بخشند.

5. (TPE)Termo plastic elastomer SBR:این دسته از SBRها خواصی بین ترموپلاستیک ها و الاستومرها دارند یعنی نه 100% الاستومر هستند و نه 100% ترموپلاستیک.
یکی از خواص پلاستیک ها:قابلیت فرآیند پذیری چندباره.
یکی از خواص الاستومرها:قابلیت فرآیند پذیری یک باره و خواص الاستیک (قابلیت کشیده شدن به مقدار 2 برابر طول اولیه را دارن و دوباره برگشت به حالت اولیه)
خاصیت TPE:هم خاصیت پلاستیک و هم خاصیت لاستیک را هر دو با هم دارد.
1-هم خاصیت فرآیند پذیری چندین باره را دارند
2-وهم خواص الاستیک را دارند یعنی بکشیم برمی گردد.
Emulsion SBR:در این روش موتورها به روش رادیکال پلیمریزه می شوند و موتورهای استایرن و بوتادی ان به صورت Random در زنجیر اصلی قرار می گیرند ولی در سیستم داغ یا Hot SBR به دلیل دمای بالا و سیستم رادیکالی در پلیمریزاسیون تعداد زیادی شاخه های فرعی در زنجیر اصلی بوجود می آید و تولید Branched SBR می کند.
وقتی که در زنجیر اصلی تعداد شاخه ها زیاد باشد جرم مولکولی تقریباً پایین بوده و توزیع جرم مولکولی به صورت پهن (Braod) و پلی دیسپریسیتی (poly dispersity) آن بسیار زیاد می باشد.مثلاً در Hot SBR PD=mw/mn=4.5
می باشد و در نهایت خواص مکانیکی پایین می باشد.
بنابراین در Hot SBR
1) توزیع جرم مولکولی پهن می باشد.
2) تعداد شاخه ها زیاد می باشد.
3) فرآیند پذیری بسیار خوب می باشد.
4) خواص مکانیکی بسیار بد می باشد.
بنابراین برای بهبود خواص مکانیکی باید پلیمریزاسیون را در دمای پایین انجام دهیم.بنابراین به روش Cold SBR می رسیم.
در Cold SBR باید از شروع کننده هایی برای پلیمریزاسیون استفاده کنیم که در دماهای پایین رادیکال ایجاد کند که این دما حدود 5 درجه است.
برای این نوع سیستم ها که آغازگرها (شروع کننده) در درجه حرارت 5 درجه باشد سیستم Redox پیشنهاد می گردد.
Cold SBR به دلیل دمای پایین پلیمریزاسیون دارای زنجیرهای خطی ، جرم مولکولی بالا و توزیع جرم مولکولی بسیار باریک می باشد به این نوع Cold SBR می توان حتی Linear SBR هم گفت.
در Cold SBR PD=1-1.5
بنابراین Cold SBR دارای خواص مکانیکی بسیار خوب می باشد ولی نقطه ضعف آن فرآیند پذیری بد آن می باشد که برای بهبود فرآیند پذیری آن عملیات زیر را انجام می دهند.
برای بهبود بخشیدن فرآیند پذیری Cold SBR کارهای زیر را می توان انجام داد:
1- در مرحله رسوب گیری حدود 23-37.5% از یک روغن آروماتیک تحت عنوان Oil Extanded SBR به آن اضافه می کنند. این روغن آروماتیک (به علت سازگاری با SBR چون هردو قطبی هستند) به عنوان پلاستی سایزر عمل می کند و فرآیند پذیری و سیالیت را افزایش می دهد.
2- درصدی دوده به SBR اضافه می شود تا استحکام مکانیکی SBR افزایش یابد یا به عبارتی مقاومت لاستیک خام (Green Strength) SBR افزایش پیدا کند.
عمل افزودن دوده هنگام رسوب گیری الاستومر صورت می گیرد.Black Extanded SBR
SBR به دلیل داشتن واحد استایرن نسبت به NR مقاومت کششی ضعیفی دارد زیرا در NR در اثر کشش کریستالیزاسیون القایی پیش می آید Strength Induced Crystalization یا Self Reinforcing (خود تقویت کننده) چون در SBR کریستالیزاسیون القایی ایجاد نمی شود.
کریستالیزاسیون القایی خوب است چون استحکام ماده را زیاد می کند ولی اگر Strength Induced Crystalization ایجاد شود و از بین نرود دیگر به آن الاستومر نمی گوییم.
SBR به دلیل داشتن گروه حجیم استایرن قابلیت تشکیل کریستالیزاسیون القایی را ندارد و خودش را نمی تواند تقویت کند (Self Reinforcing نیست) بنابراین مقاومت کششی ضعیفی دارد اما Black Extanded SBR مقاومت کششی بالاتری از SBR دارد.
3- افزودن روغن و دوده همزمان می باشد که فرآیند پذیری دوچندان خواهد شد و به این نوع SBR ها Oil-Black Extanded SBR می گویند.
Solution SBR: اگر در تهیه SBR محلولی از حلال غیر قطبی استفاده کنیم ماده حاصل یک TPE می باشد. اگر حلال کمی قطبی باشد SBR لاستیکی تولید می شود که از نوع کوپلیمر Random می باشد.
در روش SBR محلولی (پلیمریزاسیون در محلول) از کاتالیست هایی مانند لیتیم یا نمک های آلی لیتیم استفاده می شود. این نوع کاتالیست ها جز کاتالیست های Stereo Specific است که باعث ایجاد یک نظم خاص می شود به این معنی می باشد که واکنش های پلیمریزاسیون در جهت تشکیل زنجیرهایی با ساختمان فضایی معین (ویژه) بوجود می آیند.
با روش SBR محلولی می توان SBR را تا 85% از نوع Conformation سیس تهیه کرد ولی از روش امولسیونی به هیچ وجه نمی توان SBR فضا ویژه تولید کرد و فقط SBR محلولی است که دارای ساختمان فضایی منظم تری نسبت به سایر SBR ها می باشد.
اصولاً فعالیت استایرن کمتر از بوتادی ان می باشد در نتیجه در حضور کاتالیست (نکرای) لیستیم ابتدا BR پلیمریزه می شود و بعد استایرن شروع به پلیمریزه شدن می کند بنابراین در این حالت ساختار Block از این ماده خواهیم داشت [ SSSSSS ] [ BBBBBB ] این حالت در صورتی است که حلال غیر قطبی باشد.
توجه شود که Tg مربوط به Block BR=-110 و Tg مربوط به Block S=100 درجه است.Tg کل وابسطه به درصد هر یک از مونومرها می باشد.
در SBR محلولی جرم مولکولی بالا و توزیع جرم مولکولی بار یک (فرآیند پذیری بسیار سخت می باشد)ولی خواص مکانیکی بسیار بالایی خواهد داشت.خواص دینامیکی SBR محلولی نیز بالا می باشد.
در خواص دینامیکی سه پارامتر زیر بسیار مهم می باشند:
1) مدول الاستیک E′
2) مدول اتلافی E′′
3) فاکتور اتلاف انرژی (دمپینگ) Tng𝝈=E''/E'
در الاستومرها معمولاً ترجیح می دهیم که مدول الاستیک (E′) بسیار بالاتر از مدول اتلافی (E'') باشد بنابراین خاصیت اتلاف انرژی کمتر خواهد شد.در صورتی که دمپینگ پایین تر خواهد بود که زنجیرها خطی بوده-جرم مولکولی زیاد وپراکندگی جرم مولکولی پایین باشد.بنابراین به دلایلی که در بالا گفته شد SBR محلولی در صنعت تایر سازی امروزه به کار برده می شود.
*اگر فرآیند پذیری الاستومری پایین باشد می گویند عصبانیت (Nerve) لاستیک بالا است.
بنابراین SBR محلولی دارای Nerve بالا می باشد.برای افزایش فرآیند پذیری می توان لاستیک را pre-crosslinked نمود که در SBR می توان ماده ی دی وینیل بنزن را به SBR اضافه نمود تا مقدار کمی اتصالات عرضی بوجود بیاید.
SBR بهبود یابد به چنین SBR pre-crosslinked می گویند.
اگر در واکنش های رادیکالی دمای پلیمریزاسیون به هر دلیلی بالا برود بین زنجیرها اتصالات شیمیایی ایجاد می شود بنابراین ژل در الاستومر ایجاد خواهد شد در نتیجه فرآیند پذیری را شکل خواهد نمود.
بنابراین در عمل پلیمریزاسیون همیشه سعی می شود که دمای پلیمریزاسیون تحت کنترل باشد به این اثر ژل (jel effect) می گویند.
تقسیم بندی SBR در استانداردهای بین المللی:
Hot SBR 1000-1099خواص مکانیکی بد
Cold SBR 1500-1800 امولسیونی در درجه حرارت 5- درجه خواص مکانیکی بهتر از قبلی
Solution SBR 1700-2000
اگر بخواهیم الاستومری را مورد بررسی قرار دهیم و ساختار آن را بررسی کنیم به دو صورت زیر ساختار SBR را بررسی می کنیم:
Mw
SBR Macro Structure Linear
Structure S/B%
Micro Structure ژل%
ساختمان ماکرو SBR باید درصد استایرن به بوتادی ان را تعریف نماییم که معمولاً در SBR زمانی می توانیم خاصیت لاستیکی به دست آوریم که درصد استایرن بین %27.5-23 باشد.اگر استایرن بیش از 27.5% بکار ببریم کوپلیمری از SBR تشکیل می شود که بسیار سخت بوده و دیگر خاصیت لاستیکی از خود ارائه نمی دهد.(Tg استایرن بسیار بالا است و ماده را از خاصیت لاستیکی خارج می کند)
از دیدگاه میکروسکپی واحد تکراری بوتادی ان می تواند به چهار روش در زنجیر قرار گیرد ولی استایرن تنها به یک حالت می تواند در زنجیر قرار بگیرد.
توزیع مونومر:
چگونگی توزیع مونومرها در داخل زنجیر می تواند به صورت Random یا Block باشد ولی خود BR می تواند در طول زنجیر یکی از فرمهای زیر را به خود اختصاص دهد.
H H
CH2 CH CH CH2 sss → C C 1,4cis
CH2 CH2
H CH2
C C 1,4trans
CH2 H

CH2 CH 1,2vinyl
CH
CH2
همچنین یک حالت 3,4Vinyl نیز ممکن است برای بوتادی ان اتفاق بیفتد ولی تاثیری در خواص ندارد و فقط نقش اصلی را حالت 1,2Vinyl به عهده دارد و خواص مکانیکی SBR را تعیین می کند.
اگر از روش Hot SBR استفاده کنیم حدود %25-20 از 1,2 vinyl تولید می شود. فرآیند پذیری عالی
اگر از روش Cold SBR استفاده کنیم حدود %12-10 از 1,2 vinyl تولید می شود. فرآیند پذیری خوب
اگر از روش Solution استفاده کنیم حدود %8-7 از 1,2Vinyl تولید می شود. فرآیند پذیری بد
حالت 1,2Vinyl در بوتادی ان می تواند اثرات مثبت و منفی را بر خواص SBR ایجاد کند.برای مثال می توان گفت که گروه وینیل یک گروه جانبی است بنابراین باعث می شود که حرکت چرخشی زنجیرها کاهش پیدا کرده در نتیجه فرآیند پذیری بهبود یابد.بدین صورت که می دانیم گروه های دو طرف یک Band دوگانه می توانند آزادانه بچرخند در صورتی که Band دوگانه.در طول زنجیر باشد بنابراین زنجیر امکان چرخش دارد و می تواند انرژی را تلف کند.اما اگر وینیل در شاخه قرار گرفته باشد دیگر امکان چرخش وجود ندارد.بنابراین اتلاف انرژی کم شده و فرآیند پذیری بهبود پیدا می کند.بنابراین هرگاه بخواهیم SBR فرآیند پذیری بیشتری داشته باشد باید گروه 1,2Vinyl را داشته باشد از طرفی همین گروه جانبی Tg را بالا برده در نتیجه حرکت سخت تر خواهد شد بنابراین در دماهای پایین SBR به ماده ای سخت و شکننده تبدیل می شود در نتیجه SBR با درصد 1,2Vinyl زیاد دارای Tg=-35 درجه می باشد اما SBR محلولی دارای Tg=-75 درجه می باشد به همین دلیل در تایرهای یخ شکن با وجود قیمت زیاد از SBR محلولی استفاده می کنند بنابراین اختلاف گریدهای مختلف SBR در خواص ماکرو و میکرو آنها می باشد.
ساختمان های ماکرو و میکرو چه تاثیری روی خواص SBR دارند:
1) با افزایش درصد استایرن SBR Tg بالاتر می رود در نتیجه مقاومت سایشی کاهش پیدا می کند.
با افزایش درصد استایرن مقاومت پارگی نیز کاهش پیدا می کند.
همچنین با افزایش درصد استایرن Heat build up (حرارت زایی درون ماده) افزایش پیدا می کند.تحت نیروهای دینامیکی اتلاف انر‍ژی نیز زیاد خواهد شد.با افزایش درصد استایرن مقاومت در برابر سرخوردگی و یا Solid resistance نیز افزایش پیدا می کند.
به طور کلی می توان گفت با افزایش درصد استایرن خواص مکانیکی SBR کاهش پیدا می کند و فقط مقاومت لغزشی با افزایش درصد استایرن افزایش می یابد.
اگر درصد استایرن از 75% بالاتر برود گریدی از SBR به وجود می آید که به آن دورانیت (Duranit) می گویند.این ماده دیگر رابر نیسبت و در خانواده TPEها قرار می گیرد.این ماده فوق العاده سخت است و برای بالا بردن سختی قطعات لاستیکی از آن ها به عنوان (hardner) سخت کننده استفاده می شود زیرا هم بسیار سخت می باشد و از طرفی دارای دانسیته پایین بوده بنابراین قطعه تولیدی سبک می شود.
2) تاثیر سیس و ترانس نسبت به 1,2Vinyl بر روی خواص مکانیکی SBR:
هر چه Configuration ترانس در الاستومر (SBR) بیشتر شود قابلیت کریستاله شدن بالا خواهد رفت در نتیجه مقاومت کششی لاستیک خام SBR افزایش پیدا می کند و یا به عبارتی green strength بالا می رود زیرا در Configuration ترانس زنجیرها در حالت کشیده ای قرار می گیرند ک راحت تر در Cellهای کریستال قرار می گیرند.هر چه دمای پلیمریزاسیون پایین تر باشد (در حالت Cold SBR) درصد ترانس بالاتر خواهد رفت بنابراین خواص مکانیکی افزایش پیدا می کند.می توان نتیجه گرفت که در پلیمریزاسیون محلولی (Solution SBR) که خواص مکانیکی بالایی دارد درصد ترانس بالا است زیرا خواص بهتر است.
مقایسه SBR با NR:
SBR و NR هر دو در ساختمان خود دارای پیوند دوگانه می باشند به همین دلیل هر دو الاستومر غیر اشباع بوده و دچار Ozone cracking می شوند بدین معنی که بعد از مدتی سطح این لاستیک ها دچار ترک می شود.
همچنین این الاستومرها به دلیل وجود پیوند دوگانه دارای مقاومت حرارتی پایینی می باشند.
لاستیک SBR مانند NR قابلیت وولکانیزاسیون با سیستم های گوگردی را دارد به همین دلیل SBR را می توان با NR به صورت آلیاژ درآورد.به این خاصیت که SBR را با NR می توان پخت نمود همپخت (co-curative) می گویند.NR و SBR را می توان به هر نسبتی با هم آلیاژ نمود ولی تفاوت های NRو SBR به صورتهای زیر بیان می شود:
1) SBR الاستیسیته و جهندگی کمتری نسبت به NR دارد.
2) مقاومت کششی SBR کمتر از NR می باشد.
3) مقدار Set در SBR از NR کمتر می باشد.
Set:به معنای تغییر شکل پلاستیکی می باشد که به آن در فارسی ماتا می گویند.هرگاه یک قطعه لاستیکی را برای مدت معین تحت نیرو قرار دهیم (اگراین نیرو به صورت فشاری باشد به آن Compresion set می گویند ولی اگر این نیرو به صورت کششی باشد به آن Tension set می گویند) بعد از قطع نیرو مقداری تغییر شکل پلاستیکی یا ویسکوز (ممکن است بعد از اعمال نیرو بعضی از شبکه ها بشکنند و یا زنجیرهای آزاد حرکت کنند.) در آن باقی می ماند که به این مقدار تغییر شکل در نهایت Set می گویند.مقدار Set (تغییر شکل پلاستیک) در SBR از NR به این دلیل کمتر می باشد که گروه جانبی فنیل حرکت ویسکوز زنجیرها را کاهش می دهد (به دلیل ممانعت فضایی)
CR (Chloroprene Rubber):
این الاستومر تحت نام های Bayprene یا Skyprene یا Neoprene در بازار معروف می باشد.
این الاستومر اولین بار توسط کمپانی Dupont در آمریکا تولید شد با نام تجاری Neoprene.CR جزء یکی از الاستومرهای ویژه می باشد که دارای ساختمان شیمیایی زیر می باشد.
CL
( CH2 C CH CH2 )n
اختلاف اصلی CR و NR در CH3 گروه جانبی می باشد که CL جایگزین آن می باشد.ویژگی اصلی CR در مقاومت بسیار زیاد در برابر تخریب اوزونی است به همین دلیل به آن Self Ozone Resistance نیز می گویند.(چون کلر فعالیت باند دوگانه را کاهش می دهد) به همین دلیل در CR نیاز به افزودن مواد پایدار کننده در برابر اوزون نداریم زیرا گروه CL سبب می شود که پیوند دوگانه غیر فعال شود و الکترون ها را به سمت خود می کشد به همین دلیل اتم کلر پیوند دوگانه را غیر فعال می کندو الاستومر CR دیگر خاصیت وولکانیزه شدن را با گوگرد از دست می دهد.به خاطر داریم که شرط پخت گوگردی وجود پیوند دوگانه در زنجیر اصلی بود ولی در CR به دلیل غیر فعال شدن پیوند دوگانه دیگر پخت گوگردی نمی توان انجام داد.CR را با سیستم پخت مخصوصی که اکسید فلزی نامیده می شود پخت می کنند.
همچنین CR میل شدیدی به کریستاله شدن دارد بنابراین CR را به مدت طولانی نمی توان ذخیره نمود به خاطر همین کریستاله شدن CR گریدهای مختلف آن را تعیین می کنند.
برای اینکه بتوانیم درصد کریستالیزاسیون را در CR پایین نگه داریم باید درصد ترانس را پایین نگه داریم.اگر در CR درصد کریستالیزاسیون بالا باشد دیگر در صنایع لاستیک به کار برده نمی شود و به جای آن در صنایع چسب سازی استفاده می کنند (چون درصد کریستالیزاسیون بالا برود چسبندگی ماده بالا می رود.)
CL
میزان Configuration , 1,2vinyl C CH2 معمولا در CR حدود
CH
CH2
%2-1.5 هنگام پلیمریزاسیون ایجاد می شود و این Configuration باعث می شود که CR بتواند به دلیل جدا شدن CL از باند دوگانه کمی خاصیت پخت گوگردی پیدا کند ولی به این دلیل که %2-1.5 می باشد پخت گوگردی بسیار ضعیفی خواهد داد و مدول الاستیک با پخت گوگردی بسیار پایین خواهد بود زیرا مقدار اتصالات عرضی پایین است.
معمولاً لاستیک CR را از نظر کریستاله شدن تقسیم بندی می کنند بنابراین به صورت زیر CR دسته بندی می شود.
برای ساخت محصولات لاستیکی نمی توان از CR استفاده کرد که درصد کریستالیزاسیون بالایی دارد زیرا فرآیند پذیری آن بسیار مشکل بوده و ماده حاصل بسیار سخت Regid می شود.آن دسته از CR که میل به کریستالیزاسیون کم دارد برای ساخت محصولات لاستیکی به کار می رود و در گروه General purpose قرار می گیرد بنابراین باید به شکل Nerve آن را کم نمود تا بتوان آن را فرآیند پذیر کرد.
اختلاف گریدهای G و W:
در CR از نوع G در زنجیر اصلی اتصالات گوگردی به صورت زیر قرار دارد:
SSSS CH2 C CH CH2
CL
باید توجه نمود که اتصالات گوگردی در زنجیر اصلی بسیار کم می باشد مثلاً به ازای 500 واحد تکرار شونده CR یک اتصال گوگردی وجود دارد.
1) CR از نوع G میل به کریستالیزاسیون کمتری نسبت به نوع W دارد(چون گوگرد میل به کریستالیزاسیون را کم می کند)
2) در CR از نوع G انعطاف پذیری زنجیرها بیشتر می باشد نسبت به W
3) Tg نوع G از نوع W کمتر است (هر چه Tg کمتر باشد بهتر است)
4) مقاومت سایشی و پارگی و دینامیکی نوع G از W بهتر است.
5) Nerve نوع G از W کمتر است(فرآیند پذیری بهتری دارد)
6) مقاومت حرارتی نوع W از نوع G بالاتر است.
7) قابلیت نگهداری و ذخیره کردن نوع G کمتر از نوع W است زیرا اتصالات گوگردی زود شکسته می شود و باعث بالا رفتن میل کریستالیزاسیون آن می شود.
Heat Historyتاریخچه حرارتی:
حرارت نقش زمان را بازی می کند.
تاریخچه حرارتی عبارت است از تعداد فرآیند هایی که روی الاستومر انجام شده است.برای مثال در الاستومر CR از نوع G در زنجیر اصلی گوگرد دارد.به همین دلیل دانستن Heat History بسیار مهم است زیرا اتصالات گوگردی نسبت به دما حساس (ضعیف) بوده و هر بار که الاستومر CR تحت فرآیند (حرارت-تنش) قرار گیرد سه شکل ایجاد می شود:
1. میل به کریستالیزاسیون زیاد خواهد شد. (چون گوگرد جلوگیری می کند و هر ,املی که گوگرد را خارج کند باعث زیاد شدن تبلور می شود.)
2. با آزاد شدن گوگرد مدول تغییر می کند چون گوگرد با ایجاد اتصال بین زنجیرها می کنند
3. کاهش زمان Scorch (وقتی الاستومری همراه با عامل وولکانیزاسیون را به دمای بالا می بریم یک مدت زمانی طول می کشد (مدت کوتاه) تا پخت شروع شود که به این زمان Scorch می گوییم.)
زمان Scorch (Safty time):
وقتی الاستومری را همراه با عامل پخت (معمولاً گوگرد می باشد) به دمای بالا بریم یک مدت زمان طول می کشد (زمان کوتاه) تا پخت (Cure) شروع شود.به این زمان کوتاه که برای پخت شدن نیاز است زمان Scorch می گویند.
حدودا به ازای هر 10 درجه
افزایش درجه حرارت معمولا
زمان پخت نصف می شود.
برای مثال الاستومر را داخل mixer می ریزیم و ماده ی Curing Agent (پخت کننده) را به آن اضافه می کنیم تب با هم مخلوط شوند.اگر عمل پخت در مخلوط کننده صورت گیرد دیگر نمی توان آنها را قالب گیری کرد.برای قالب گیری به هیچ وجه نباید پخت قبلاً صورت گرفته باشد.بنابراین زمان Scorch به ما کمک می کند که در mixer یا قالب هیچ گونه شکل گیری صورت نگیرد.
همچنین زمان Scorch در اکسترودرها نیز بسیار مهم می باشد.
اگر vulcanization در اکستردر صورت گیرد پیچ و موتور اکستردر را به طور کلی از بین می برد (ویسکوزیته بالا می رود و Crosslink صورت می گیرد).زمان Scorch برای زمان انبارداری نیز بسیار مهم می باشد.هر بار که آمیزه لاستیکی را تحت فرآیند حرارتی قرار می دهیم زمان Scorch آن کوتاه می شود.
بنابراین در الاستومر CR از نوع G باید به Heat History آن توجه کرد.چون دارای پیوندهای گوگردی می باشد.اگر این پیوندها از بین بروند زمان پخت کوتاه می شود.
CR از نوع W فاقد پیوندهای S-S (گوگردی) می باشد.بنابراین یک CR دارای مقاومت حرارتی بالا می باشد و همچنین مقاومت بسیار خوب در برابر خزش (Greep) و نشست (Set) دارد.
بنابراین اگر بخواهیم محصول الاستیکی بسازیم که تغییر شکل (Creep) زیادی از خود نشان ندهد باید از CR نوع W استفاده کنیم.می توان چنین گفت که در CR نوع W به دلیل عدم وجود -s-s-s– کریستالیزاسیون بالا می رود و به دلیل کریستالیزاسیون بالا،زنجیرها کم تر روی هم لغزش پیدا می کنند و به همین دلیل Greep پایین می رود.
از نظر voulcanization در نوع G برای عمل vulcanize (پخت) احتیاجی به شتاب دهنده نیست اما در نوع W به دلیل عدم وجود باندهای —-s-s-s—- این نوع الاستومر پخت ضعیفی دارد و احتیاج به شتاب دهنده ی مخصوص دارد تا عمل پخت انجام دهد.
بررسی انواع الاستومر CR از نوع G:
GN:کوپلیمری از کلروپرن می باشد و درصد گوگرد در آن بسیار کم است.به ازای 500 واحد تکراری CR (کلروپرن) یک اتصال گوگرد وجود دارد.
GNA:از نظر ساختمان شیمیایی مانند GN است و اختلاف آنها در این می باشد که این نوع CR دارای پایدار کننده ی Staining (لکه دار کردن) می باشد.(لکه در خود ایجاد می کند)
مواد پایدار کننده به دو دسته تقسیم می شوند:1.Staining 2.Staining Non
بسیاری از مواد وقتی در تماس با مواد دیگر قرار می گیرند رنگ خود را پس می دهند.در بحث انواع CR می گوییم نوع GNA دارای پایدار کننده ی Staining می باشد یعنی از GNA نمی توان برای ساخت محصولات رنگی استفاده کرد زیرا رنگ محصول با زمان تغییر خواهد کرد.
GRT:نوع خاصی از CR می باشد که مقاومت زیادی در برابر کریستالیزاسیون دارد و معمولاً نوع GRT دارای فرمول شیمیایی زیر می باشد:
CH2 C C CH2 CH2 C CH CH2
Cl Cl Cl
GT:از نظر ساختمانی بیشتر GN است با این اختلاف که ویسکوزیته ی آن بالا است و دارای پایداری ویسکوزیته ی بیشتری نسبت به GN می باشد.(تغییر ویسکوزیته در CR نوع G به دلیل وجود پیوندهای نوع -s-s-s– می باشد.)
پایداری ویسکوزیته نوع GT بیشتر بوده یعنی ساختمان خود را بیشتر حفظ می کند،به این معنی است که تعداد واحدهای در آن کمتر می باشد و نیز پایدار کننده ی حرارتی باید به آن اضافه شود.
بررسی انواع الاستومر CR از نوع W:
نوع W اتصالات گوگرد ندارد (در زنجیر اصلی) و فقط ساختمان آن از نوع کلروپرن می باشد یعنی 90% زنجیرها Conformation از نوع ترانس دارند.
WRT:دارای درصد بسیار کمی از نوع 2 و 3 دی کلروبوتادی ان می باشد.این ماده باعث می شود که نظم ساختمانی به هم خورده و درصد کریستالینیتی پایین آید.
WHV:high viscosity:این نوع CR دارای Mooney ویسکوزیته بالا می باشدو دارای جرم مولکولی بسیار بالا بوده و میل کریستالیزاسیون مشابه نوع W می باشد.
WD:این نوع CR مشابه WRT می باشد ولی از نظر ویسکوزیته بسیار بالاتر از آن می باشد.
WX:این گرید از CR از نظر کریستالیزاسیون ما بین W و WRT می باشد.
WB:در این نوع از CR یک سری اتصالات ضعیف شیمیایی بین زنجیرها وجود دارد که باعث می شود Nerve لاستیک بالا رود و قابلیت اکسترودر پذیری نماید.
بنابراین گرید WB دارای خاصیت extrude ability (توانایی اکسترود شدن) و pross ability و Dimentionability (قابلیت حفظ ابعاد) هستند.
در CR به دلیل وجود CL پیوند دوگانه ضعیف می باشد به همین دلیل نمی توان در عمل پخت به خوبی شرکت کنند بنابراین حالتی دیگر از CR به صورت زیر وجود دارد که می تواند در عمل پخت به خوبی شرکت کند.در این حالت پیوند دوگانه در شاخه فرعی قرار می گیرد و گروه 1و2 وینیل را تشکیل می دهد و همین گروه است که با سیستم های پخت اکسید فلزی عمل پخت را انجام می دهد.بنابراین به خاطر خواهیم سپرد که عمل پخت را در الاستومر CR به وسیله ی اکسیدهای فلزی انجام می دهند نه گوگرد.مهمترین اکسیدهای فلزی:Zno-Mgo-pbo-Cao می باشند.
ولی برای پخت CR از ترکیب دو اکسید فلزی Zno و Mgo به صورت 5% و 4% استفاده می شود.یعنی به صورت تجربی به دست آمده است که ترکیب دو اکسید فلزی ((Mgo-Zno می تواند بهترین نوع پخت را بوجود آورد و گروه CH2Cl عامل پخت به صورت زیر می شود:
CH2 C CH2 C
CH CH
CH2Cl CH2
+ZnO→ O +ZnoCl2
CH2Cl CH2
CH CH
CH2 C C
ZnCl2+MgO → ZnO + MgCl2
تنها الاستومری که گوگردی پخت نمی شود:CR است و با پراکسیدهای فلزی پخت می شود.به دلیل اکسید فلزی مقاومت حرارتی بسیار بالاتر از پخت مواد با گوگرد است اما اگر الاستومرهای معدنی بود مقاومت حرارتی بیشتر می شد.
از ویژگی های مهم CR به مقاومت خوب در برابر اوزون می توان اشاره کرد.همچنین CR یک الاستومر قطبی است بنابراین در برابر مواد شیمیایی غیر قطبی مقاومت بسیار خوبی دارند (نه در برابر مواد شیمیایی قطبی)
بنابراین CR را می توان در آب بندها (Seal) ، packingها،Diaphragm که در معرض مواد شیمیایی غیر قطبی می باشند می توان به کاربرد.
کاربرد دیگر CR در تسمه نقاله ها می باشد زیرا در تسمه نقاله ها stress (تنش) به دو صورت وارد می شود.بالاترین نوع stress جایی است که تنش از کشش به خنثی تبدیل می شود.
در نقطه ی A کشش بسیار بالا بوده و ozone cracking بسیار بالا می باشد. A
در کابل های برق نیز می توان از CR استفاده کرد و همچنان که قبلاً گفته شد با پدیده ی Crona به صورت خیلی زیاد خواهیم داشت.علاوه بر این می توان از CR برای روکش کابل های برق نیز که مقاومت بسیار خوب در برابر پدیده ی Crona را خواهد داشت استفاده کرد.
لاستیک CR به دلیل ضعیف بودن باند دوگانه قابلیت آلیاژ شدن با لاستیک های دیگر را کمتر خواهد داشت.
در آلیاژ سازی سازگاری و پخت بسیار مهم است و سیستم پخت باید یکی باشد.
الاستومر EPR Ethylene-Propylene-Rubber :
این الاستومر کوپلیمری است از دو مونومر اتیلن و پروپیلن و دارای ساختمان کاملاً اشباع بوده و یعنی پیوند دوگانه ندارد و دارای فرمول شیمیایی زیر می باشد:
[ CH2 CH2 ]x [ CH2 CH ]y
CH3
( چون CH3 دارد می تواند توسط پراکسیدهای فلزی پخت شود)
در لاستیک EPR به دلیل ساختار اشباع آن می تواند به مدت زیار در مجاورت اوزون قرار گرفته و هیچ تخریبی در آن صورت نگیرد بنابراین برای روکش کابل ها ، پوشش پشت بام ها و نوارهای دور شیشه و … از آن استفاده شود.اما به دلیل عدم وجود باند دوگانه در زنجیر اصلی نمی توان با گوگرد پخت شود و به همین دلیل برای صنعت لاستیک مطلوب نیست زیرا سیستم پخت گوگردی بسیار ارزان قیمت می باشد همچنین به وسیله ی سیستم پخت گوگردی می توان خواص فیزیکی و مکانیکی را بالا برده بنابراین گریدی از EPR تولید کرده اند و نام آن را EPDM گذاشته اند.که دارای درصد بسیار کمی باند دوگانه بوده و توانایی پخت گوگردی را دارا است.همچنین خواص EPDM وابسته به درصد پلی پروپیلن به کار برده در زنجیر اصلی می باشد.
معمولاً PP به کار برده شده بین 25 تا 50 درصد می باشند.
اگر مقدار گوگرد 32% بزنیم لاستیک بسیار سخت می شود و به ابونیت تبدیل می گردد (همان بدنه ی باطری ماشین)
PE ساختمان کریستالی دارد و فقط به همین دلیل نمی توان به عنوان رابر استفاده شود بنابراین با افزودن PP به PE می توان ساختمان کریستالی آن را از بین ببریم و به دلیل آن که پلی اتیلن دارای Tg=-110 درجه می باشد بنابراین EPR از ترکیب PP و PE تشکیل شده است می تواند خاصیت لاستیکی از خود ارائه دهد.

TgPE=-110
TgEPR=-55
TgPP=-10

هر چقدر PP به PE می زنیم اول جهندگی EPR زیاد می شود و از یک ترکیب بیشتر جهندگی دوباره کم می شود.درصد PP روی فرآیند پذیری EPR اثر می گذارد.هر چه درصد PP افزایش پیدا کند در EPR چون Tg را زیاد می کند فرآیند پذیری افزایش می یابد.
چون Segment های PE کاملاً منعطف می باشند بنابراین برای فرآیند کردن انرژی مکانیکی را کم می کند در نتیجه در درصدهای بالای PE فرآیند پذیری بسیار سخت است ولی از افزودن PP به PE از انعطاف زنجیر PE کم شده و انرژی مکانیکی کمتر تلف می شود و فرآیند پذیری بهبود می یابد.
با توجه به ساختمان اشباع EPR الاستومر به راحتی وولکانیزه نمی شود (با گوگرد) سیستمی که این EPR را وولکانیزه می کند سیستم پراکسیدی است (RO-O ) برای از بین بردن این ضعف EPR باید تغییراتی در ساختمان آن داده شود به این ترتیب که مونومر دومی را همراه با دو مونومر قبلی به سیستم پلیمریزاسیون اضافه می کنند و به آن Diene مونومر می گویند.مقدار این Diene بین 5-15% می باشد بنابراین ماده ی حاصله شامل Diene و اتیلن و پلی پروپیلن است.به این ترتیب یک پیوند دوگانه دی ان وارد زنجیر اصلی می شود و به این ماده EPDM می گویند که دارای فرمول شیمیایی زیر است:
CH2 CH2 CH CH2 Dine
CH3
باید توجه شود که EPR یک لاستیک مقاوم بسیار خوب در برابر اوزون می باشد و ما نمی خواهیم با این اصلاح که ضعف وولکانیزاسیون آن برطرف می شود ولی مقاومت اوزون آن کم می شود.بنابراین باید از Diene استفاده شود که Diene در زنجیر اصلی قرار نگیرد بلکه به صورت شاخه در زنجیر قرار گیرد.
بنابراین اگر Diene در شاخه قرار گیرد این الاستومر می تواند با گوگرد پخت شود و تخریب اوزونی هم صورت نگیرد Dieneهای معروف که می تواند در زنجیر EP قرار گیرد به صورت زیر می باشد:
1,4 Hexadine (HD)
Dicyclopentadine (DCP)
Ethylidene-Norborner (ENB)
Methylidene-Norborner (MNB)
کلیه خواص EPDM وابسته به نوع Diene به کار رفته در آن می باشد.نوع و درصد Diene تعیین کننده ی سرعت پخت می باشد.معمولاً ENB بالاترین سرعت وولکانیزاسیون را خواهد داشت بنابراین EPDM را می توان به چهار دسته زیر تقسیم بندی کرد:
Low Cure مقاومت خورشید خوب
Medium Cure
EPDM High Cure
Ultra Fast Cure → ENB → 15%
باید توجه نمود که هرچه درصد Diene بالاتر رود سرعت پخت بیشتر خواهد شد اما از طرفی حساسیت آن نسبت به تخریب بیشتر خواهد شد بنابراین بسته به کاربردی که در نظر داریم گریدهای مختلف EPDM استفاده خواهیم کرد.
EPDM بر حسب نسبت PE به PP هم تقسیم بندی می شود ولی باید توجه نمود که حداکثر مقدار PP50% است که به صورتEt/PP=50/50 نشان می دهند.هرچه PE بیشتر باشد Nerve لاستیک بالاتر خواهد رفت.
EPDM را می توان به چهار روش پخت نمود:
1- Peroxide System
2- Sulfure System
3- Radiation System
4- Micro Wave System
EPDM در مقایسه با سایر الاستومرها دانیته پایینی دارد برای مثال در مقایسه با NR و CR به صورت زیر می باشد: S.g
EPDM 0.82 نسبت به دانسیته آب در نظر گرفته ایم که واحدش با واحد آب
NR 1.29 ساده می شود بنابر این واحد ندارد
CR 1.32
از طرفی EPDM در مقایسه با سایر الاستومرها تا 300-400 درصد می توان به آن فیلر اضافه کرد و تا 200-300 درصد می توان به آن روغن اضافه کرد بنابراین این الاستومر بسیار اقتصادی می باشد.ضعف EPDM در پایین بودن خاصیت هیدروفیلی (آب دوستی) آن می باشد.
EPDM در محیط های بیولوژیکی مقاومت بسیار خوبی دارد و همچنین یک الاستومر کاملاً خنثی است.بنابراین به آن bio elastomer می گویند.این الاستومر آب را پس می زند بنابراین وقتی در تماس با اجزاء داخل بدن قرار می گیرد ایجاد اشکال خواهد نمود و در تماس با خون (EPR در بدن می تواند به کار رود زمانی یک پلیمر می تواند در بدن به کار رود که بتواند آب را جذب کند تا با گوشت پیوند برقرار گردد) باعث لخته شدن خون می شود برای رفع این اشکال سطح آن را اصلاح می کنند یعنی سطح آن را با یک مونومر آب دوست می پوشانند.مونومر آب دوست اکریل آمید است.
به این ترتیب که آکریل آمید را در آب حل می کنند و روی سطح EPR می ریزند و بعد با اشعه اکریل آمین به EPR اتصال شیمیایی ایجاد می کند (به صورت شاخه قرار می گیرد)
از محصول حاصل می توان به عنوان رگ مصنوعی استفاده کرد.دیگر کاربردهای EPDM شامل موارد زیر است:
1. در صنعت کابل سازی 2. اتومبیل 3. Rubber Lining (داخل لوله فلزی برای جلوگیری از خورندگی) 4.Roofing برای رپوش پشت بام 5. Profileنوار شیشه جلوی ماشین 6.Conryerbelt تسمه نقاله
از آنجایی که EPDM یک الاستومر غیر قطبی است در برابر مواد قطبی مقاومت خوبی دارد.برخلاف NBR که یک الاستومر قطبی است که در مجاورت مواد غیر قطبی مقاوم است.مثلاً EPDM در ساخت شیلنگ های گاز به کار نمی رود.
از دیگر ضعف های EPDM می توان به low green tack اشاره نمود.چسبندگی لاستیک خام پایین می باشد.بنابراین به تنهایی در آمیزه چسبندگی ندارد همچنین EPDM به سختی با دیگر الاستومرها مانند NR،SBR،BR آلیاژ می شود زیرا سازگاری پخت ندارد Co-Curative
لاستیک BR یا PB پلی بوتادی ان Butadiene Rubber:
یک لاستیک General purpose می باشد یعنی مصرف عام است و از نظر میزان مصرف مشابه SBR و NR است.از نظر تهیه از مونومر 1-3 بوتادی ان با فرمول شیمیایی زیر تهیه می شود.
(CH2 CH CH CH2)
این مونومر ایزومرهای دیگری نیز دارد ولی ایزومر 1 و 3 بوتادی ان بیشتر خاصیت لاستیکی به آن می دهد این پلیمر به صورت خطی بوده و فرآیند پذیری سخت تر است چون انعطاف پذیری دارد و انرژی را تلف می کند.(شاخه ای ها انعطاف پذیری کمتری دارند) TgBR=-100 درجه می باشد.BR دارای سه ایزومر Cis و trans و 1و2 وینیل می باشد که ترکیبی از این نوع ایزومرها لاستیک BR را تشکیل می دهد.خواص پلیمر نهایی بسته به مقدار ایزومر 1و2 وینیل می باشد.هر چه درصد ایزومر 1و2 وینیل بالاتر رود Tg الاستومر BR نیز بالاتر خواهد رفت.
خصوصیت مشترک تمام الاستومرهایی که دارای دو تا باند دوگانه می باشند:
1) تخریب سریع به دلیل وجود باند دوگانه در این نوع الاستومرها
2) قابلیت وولکانیزاسیون بسیار زیاد
3) جهندگی خوب
4) به دلیل طبیعت هیدروکربنی در حلال های هیدروکربنی سریع متورم می شود.
5) عایق بسیار خوب الکتریسیته است.
خصوصیات مهم BR شامل موارد زیر می باشد:
1.Tg بسیار پایین 2.مقاومت بسیار خوب در برابر سایش (هر چه اختلاف دمای Tg با دمای محیط افزایش یابد مقاومت سایشی بهتر خواهد بود بنابراین در تایر ماشین به خاطر مقاومت سایشی خوب BR آلیاژ NR با BR استفاده می کنیم)
هرگاه سه نوع NR و BR و SBR را مقایسه کنیم به جدول زیر توجه می کنیم:

NR Tg=-75 SBR Tg=-45 BR Tg=-100
Modulus(Mpa) 1800 1400 1200
Tensile Strenght 4000 3400 2500
Elongation at Break% 520 560 500
Heat Build Up(F) 40 67 40
Resiliance% 72 62 75
Hardness 62 60 63
Isobutylene-Iso peren Rubber (IIR)Buthyl Rubber
IIR کوپلیمری است از دو مونومر ایزوبوتیلن و ایزوپرن و مقدار ایزوپرن مابین %10-0.2 متغیر است این الاستومر دو خاصیت مهم زیر را دارد:
1) Low gas permeability P=D*S
2) High Damping
3) مقاومت زیاد در برابر حرارت و مواد شیمیایی
IIR پایین ترین ضریب عبور گاز را دارد.
High Damping به معنی قدرت جذب و تلف کردن انرژی مکانیکی توسط آن در یک طیف وسیع حرارتی بالا می باشد بنابراین در ساخت قطعات لاستیکی که به عنوان جاذب ارتعاش Antivibrator به کار می رود استفاده می شود.محدوده ی Damping،Butyl از Tg آن تا می باشد.هر چه Damping بیشتر باشد جهندگی کم می شود.
PB
IIR
هرچه جهندگی کمتر باشد میزان Damping آن بالاتر است.
لاستیک Butyl به دلیل ایزوبوتیلن که دارای شاخه های جانبی CH3 زیاد جلوی عبور گاز را خواهد گرفت ولی به دلیل آنکه باند دوگانه در زنجیر اصلی ندارد مونومر ایزوپرن را به آن می زنند تا توانایی پخت گوگردی یابد.علت آنکه ایزوپرن را با ایزوبوتیلن به صورت کوپلیمر در می آورند به دلیل نزدیک بودن ساختمان آنهاست و همچنین محدوده ی Tg آنها بین -50 تا -45 می باشند بنابراین بهترین کاربرد در تیوب تایر می باشد.
در لاستیک Butyl هر چه درصد باند دوگانه (ایزوپرن) بیشتر شود سرعت پخت افزایش می یابد ولی مقاومت اوزونی کم خواهد شد.هر چه درصد پیوند دوگانه زیاد شود خاصیت Damping کاهش پیدا می کند و نفوذ گاز آن زیاد خواهد شد.
سرعت پخت لاستیک Butyl کم است بنابراین آلیاژ این لاستیک با لاستیک های دیگر سخت است برای آنکه سرعت پخت Butyl را بالا ببرند گریدهای مختلفی از Butyl را می سازند،مانند کلربیوتیل Cholor Butyl و Boromo Butyl
این گریدهای مختلف Butyl علاوه بر داشتن خاصیت لاستیک Butyl سرعت پخت بالایی نیز دارد.برای تهیه این گریدهای Butyl لاستیک Butyl را در مجاورت گاز کلر،کلرینه می کنند به این معنی که کلر روی هیدروژن کربن به صورت زیر قرار می گیرد:
CH3 Cl CH3
[ CH2 C CH C CH CH2 ]
CH3
به این کربن که کلر روی آن قرار می گیرد کربن آلیلیک می گویند.
لاستیک های Cholor Butyl می توانند به تنهایی با اکسیدهای فلز (Zno و Mgo و …) (بدون استفاده از گوگرد) با سرعت خوبی پخت شود.بنابراین لاستیک ها را می توان به دلیل سرعت بالای پخت با لاستیک های دیگر آلیاژ نمود ولی لاستیک Butyl به دلیل کم بودن پیوند دوگانه سرعت پخت آن کم می باشد بنابراین قابلیت آلیاژ شدن را به سختی دارد.
به طور کلی نیز می توان گفت که می توان Butylها را 1.از طریق سیستم پخت گوگردی 2.از طریق پخت پراکسیدی (peroxide curing SyS) 3.از طریق تشعشع (radiation) 4.Metal oxide curing SyS
ولی باید توجه داشت که در سیستم پخت پراکسیدی و تشعشعی نوع اتصالات شبکه به صورت زیر می باشد.یعنی اتصالات به صورت C-C می باشد ولی در نوع سیستم پخت سولفوری اتصالات به صورت کربن-گوگرد می باشد.
اگر بخواهیم مقاومت سایشی و پارگی را در لاستیک زیاد کنیم باید طول پیوند S-S را زیاد کنیم.
از کاربردهای لاستیک Butyl می توان به gas membrane (غشاء گاز) و Tube و بالن و همچنین Rubber Lining اشاره نمود.
در جایی که Damping بالا لازم باشد می توان از Butyl استفاده نمود.
لاستیک NBR:این لاستیک ها به oil resistance Rubber لاستیک مقاوم در برابر روغن (هیدروکربنی) هستند (روغن های هیدروکربن از نوع غیر قطبی است (C,H) ولی ترمز ماشین هیدروکربن نیست و قطبی است)
NBR یک لاستیک قطبی است و فقط در برابر روغن های غیر قطبی مقاوم است و در برابر روغن های قطبی مقاومت ندارند.به این دسته از الاستومرها Acrylic Rubber نیز می گویند که به دو دسته ی NBR و ACN تقسیم می شوند.
NBR → Acrylic Butadiene Rubber
CAN → Acrylic Monomer Rubbe
خاصیت مشترک ACN و NBR در ساختمان بسیار قطبی آن می باشد (به این دلیل قطبی کردن اکریلو اضافه شد و بوتادی ان به خاطر پخت گوگردی مورد استفاده قرار گرفته است)
بنابراین درصد واحد آکریلو نیتریل در لاستیک NBR تعیین کننده ی خواص NBR می باشد.هر چه درصد اکریلو نیتریل بالاتر رود لاستیک قطبی تر می شود ولی از طرفی فرآیند پذیری آن سخت تر خواهد شد.لاستیک NBR نیز مانند SBR به روش امولسیونی تهیه می شود.
NBR Cold ~ 5 درجه
Hot ~ 55 درجه
در روش Cold جرم مولکولی بالا،توزیع جرم مولکولی باریک است ولی در Hot شاخه های فرعی داریم.توزیع جرم مولکولی پهن است ولی فرآیند پذیری بهتر است.
هر چه تفاوت Hot و Cold در SBR بود برای NBR هم هست.
مقاومت لاستیک NBR که قطبی تر است در برابر هیدروکربن ها بیشتر خواهد بود.
درصد ACN بین %55-18 است.
High CAN 65-85%
NBR Medium ACM بین این دو
Low CAN 18-25%
هر چه درصد آکریلو نیتریل بالاتر رود قطبیت بیشتر شده در نتیجه انعطاف پذیری زنجیرها کمتر می شود و در نهایت Tg افزایش می یابد.
با افزایش درصد آکریلو نیتریل Tg افزایش می یابد،رابر الاستیسیتی کاهش می یابد و مقدار Curing کم می شود چون مقدار BR کم می شود low them flexibility کاهش،اوزون کراکنیگ کاهش،Heat Resistance افزایش،Set افزایش می یابد.چرا؟
ولی Creep کاهش (قبل از پخت) چرا؟ و جهندگی کاهش می یابد ، ،رآیند پذیری آن بدتر می شود ، Moony Viscisity افزایش می یابد.
هر چه درصد آکریلو نیتریل بالاتر رود به دلیل آنکه ACN مقاومت فضایی ایجاد می کند امکان بازگشت زنجیرها به حالت اول کمتر می شود یعنی زمان بیشتری برای بازگشت احتیاج دارد بنابراین،این استدلال می توان خواص زیر را توجیه کرد.
پخت NBR می تواند با گوگرد صورت پذیرد زیرا NBR یک الاستومر غیر اشباع می باشد.معمولاً یک خاصیت در NBR وجود دارد به نام blooming در لغت به معنای شکفته شدن ولی در اصطلاح لاستیک به خارج شدن کوچک مولکول ها از داخل لاستیک و به سطح آمدن آن را می گویند.یعنی مهاجرت مواد واکنش نداده در سیستم پخت لاستیک مانند گوگرد،تسریع کننده و یا فعال کننده به روی سطح لاستیک می باشد که باعث تغییر رنگ لاستیک خواهد شد پس در قطعات رنگی و سفید باید به طریقی از خاصیت Blooming جلوگیری کرد زیرا رنگ لاستیک تغییر خواهد کرد.معمولاً گوگرد مولکولی در پخت NBR استفاده می شود که به دلیل حلالیت کم آن به روی سطح لاستیک مهاجرت می کند (آن قسمت از گوگرد که وارد واکنش نشده است)
همچنین برای پخت NBR علاوه بر سیستم پخت گوگردی از پخت پراکسیدی و پخت با اشعه نیز استفاده می شود.
NBR به دسته های مختلفی تقسیم می شود:
Normal → معمولی → CAN 33-34%
NBR X-NBR → Carboxylated NBR
Crosslink NBR
Modified NBR Chemical
Physical
در NBR Carboxylnted که یک تر پلیمر می باشد مقداری گروه اسیدی مانند اکریلیک اسید روی آن قرار داده می شود که قطبیت NBR را بیشتر کرده و قابلیت پخت آن را با اکسیدهای فلزی ایجاد خواهد کرد.
Silicon Rubber:این لاستیک یک نوع الاستومر کاملاً معدنی است (قبلی ها همه آلی) و عامل تشکیل این نوع الاستومر سیلیسیوم می باشد.
این الاستومر فوق العاده پر مصرف است و از نظر ساختمانی کاملاً با الاستومرهای آلی متفاوت است.از خصوصیات این الاستومر می توان:
1) داشتن Tg بسیار پایین اشاره نمود و Tg آن وابسته به گروه های R2 و R2 است بنابراین Tg سیلیکون رابر بین (-50 تا -200) متغیر است پس تنها الاستومر که در درجه حرارت های بسیار پایین منعطف است.در قطعا هواپیما بیشتر از قطعات سیلیکون رابر استفاده می شود.
2) مقاومت حرارتی بسیار بالا دارد به دلیل آنکه یک الاستومر معدنی است که بسته به گروه های R1 و R2 متغیر است که بین (150-300)
3) خواص الکتریکی بسیار خوب یعنی یک لاستیک کاملاً عایق است و در صد هدایت الکتریکی آن صفر است این الاستومر حتی اگر بسوزد خاکستر آن هم خاصیت هادی ندارد.
4) ساختمانی 100% اشباع دارد بنابراین به هیچ وجه با گوگرد پخت نمی شود.
5) لاستیکی کاملاً خنثی و inert است و تنها الاستومری است که می توان به صورت bio elastomer است بنابراین مصرف پزشکی به صورت مستقیم دارد برای ساخت قطعات مصنوعی بدون protesis از این نوع استفاده می شود.
6) الاستومری است 100% آب زدا است.این الاستومر را اگر وارد آب کنیم و خارج نماییم کاملاً خشک است.زنجیرهای سیلیکون طوری است که زاویه آنها 137.5درجه را تشکیل می دهد این زاویه باعث می شود که زنجیر نسبت به زنجیر C-C حالت کشیده شده ای داشته باشد و این عامل باعث می شود که گروه های R1 و R2 ممانعت کمتری ایجاد کند در نتیجه یک زنجیر کاملاً منعطف است.
سیلیکون رابرها به دلیل رفتار خیلی خاص که از خود ارائه می دهند نمی توان آنها را با دستگاه های معمولی که دیگر الاستومر ها را تزریق می کنند تولید نمود زیرا سیلیکون رابرها در سرعت های برشی (با افزایش سرعت برش) رفتار Dilatanc از خود ارائه می دهند یعنی با افزایش Shear rate ویسکوزیته نیز افزایش پیدا خواهد کرد در حالی که دیگر الاستومرها رفتار سود و پلاستیک از خود ارائه می دهند یعنی با افزایش Shear rate کاهش ویسکوزیته را شاهد هستیم.
Dilatancy → Shear rate↑ → Viscosity↑
Pseudo plastic → Shear rate↑ → Viscosity↓
رفتار Dilatancy در سیلیکون رابرها رفتار مطلوبی برای فرآیند کردن نیست و این به دلیل این است که سیلیکون رابرها به دلیل آرایش فضایی خاصی که دارند تحت فرآیندهای مکانیکی رفتار سود و پلاستیک نداشته و در عوض Dilatant می باشند و به همین دلیل نمی توان آنها را در فرآیند تزریق استفاده کرد.
مخلوط کن ها و دستگاه هایی که برای الاستومرهای معمولی طراحی شده اند به درد سیلیکون رابر نمی خورد به همین دلیل سیلیکون رابرها شباهت ساختمانی با دیگر الاستومرها ندارند پس قابلیت آلیاژ شدن با دیگر الاستومرها را ندارند.
مواد افزودنی سیلیکون رابرها مواد خاصی می باشد برای مثال دوده و دیگر مواد افزودنی به دیگر الاستومرها زده می شود ولی در سیلیکون رابرها استفاده ای ندارد.
R1 R1 R1
Si O Si O Si
CH CH2 R2 CH CH2
برای وولکانیزاسیون سیلیکون رابر به جای بعضی از گروه های R1 و R2 که معمولاً CH3 می باشد گروه وینیل (CH CH2) را قرار می دهند.
اگر به جای گروه گروه آروماتیک حلقه فنولی را قرار دهیم انعطاف پذیری الاستومر بیشتر شده و Tg آن پایین می آید ولی اگر به جای گروه R1 در شاخه گروه های هالوژنه مانند فلئور قرار دهیم مقاومت حرارتی سیلیکون رابر بسیار بالا رفته و میزان آتش گیری آن کاهش پیدا می کند.به سیلیکون رابر با فرمول شیمیایی R1 فلورو سیلیکون رابر (Flaro Silicone Rubber) می گویند. فلورو
O Si
CF2 CF
سیلیکون رابر در قطعات هواپیما و صنعت هوا فضا کاربرد زیادی دارد چون هم مقاومت حرارتی آن بالا می رود و از طرفی آتش گیری آن پایین می رود.
الاستومرهای سیلیکون بر حسب جرم مولکولی و قابلیت وولکانیزاسیون به دو دسته مهم زیر تقسیم می شوند:
SR HTV High Temperature Volcanization
RTV Room Temperature Volcanization
در HTV ویسکوزیته بالا بوده و معمولاً به شکل خمیری می باشند.این نوع قابلیت وولکانیزاسیون را به دلیل گروه های جانبی که قبلاً توضیح داده شد در درجه حرارت های بالا دارا می باشد و همچنین سیستم پخت آن از نوع پراکسیدی می باشد (شکل قالبگیری آن molding است) ولی نوع RTV سیلیکون در درجه حرارت های محیط وولکانیزه می شود و شکل آن به صورت مایع بوده و ویسکوزیته آن بسیار پایین بوده و به روش ریخته گری (Casting) قالبگیری می شود.
بنابراین RTV بیشتر در صنعت چسب سازی یا درزبندی (مثل چسب آکواریم) کاربرد دارد.ولی معمولاً گرید HTV کاربرد بیشتری دارد.
از دیگر الاستومرهای ویژه می توان به پلی یورتان PU اشاره کرد که بالاترین مقاومت سایشی را در بین گروه های لاستیک از خود ارائه می دهد.بنابراین هر وقت سوالی شود که قطعه لاستیکی مورد نیاز است که بسیار در اصطکاک با یک قطعه فلزی یا لاستیکی یا هر شیئی دیگر می باشد بنابراین مقاومت سایشی در اینجا بسیار مهم بوده وما ناگزیر به انتخاب PU می باشیم در حالی که این الاستومر بسیار گران بوده و برای کاربردهای معمولی از آن استفاده نمی کنند.
زیره کفش های ورزشی گران قیمت می تواند از PU انتخاب شود.
وولکانیزاسیون و ترکیب کردن Vulcanization & Compounding:
وولکانیزاسیون یک فرآیند یک طرفه می باشد که طی آن الاستومر ترموپلاستیک Thermo plastic elastomer تبدیل به الاستومر الاستیک می شود.
ترمو پلاستیک یعنی قابلیت شکل دهی چند باره را دارد و بین زنجیرهای آن اتصال وجود ندارد.علت استفاده از اصطلاتح وولکانیزاسیون به دلیل سخت شدن آن بعد از افزودن گوگرد در مجاورت حرارت می باشد.به جای وولکانیزاسیون می توان Curing نیز استفاده کرد.
بعد از اینجا دوولکانیزاسیون برگشت به حالت اولیه غیر ممکن است که فقط می توان به وسیله فرآیند Devulcanize کردن که همراه با شکست پیوندهای شبکه ای خود زنجیر نیز شکسته می شود.
بوسیله عمل وولکانیزاسیون مدول-الاستیسیتی-مقاومت کششی و مقاومت شیمیایی بالا رفته ولی جهندگی-خزش (creep)-(set) نشست و حلالیت کاهش پیدا می کند.
هیچ الاستومری را نمی توان بدون وولکانیزه کردن شکل هندسی خاصی به آن بدهیم.
بسته به نوع سیستم وولکانیزاسیون (دما-زمان-فشار) نوع اتصالات-تعداد و توزیع و طول پیوندها متفاوت می باشد.
مثلاً اگر یک الاستومر را با سه سیستم متفاوت وولکانیزه کنیم سه ماده متفاوت به ما خواهد داد.به اتصالات ایجاد شده crosslink می گویند و همچنین تعداد اتصالات را در واحد حجم آمیزه به کراسلینک دانیته crosslink density معروف می باشد و با CLD نشان می دهند. CLD با Mc نسبت عکس دارد.
Mc متوسط جرم مولکولی قسمت هایی از زنجیر رابر که بین دو اتصال قرار گرفته اند می باشد.
اصطلاح دیگر درجه وولکانیزاسیون می باشد.
پارامترهایی که می توانند درجه وولکانیزاسیون را تغییر دهند دما-زمان و فشار وولکانیزاسیون می باشد که به آن State of cure (SOC) نیز می گویند.
بنابراین اگر زمان وولکانیزاسیون را تغییر دهیم CLD تغییر خواهد کرد در نتیجه درجه وولکانیزاسیون نیز متفاوت خواهد شد بنابراین درجه وولکانیزاسیون بیان گر تعداد اتصالاتی است که در یک دما و زمان معین در الاستومر ایجاد می شود و در نهایت می توان گفت خواص فیزیکی و مکانیکی یک الاستومر وابسته به SOC آن می باشد و SOC می تواند خصوصیات را از قبل برای الاستومر پیش بینی نماید.
هر چقدر دما-زمان و فشار پارامترهایی هستند که باعث می شود خواص مکانیکی الاستومرتغییر کند و SOC تغییر کند بنابراین با تغییر SOC تمام خصوصیات رابر تغییر خواهد کرد.

تغییرات مدول الاستیک با زمان وولکانیزاسیون به صورت بالا می باشد.
نکته ای که باید به آن اشاره نمود این است که یک آمیزه لاستیکی در درجه حرارت های بالا 140-150 درجه رفتار مدول الاستیک آن با زمان به صورت بالا خواهد بود.
برای مثال اگر درجه حرارت 30-40-50 و یا درجه حرارت های محیط باشد چنین منحنی الاستیکی نخواهیم داشت و یا حداقل می توان گفت که زمان های بسیار طولانی ،شاید ماه ها مورد نیاز است که به چنین منحنی برسیم.
Scorch Time زمانی است که آمیزه لاستیکی تمام مواد پخت به آن زده شده است و در آن زمان هیچ گونه اتصالات عرضی ایجاد نمی شود (حتی اگر درجه حرارت را بسیار بالا ببریم) در این زمان هرچند آمیزه لاستیکی تحت شرایط پخت می باشد اما پختی صورت نمی گیرد اما بعد از گذشت زمان Scorch اتصالات عرضی یای شبکه ای شروع به ایجاد شدن می کند و مدول لاستیک افزایش پیدا می کند و به یک مقدار ماکزیمم می رسد. به نقطه ماکزیمم مدول نقطه Optimom Cure می گویند.
در مرحله 2 با گذشت زمان مدول تغییر می کند یعنی در طول این مرحله خواص الاستومر و در نتیجه CLD آن در حال تغییر است.
زمانیکه مدول به 5% مدول ماکزیمم برسد را زمان Scorch گفته و با Ts یا T5 نشان می دهند.
وولکانیزاسیون بهینه زمانی که طوی می کشد تا الاستومر حاوی سیستم پخت در دمای معین به SOC خود برسد را زمان وولکانیزاسیون بهینه می گویند.
اگر برای رسیدن به یک SOC معین دما را تغییر دهیم زمان جدید آن را باید پیدا کنیم که به آن زمان معادل (Equivalent Time) می گویند.
برای پیدا کردن زمان معادل باید Tf یا ضریب درجه حرارت را بدست آوریم.
این Tf برای هر الاستومر فرق می کند. در واقع Tf ضریبی است که سرعت وولکانیزاسیون با آن ضریب افزایش پیدا می کند. برای مثال اگر برای یک الاستومر Tf برابر 2 باشد اگر دما را برای آن الاستومر 10 درجه بالاتر ببریم سرعت پخت آن 2 برابر می شود و زمان رسیدن به SOC آن نصف می شود.
معمولا Tf با دما رابطه خطی دارد اما باید توجه نمود که این رابطه کلی نیست.
اهمیت Tf در هنگام تولید قطعات بزرگ و چند لایه می باشد که شکل هندسی مشخصی ندارند. اگر برای قطعه لاستیکی با ضخامت 40Cm اگر زمان معادل را رعایت نکنیم همه جای قطعه به SOC دلخواه نخواهد رسید زیرا قسمت هایی از لاستیک که با قالب در ارتباط می باشد خیلی سریع به نقطه اپتیمم رسیده در حالی که مرکز لاستیک یا قسمت های درونی لاستیک هنوز به نقطه اپتیمم نرسیده اند که برای رفع آن روش هایی وجود دارد که بعدا گفته خواهد شد.
مرحله Plateaue مرحله ای است که در آن مدول ثابت است در واقع در اینجا پخت کامل شده است و دیگر اتصالات عرضی ایجاد نمی شود.
Plateaue بانگر مقاومت حرارتی الاستومر می باشد.
هر چه مرحله 3 (Plateaue) بلندتر باشد مقاومت حرارتی بهتر خواهد شد.
مرحله 4 مرحله Reversion بوده که مدول کاهش پیدا می کند. این کاهش به معنای تخریب و شکست اتصالات عرضی و تخریب ساختمان الاستومر است.
بهترین حالت برای لاستیک این می باشد که منطقه Plateaue یا مرحله 3 طولانی باشد و مرحله 4 را اصلا نداشته باشیم.
در آمیزه سازی زمان Scorch در واقع یک فاکتور ایمنی می باشد تا بتوانیم آمیزه را به شکل دلخواه در آوریم. اگر Scorch Time کوتاه باشد ممکن است آمیزه در داخل مخلوط کن یا درون اکسترودر وولکانیزه شود و دیگر خاصیت شکل پذیری را نخواهد داشت.
آمیزه قبل از ورود به قالب و یا قبل از ورود به Die در اکسترودر به هیچ عنوان نباید پخت شود. بنابراین در طراحی آمیزه سعی می کنیم که زمان Scorch را منطقی در نضر بگیریم ( نه خیلی زیاد و نه خیلی کم).
در ابتدای مرحله (قبل از Scorch) در منحنی مدول الاستیک لاستیک یک افت داریم علت آن است که حرارت در ابتدا مقداری ویسکوزیته را کاهش می دهد در نتیجه مدول کاهش خواهد یافت.
همچنین شیب منحنی مدول الاستیک لاستیک نسبت به زمان را سرعت پخت می نامند.
برای مثال برای آمیزه های مختلف منحنی های زیر را خواهیم داشت:

NR پدیده Reversion زیادی دارد و اگر در قالب زیاد بماند اتصالات تخریب می شود.
EPDM پدیده Reversion کمی دارد.
شیب منحنی در منحنی اول بیشتر است و Scorch آن کوتاه است ولی در 3 زمان Scorch آن طولانی است و خوب نیست چون مدت زیادی طول می کشد تا انرژی اکتیواسیون به مقدار کافی برسد.
بنابراین برای قطعات تزریقی ما به زمان پخت کوتاه نیاز داریم و همچنین سرعت پخت بالا ولی برای قطعاتی که با روش قالبگیری فشاری است زمان پخت می تواند طولانی و حتی سرعت پخت هم می تواند کم باشد.
همچنان که قبلا گفته شد برای وولکانیزاسیون یک الاستومر به انرژی اکتیواسیون نیاز داریم. انرژی اکتیواسیون را با Ea نشان می دهیم و آن حداقل انرژی است که آمیزه لازم دارد تا وولکانیزاسیون شروع شود و همچنین تعیین کننده سرعت پخت می باشد و یکی از فاکتورهای مهم برای تعین ضریب حرارتی وولکانیزاسیونمی باشد که با K نشان می دهند.
K=Se^((-E)/RT)
K ثابت سرعت وولکانیزاسیون و R ثابت گازها و T دما و S پارامتری ثابت است.
مقدار Ea را با انجام دو عمل وولکانیزاسیون روی یک آمیزه در دماهای T1 و T2 بدست می آورند به صورت زیر:
log⁡k1=(-E)/2.3RT+C log⁡k2=(-E)/2.3RT+C
بنابراین با هر تغییر در سیستم وولکانیزاسیون از نظر نوع و مقدار مواد الاستومر مصرفی یک تغییر در Ea بوجود می آید.
مثلا در تهیه یک تایر یک منبع حرارتی از داخل به تایر وارد می شود و یک منبع حرارتی دیگر از خارج. بسته به اینکه نوع منبع حرارتی تغییر کند مقدار Ea نیز تغییر خواهد کرد. از طرفی می دانیم مدول الاستیک متناسب است با کار انجام شده بر روی لاستیک که به صورت زیر تعریف می شود:
مدول الاستیک ~ W ~ fdγ
مدول الاستیک = dA = fdγ = 1/2 ρRTMc-1(λ1+ λ2+ λ3-3)
دیده می شود که هرچه ρ بیشتر شود یعنی مقدار زنجیر های رابر در واحد حجم آمیزه بیشتر شود باعث می شود که تعداد اتصالات بیشتر شده و CLD بیشتر شود و در نتیجه مدول افزایش می یابد. از طرفی CLD نسبت عکس با Mc دارد. (هرچه CLD بیشتر شود فاصله بین پیوند های عرضی کمتر شده در نتیجه جرم مولکولی بین دو پیوند کمتر می شود.) و هر چقدر Mc بیشتر شود مدول کمتر می شود.
هرچه CLD بیشتر شود دمپینگ یا Heat Build Up کم خواهد شد.
Heat Build Up حرارتی است که در اثر اتلاف انرژی بوجود می آید. (گرما به دلیل لغزش زنجیرها روی هم و اصطکاکی است که ایجاد می شود.)
مقاومت کششی و پارگی و خواص دینامیکی با پیشرفت پخت به Max مقدار خود می رسند ولی اگر زمان پخت ادامه یابد خواص اشاره شده افت خواهند نمود.

برخی از خصوصیات لاستیک با پیشرفت واکنش یا با افزایش CLD به Max مقدار خود می رسند(پخت اپتیمم) که عبارتند از:
1- مقاومت در برابر تغییر شکل پلاستیکی Set Resistance
2- جهندگی یا الاستیسیتی Resiliance
3- مقاومت در برابر حرارت Heat Resistence
4- مدول الاستیک
5- سختی Hardness
ولی حرارت زایی (Heat Build Up) به کمترین مقدار خود می رسدو Damping کاهش پیدا می کند.
بعضی از خواص در مرحله تحت پخت (Under Cure) خواص خوبی از خود ارائه نمی دهند. اما بعضی از خصوصیات لاستیک مانند مقاومت پارگی ، سایش و خستگی (Fatique) در مرحله Under Cure به مفادیر ماکزیمم خود خواهند رسید.
اگر خواص قطعه بالای SOC خود قرار بگیرد به آن Over Cure می گویند ولی اگر به SOC مورد نظر در قطعه لاستیکی برسیم می گویند در مرحله Optimum Cure می باشیم.
از طرفی نوع اتصالات و طول اتصالات روی خواص فیزیکی و مکانیکی لاستیک اثر گذار می باشد.
زمان دیگری که برای ارزیابی یک قطعه لاستیکی به کار می رود که به آن پخت تکنیکالی (Technical Cure) می گویند. پخت تکنیکالی یعنی بجز مدول یک خاصیت دیگر را معیاری برای پخت بهینه در نظر بگیریم که به آن پخت تکنیکالی می گویند.
در Optimum Cure عمدتا مدول معیاری برای زمان پخت بهینه می باشد ولی در Technical Cure یک خاصیت تکنیکالی معیاری برای زمان پخت بهینه می باشد.
نوع اتصالات عرضی تاثیر بسیار زیادی بر روی خواص قطعه نهایی خواهد داشت.
نوع اتصالات عرضی را سیستم وولکانیزاسیون مشخص می کند و سیستم وولکانیزاسیون شامل:
1- ماده شبکه ای کننده
2- ماده فعال کننده
3- ماده تسریع کننده
4- ماده بازدارنده می باشد.
بر حسب تغییر هر کدام از موارد بالا در زمانی ثابت درجه و نوع اتصالات تغییر خواهد کرد.
اگر در سیستم وولکانیزاسیون گوگرد به کار برده شود نوع اتصالات به حالت های زیر خواهد بود.
اگر یک گوگرد بین دو زنجیر قرار گرفته باشد به آن مونوسولفایدی می گویند C-S–C
اگر دو گوگرد بین دو زنجیر قرار گرفته باشد به آن دی سولفایدی می گویند C-SS-C
اگر سه گوگرد بین دو زنجیر قرار گرفته باشد به آن تری سولفایدی می گویند C-SSS-C
اگر تعداد زیادی گوگرد بین دو زنجیر قرار گرفته باشد به آن پلی سولفایدی می گویند C-Sx-C
ولی معمولا در پخت لاستیک ما ترکیبی از این حالت ها را خواهیم داشت و بسته به اینکه مقدار تسریع کننده و عامل پخت چه مقدار می باشند می توان درصد هر یک از این حالت ها را کم یا زیاد نمود به همین دلیل سیستم های وولکانهیزاسیون گوگردی به سه دسته مهم زیر تقسیم می شوند:
Conventional قراردادی 70% پلی سولفایدی
سیستم های پخت گوگردی Semi Efficient نیمه مفیدی 50% پلی سولفاید , 50%مونو سولفاید
Efficient مفیدی 70% مونو سولفایدی
اختلاف این سه گروه در نسبت اتصالات مونوسولفایدی به پلی سولفایدی است.
به اتصالات از نوع مونو سولفایدی اتصالات از نوع کوتاه هم می گویند و به پلی سولفایدی اتصالات بلند نیز می گویند.
هر چه اتصالات کوتاه یا مونو سولفایدی بیشتر باشد:مدول-جهندگی-مقاومت حرارتی-مقدار نیرو در پارگی (Tensile Stress) افزایش پیدا نموده ولی Creep-Set-مقاومت کششی (tensile strength)-مقاومت سایشی-مقاومت پارگی.

سطح زیر منحنی مقاومت کششی است که هر چه بیشتر باشد مقاومت ماده در برابر کشش بیشتر است ولی نیروی پارگی کمتر است.
Tensile strenght با tensile stress متفاوت می باشد زیرا tcnsile strenght سطح زیر منحنی نیرو بر حسب کشش است ولی tensile stress نیروی کشش می باشد و خود نیرو در منحنی نیرو بر حسب کشش می باشد نه سطح زیر منحنی.
در منحنی 2 نیروی لازم برای رسیدن به پارگی بیشتر می باشد اما سطح زیر منحنی آن که انرژی لازم می باشد کمتر است.
هرچه باندهای مونو سولفایدی بیشتر شود نیروی کششی بیشتر می شود ولی مقاومت کششی کمتر می شود.
در هر صورت اثر طول اتصالات بین زنجیر روی انرژی پارگی (کششی) و نیروی پارگی (کششی) عکس هم می باشد هر چه اتصالات کوتاه تر باشد نیرو در پارگی بیشتر می شود زیرا اتصالات کوتاه یعنی اتصالات مقاوم تر.
هر چه اتلاف نیرو در شبکه بیشتر باشد ما دیرتر به نقطه پارگی می رسیم زیرا برای پارگی باید به یک حداقل انرژی رسید هرچه اتلاف انرژی بیشتر باشد سطوح قطعه دیرتر به حداقل انرژی می رسد ولی در اتصالات پلی سولفایدی یا اتصالات بلند زنجیرها منعطف تر بوده و باعث اتلاف انرژی در حین کشش می شوند در نتیجه مقاومت کششی و یا به عبارتی انرژی مصرف شده تا نقطه پارگی را افزایش خواهد داد اما اتصالات کوتاه انعطاف پذیری را کمتر کرده و انرژی تا پارگی را کم خواهد نمود.
در اتصالات کوتاه انعطاف کمتر است در نتیجه تمرکز تنش ایجاد خواهد شد stress concentration در نتیجه پارگی در نقاط ضعیف ایجاد می شود و در اثر رشد (crack) های ایجاد شده در زنجیر پارگی ظاهر خواهد شد.برای ایجاد crack حداقل انرژی لازم می باشد.اگر قطعه لاستیکی اتلاف انرژی مکانیکی داشته باشد crack های ایجاد شده سخت تر پیشرفت خواهند کرد و پارگی بیشتر صورت می گیرد بنابراین وجود اتصالات پلی سولفایدی برای اتلاف انرژی لازم می باشد.
نکته آخری که باید به آن توجه نمود این است که زمان پخت (optimum cure) و دمای لازم برای پخت 130-200 درجه و فشار لازم برای پخت 100-150 در ایجاد و درصد اتصالات بلند و کوتاه بسیار موثر می باشند.
اثر سیستم پراکسیدی وقتی که به جای گوگرد لاستیک را با پراکسید پخت کنیم:
در این نوع سیستم پخت اتصالاتی که بین زنجیرها ایجاد می شود فقط از نوع کربن-کربن می باشد و یعنی اتصالات همه بیشتر به یکدیگر می باشند.
ماهیت اتصالات c-c و اثرات آن روی خواص لاستیک با اثرات اتصالات گوگردی کاملاً متفاوت می باشد.
اتصالات کربن-کربن اتصالاتی کوتاه و غیر منعطف (stif) می باشد.این نوع اتصالات یک سری خصوصیات مثبت و یک سری خصوصیات منفی به قطعه لاستیکی خواهد داد.
اختلاف اتصالات کربن-کربن و گوگردی:
1- الاستومری که با پراکسید پخت شود مدول بیشتری نسبت به وقتی دارد که با گوگرد پخت شده است (در LCD مساوی)
2- الاستیسیته بالاتر (اتصالات کوتاه که غیر منعطف می باشند اتلاف انرژی کمتر می باشد)
3- مقاومت در برابر Set بیشتر.
4- مقاومت حرارتی بیشتر
5- مقاومت شیمیایی بیشتر
6- مقاومت پارگی کمتر (اتلاف انرژی کمتر است)
7- مقاومت سایشی کمتر.
8- میزان creep کمتر
9- مقاومت کششی کمتر (انرژی تا پارگی کمتر)
برای اینکه بتوانیم سینتیک وولکانیزاسیون را با پیشرفت واکنش و یا سنجش وولکانیزاسیون را انجام دهیم دو روش وجود دارد:1.chemical 2.phisical
در روشهای شیمیایی سرعت مصرف ماده وولکانیزه کننده را بررسی می کنیم ولی در روشهای فیزیکی می توان خواص ماده وولکانیزه کننده را با زمان بررسی کرد.در تغییرات شیمیایی معمولاً ارتباط مستقیم با غلظت گوگرد مصرف شده را با زمان به دست می آورند.ولی در خواص فیزیکی معمولاً یک خاصیت مانند تغییرات سختی و یا مدول را با زمان به دست می آورند.
بنابراین اگر بتوانیم تغییرات یکی از خصوصیات های لاستیک را با زمان رسم نماییم می توانیم سینتیک وولکانیزاسیون را بررسی نماییم.دستگاه هایی که برای مطالعه سینتیک وولکانیزاسیون استفاده می شوند که شامل روشهای فیزیکی می شوند به شرح زیر می باشند.
1. Mooneg viscometer
2. Valkameter
3. CEPAR
4. Curometer
5. Viscurometer
امروزه دستگاه های 1 و 5 بیشترین استفاده را دارند زیرا این دو دستگاه نه تنها می توانند سنیتیک وولکانیزاسیون را بررسی کنند بلکه می توانند رئولوژی آمیز،را قبل از پخت نیز بررسی نمایند.این دستگاه ها برای محاسبه ویسکوزیته الاستومر خام و آمیزه نیز به کار برده می شوند.
معمولاً سرعت وولکانیزاسیون را از رابط زیر به دست می آودند:
معمولا درجه واکنش برابر 1 یا 2 می باشد. dx/dt=K(a-Xt)n
dx/((a-Xt)n)=Kdt
N=1⇒ ln⁡〖(a-X)〗=-Kt+ln⁡a ⇒ln⁡〖(a-x)/a〗=-Kt
معمولاً در سنتیک وولکانیزاسیون بررسی غلظت ماده وولکانیزه کننده (گوگرد) بسیار سخت می باشد بنابراین غلظت ماده وولکانیزه کننده را به مدول نسبت می دهند زیرا مدول M0 مدول مینیمم و M∞ یعنی مدول max و Mt یعنی مدول در هر لحظه بسیار راحت قابل اندازه گیری می باشند و به راحتی می توان از منحنی مدول برحسب زمان آن را به دست آورد.
بنابراین برای بررسی سینتیک وولکانیزاسیون به جای تغییرات غلظت گوگرد با زمان از روابط بالا استفاده خواهیم کرد.
1- Mooney viscometer:
این دستگاه برای اندازه گیری ویسکوزیته الاستومر خام و همچنین آمیزه های حاوی سیستم پخت به کار برده می شود.
Mooney viscometer دارای یک rotor می باشد که با سرعت ثابت در حال چرخش می باشد.دستگاه آمیزه لاستیکی را تحت فشار قرار داده و روتور دستگاه با سرعت ثابتی می چرخد برای ثابت نگه داشتن سرعت روتور دستگاه گشتاور بیشتری را اعمال می کند بر روی آمیزه لاستیکی در حال پخت در نتیجه گشتاور اعمال شده با ویسکوزیته آمیزه لاستیکی می باشد.همچنین روتور دستگاه یک تنشی را به آمیزه لاستیکی وارد می کند.با تغییر دور روتور می توان این تنش را کم و یا زیاد نمود در نتیجه می توان منحنی تنش نسبت به سرعت برش را برای هر آمیزه لاستیکی به صورت زیر به دست بیاوریم.

در نتیجه می توان رفتار رئولوژیکی آمیزه لاستیکی را مورد بررسی قرار داد.
مقدارshear rate که روتور دستگاه وارد می کند معادل با سرعت های برشی است که عملاً در فرآیند های صنعتی به آمیزه لاستیکی وارد می شود.از طرفی ویسکوزیته آمیزه با سرعت برش رابطه ای مستقیم دارد.بنابراین با داشتن 𝛾 می توان رفتار صحیح آن را مورد بررسی قرار داد.
اگر ویسکوزیته سیال با 𝛾 رابطه ای نداشته باشد نتیجه می گیریم که آمیزه لاستیکی یک رفتار نیوتنی از خود ارائه می دهد و اگر رابطه ای با یکدیگر داشته باشند رفتار آمیزه لاستیکی غیر نیوتنی است.
با داشتن 𝜏 و 𝛾 می توان n که شاخص جریان (flow index) در آمیزه های لاستیکی است را به دست آورد.اگر n کمتر از1 باشد رفتار سیال سود و پلاستیک می باشد و اگر n=1 باشد نیوتنی است و اگر n بزرگتر از 1 باشد رفتار سیال دایلاتنت می باشد.
اگر رفتار آمیزه لاستیکی دایلاتنت باشد آمیزه لاستیکی را نمی توان قالبگیری تزریقی نمود.
اصولاً رفتار آمیزه لاستیکی رفتار سود و پلاست بوده بنابراین در سرعت برش بالا ویسکوزیته آمیزه کم شده و آماده قالبگیری تزریقی می شود.
در آمیزه های لاستیکی ویسکوزیته تنها تابع 𝛾 نیست بلکه تابعی از زمان هم می باشد (با افزایش زمان ویسکوزیته کاهش پیدا می کند) به چنین رفتاری تیکسوتروپیک نیز می گویند.
رفتار تیکسوتروپ در آمیزه های لاستیکی حاوی فیلر و دود حتمی است.علت داشتی رفتار تیکسوتروپ بدین دلیل است که خوشه های دوده (agglomerate) با گذشت زمان کم کم باز شده و در نتیجه ویسکوزیته کاهش پیدا می کند.
به این معنا که بعد از گذشت زمان ذرات دوده شکسته شده و در نتیجه تنش کمتری احتیاج خواهد داشت و ویسکوزیته کاهش پیدا می کند.بدست آوردن زمان های پخت سنیتیک وولکانیزاسیون به وسیله دستگاه mooney به صورت شکل زیر می باشد:

برای به دست آوردن زمان scorch از دستگاه مونی باید 5 واحد مونی به مینیمم آن اضافه شود تا بتوان زمان scorch را بدست آورد ولی برای زمان پخت (optimum cure) زمانی که طول می کشد آمیزه به اندازه 35 واحد مونی در اثر وولکانیزاسیون افزایش ویسکوزیته داشته باشد را زمان پخت اپتیمم می گویند.
در دستگاه مونی معمولاً درجه حرارت برابر 100 درجه است.
T35 بیان کننده سرعت وولکانیزاسیون می باشد.هر چه سرعت وولکانیزاسیون سریعتر باشد کمتر خواهد شد.
معمولاً در ویسکومتر مونی دو نوع روتور داریم.یک روتور با قطر کوچک که می تواند shear rate کمتری وارد کند و یک روتور با قطر بزرگ که می تواند shear rate بیشتری وارد کند.
اگر از روتور کوچک استفاده کنیم آن را با ML نشان داده و روتور بزرگ را با MH
مقدار مونی را معمولاً به صورت زیر نشان می دهند:
ML(1+4وT)
1به این معنی است که یک دقیقه الاستومر را گرم می کنیم و بعد دستگاه شروع به حرکت می کند و 4 به این معنی است که بعد از 4 دقیقه روتور دستگاه که می چرخد متوقف شده و ویسکوزیته خوانده می شود و T بیانگر درجه حرارت استفاده شده می باشد.

Vulkameter:
دستگاهی است که دارای یک پدال می باشد که با سرعت معینی حرکت ارتعاشی انجام خواهد داد به صورت زیر :

در این روش یک لایه از آمیزه را بالای پدال و یک لایه را زیر آن قرار می دهیم به طوری که پدال در وسط آمیزه قرار گرفته باشد.این دستگاه نیروی لازم را برای ثابت نگه داشتن سرعت پدال را با زمان به صورت زیر ارائه خواهد داد.

اطلاعاتی که این دستگاه به ما می دهد ناقص می باشد زیرا آمیزه در این روش تحت فشار نمی باشد.آمیزه های لاستیکی که تحت فشار نباشد به صورت اسفنجی یا متخلخل می شوند و این باعث می شود که درجه اتصالات یا درجه وولکانیزاسیون متناسب با مدول نباشد بنابراین مدول واقعی نیست و نیروی محاسبه شده متناسب با درجه وولکانیزاسیون نمی باشد این دستگاه امروزه کاربردی ندارد.

Carometer:
شبیه وولکامتر می باشد با این تفاوت که عمل وولکانیزاسیون در دامنه نوسانات ثابت قرار ندارد یعنی با پیشرفت وولکانیزاسیون دامنه ارتعاشات کاهش می یابد.وقتی وولکانیزاسیون شروع می شود دامنه نوسانات پایین آمده و در تمام وولکانیزاسیون دامنه نوسانات ثابت می ماند اگر تخریب در لاستیک ایجاد شود دامنه نوسانات دوباره زیاد می شود.ضعف این دستگاه مانند وولکامتر آمیزه تحت فشار نیست و منحنی دامنه نوسانات با زمان به صورت منحنی زیر می باشد.

CEPAR:
در دستگاه CEPAR آمیزه را داخل یک سیلندر به صورت فشرده وارد می کنند دمای آمیزه مقدار ثابتی است.روی آمیزه یک پین قرار می گیرد که با نیروی ثابتی درون آمیزه وارد می شود میزان فرو رفتن پین در آمیزه لاستیکی متناسب است با مدول الاستیک.
هر چه وولکانیزاسیون بیشتر شود میزان نفوذ پین کم می شود.این دستگاه در واقع سختی (Hardness) آمیزه لاستیکی را اندازه می گیرد.
Viscurometer:

این دستگاه پر مصرف ترین بوده.در این دستگاه آمیزه در محفظه مخصوص قرار گرفته در نتیجه روتور دستگاه حرکت چرخشی کامل ندارد بلکه حرکت رفت و برگشتی بوده و زاویه آن یک یا 2 یا 3 درجه می باشد.هر چه زاویه چرخش بیشتر باشد برش (shear) بیشتری به ماده وارد می شود.دستگاه برای آنکه مقدار گشتاور (Torque) ثابتی به ماده وارد کند نیروی بیشتری به آن وارد خواهد کرد و در نتیجه گشتاور با مدول آمیزه لاستیکی معادل خواهد شد.در این روش آمیزه لاستیکی تحت فشار بوده در نتیجه ماده متخلخل یا اسفنجی نداریم.
در این روش زمان scorch برابر است با 5% گشتاور max به اضافه min گشتاور و زمان optimum برابر است با 90% یا 95% گشتاور Max که با T5 و T90 یا T95 نشان می دهند.
مهمترین عوامل پخت کننده یا وولکانیزه کننده:
1- سولفور Sulfur
2- گوگرد دهنده Sulfur Doner
3- رزین های پخت رزین فنولی( Curing Resines
4- اکسیدهای فلزی (Pbo-MgO-ZnO) Metal Oxides
5- Amines
6- High Energy Radiation (γ-Ray-UV-Laser)
7- Peroxides
سولفورها و پراکسیدها پر مصرف ترین می باشند. همچنین از فعال کننده ها که مواد پخت را فعال می کنند استفاده می شود که شامل ZnO(اکسید روی) و اسید استئاریک به عنوان فعال کننده سیستم پخت گوگردی می توان نام برد. همچنین شتاب دهنده ها باعث شتاب در مرحله وولکانیزاسیون خواهند شد. از مواد باز دارنده نیز برای پخت استفاده می شود که عکس شتاب دهنده عمل می کند. شتاب دهنده ها باعث می شوند که زمان Scorch کوتاه شود ولی باز دارنده ها زمان Scorch را طولانی می کنند. می توان در آمیزه های لاستیکی از شتاب دهنده ها و باز دارنده ها(Retarder) به صورت همزمان استفاده کرد.
اگر از رزین های پخت استفاده کنیم اتصالات بین زنجیرها اتصالات از نوع آروماتیک می باشد که از نظر استحکام و مقاومت حرارتی از اتصالات گوگردی بالاتر می باشد.

برای پخت تایرهای سواری که از کیسه های هوای لاستیکی استفاده می کنند که باید مقاومت حرارتی بسیار بالایی داشته باشند. بنابراین در پخت کیسه های هوا برای ساخت تایر حتما باید از عامل پخت رزینی استفاده نمود که نیاز به مقاومت حرارتی بسیار بالا می باشد.
اگر از عامل پخت اکسید فلزی برای زنجیرهای لاستیک استفاده کنیم باندهای کربن-اکسیژن ایجاد می شود.
ولی اگر از اشعه های با انرژی بالا برای اتصالات زنجیرهای الاستومری استفاده کنیم نوع اتصالات کربن-کربن می باشد.
وقتی که از عامل پراکسیدی برای اتصالات زنجیرهای لاستیک استفاده می شود اتصالات از نوع C-C می باشد(مانند روش اشعه های پر انرژی) ولی سیتم پخت پراکسیدی هزینه کمتری از تشعشع دارد و همچنین درجه وولکانیزاسیون قابل کنترل می باشد.
در استفاده از روش های پر انرژی کنترلی روی درجه وولکانیزاسیون نیست.
از این روش فقط برای مصارف پزشکی استفاده می شود زیرا در روش اشعه ماده ای به الاستومر اضافه نمی شود در نتیجه آلودگی نخواهیم داشت و همچنین استفاده از اشعه های پر انرژی باعث اسریلیزه کردن الاستومر نیز می شود.
سیستم پخت گوگردی:
گوگرد می تواند به شکل های مختلفی وجود داشته باشد.
Sulfur Flower معمولی
Insoluble غیر معمولی
در سیستم پخت گوگردی حتما به شتاب دهنده و فعال کتتده نیاز خواهیم داشت.
گوگرد نا محلول Insoluble Sulfur: گوگردی است با ساختمان پلیمری —SSS— که به گوگرد نامحلول معروف است که دارای جرم مولکولی بسیار بالا بوده که با اضافه کردن این گوگرد با الاستومر مشکل Blooming (شکفته شدن ، آمدن گوگرد به سطح قطعه لاستیکی) حل خواهد شد ولی قیمت این گوگرد بالاتر از گوگرد معمولی است.
Sulfur Doner: به معنای گوگرد دهنده می باشد. موادی هستند که در اثر ترکیب با الاستومر گوگرد از خود آزاد می کنند و دیگر نیازی نیست به الاستومر گوگرد معمولی یا گوگرد نامحلول اضافه کنیم. یکی از موا Sulfur Doner (TMTD) می باشد. Tetra Methyl Thiuram Disulfide
در دمای حدود 135-140 درجه گوگرد را از خود آزاد می کنند. حدودا 2%-3% از این ماده را در ترکیب لاستیکی اضافه می کنند.
اگر از Sulfur Doner استفاده کنیم باندهای مونو سولفایدی ایجاد می شود.
اگر نسبت شتاب دهنده (A) به گوگرد بزرگتر از 1 باشد یعنی مقدار شتاب دهنده از گوگرد بیشتر باشد سیستم به سمت مفیدی (Efficient) می رود و بیشتر اتصالات مونو سولفایدی (کوتاه) است.
اگر نسبت شتاب دهنده (A) به گوگرد کمتر از 1 باشد یعنی مقدار شتاب دهنده از گوگرد کمتر باشد سیستم به سمت قرار دادی (Conventional) می رود و بیشتر اتصالات پلی سولفایدی (بلند) است.
اگر نسبت شتاب دهنده (A) به گوگرد برابر 1 باشد سیستم به سمت نیمه مفیدی می رود.
با افزایش دما می تونیم سیستم Conventional را تبدیل کنیم به سیستم Efficient حتی اگر نسبت شتاب دهنده به گوگرد کمتر از 1 باشد.
Post Cure: یعنی بعد از خروج قطعه از قالب باید دوباره در محفظه داغی به نام Oven قرار دهیم مثلا در درجه حرارت 100 درجه به مدت 24 ساعت.
عملیات Post Cure تحت فشار نیست.
بوسیله عملیات Post Cure اتصالات عرضی کامل می شود.
شتاب دهنده ها (Accelerators):
شتاب دهنده ها به چهار دسته بزرگ تقسیم می شوند:
1- آرام (Slow)
2- سریع (Fast)
3- خیلی سریع (Very Fast)
4- خیلی خیلی سریع (Ultra fast)
از نظر مکانیزم موادی هستند که باعث کاهش زمان Scorch و افزایش سرعت پخت می شوند.تسریع کننده ها هم زمان Scorch را کوتاه کرده و هم سرعت پخت را افزایش می دهند. اگر موادی فقط زمان Scorch را کوتاه کنند این مواد شتاب دهنده نمی باشند.
شتاب دهنده ها:
1- Guanidine → Slow جز دسته آزام → ثانویه
2- Thiazole → Fast → اولیه
3- Thiuram → Very Fast → اولیه
4- Thiu Carbamide → Ultra Fast → اولیه
دسته بندی دیگری نیز برای شتاب دهنده ها بر حسب سرعت و قدرت شتاب دهندگی وجود دارد به نام اولیه (Primery) و ثانویه (Secondary)
اولیه یعنی شتاب دهنده هایی که به تنهایی قادرند شتاب لازم را به سیستم بدهند. ثانویه شتاب دهنده های هستند که به تنهایی نمی توانند شتاب به سیستم پخت بدهند و باید به همراه آنها شتاب دهنده های اولیه هم استفاده نمود.
Diphenyl Guanidine (DPG)
ها به انواع دیگری تقسیم می شوندGuanidine Three Phenyl Guanidine (TPG)
Orto Phenyl Guanidine (OPG)
قدرت OTG بالاتر است از TPG و DPG
DPG مدول بالایی به شبکه وولکانیزاسیون نمی دهد و ضعیف می باشد ولی TPG نسبت به DPG قوی تر می باشد و در دمای 135-145 درجه فعال می گردد ولی OTG نسبت به دو گروه قبل قوی تر بوده و مدول الاستیک را بالاتر خواهد برد.
از هر کدام از این سه شتاب دهنده اگر استفاده کنیم در نهایت سیستم پلی سولفایدی بدست خواهیم آورد.
شتاب دهنده های Thiazole به دو دسته بزرگ تقسیم می شوند:
1- Mercaplo
2- Sulfenamide
MBT (Mercapto Benzo Thiazole)
Mercaplo MBTS (Mercapto Benzo Thiazole Disulfide)
ZMBT (Zine Mercapto Benzo Thiazole)
اگر غلظت های مساوی از مواد بالا را داشه باشیم از نظر طول زمان Scorch به صورت زیر خواهند شد:
ZMBT>MBTS>MBT
یعنی سیستم حاوی MBT کمترین زمان Scorch را خواهد داشت.
از نظر نقش تسریع کننده ها شتاب دهنده ها نیز به دو دسته تقسیم می شوند. به این معنی که تسریع کننده ها نقش خود را در مدت های طولانی بعد از اعمال حرارت عمل می کنند و شروع پخت را به تاخیر می اندازند. این شتاب دهنده ها زمان Scorch را طولانی می کنند ولی در عوض پس از شروع به پخت شتاب بالایی به وولکانیزاسیون می دهند یعنی زمان رسیدن به مدول بهینه کوتاه خواهد شد. به همین دلیل این شتاب دهنده ها دارای اهمیت صنعتی می باشند برای مثال در این دسته از شتاب دهنده ها گروه Sulfenamide به Delayed Action تاخیر در زمان Scorch معروف می باشند که در منحنی زیر قابل مشاهده می باشد:

خصوصیت جالب تسریع کننده های Thiazole این است که یک مرحله Plateaue بسیار طولانی به محصول می دهد و احتمال سوختن یا تخریب در این نوع شتاب دهنده ها نیست اما ایراد آنها زمان Scorch کوتاه می باشد. به این نوع شتاب دهنده ها March Vulcanization نیز می گویند و هر گاه گفته شد March Modulus یعنی اینکه به مدول گفته می شود که در هر لحظه از پخت در ماده اندازه گیری شود. معمولا ر صنعت مخلوطی از Thiazole ها و Sulfenamide ها را استفاده می کنند.
در MBT آمیزه معمولا Scorchy می شود. Scorchy یعنی Scorch آن کم است و خطرناک است. ممکن است سریع پخت صورت بگیرد ولی در MBTS زمان Scorch بیشتری نسبت به MBT دارد و ZMBT مابین دو گروه فوق می باشد.
در صنعت آلیاژ MBT و MBTS استفاده می شود.
در ZMBT اتصالات بیشتر از نوع پلی سولفایدی است.
CBS→N-Cyclo Hexyl Benzo Thiazole Sulfenamide
Sulfenamide TBBS→N-T-Butyl Benzo Thiazole Sulfenamide
MOR→2-Morpholin Thia Benzo Thiazole Sulfenamide
که از نظر مدول به صورت زیر می باشند:

Thiuaram TMTD Tetra Methyl Thiuram Mono Sulfide
TMTD Tetra Methyl Thiuram Mono Disulfide
TMTM معمولا سیستم را به تشکیل اتصالات مونو، دی و تری سولفاید هدایت می کند و TMTD تنها ماده ای است که هم شتاب دهنده می باشد و هم گوگرد دهنده. وقتی از TMTD استفاده می کنیم دیگر احتیاجی به گوگرد معمولی نداریم.
توجه شود که این دسته از شتاب دهنده ها باعث می شوند که زمان Scorch به شدت پایین بیاید.
دسته شتاب دهنده های Thiuram و Thiucarbamide باعث می شوند که اتصالات از نوع کوتاه بوده و زمان Scorch بسیار کوتاه می باشد و سرعت پخت بسیار بسیار بالا خواهد رفت. معمولا به تنهایی استفاده نمی شوند و با مصرف بسیار کم از این شتاب دهنده ها می توان کارآیی سیستم را بالا برد.
معمولا از این شتاب دهنده ها برای الاستومر هایی که بسیار کند پخت می شوند استفاده می شود و به صورت تنها استفاده نمی شوند.
مکانیزم وولکانیزاسیون در سیستم پخت گوگردی:
می دانیم الاستومرهایی که پیوند غیر اشباع ندارند(پیوند دوگانه) نمی توانند در این سیستم وولکانیزه شوند. در ضمن پیوند دوگانه باید فعال باشد برای مثال در CR که پیوند دوگانه فعال نیست این سیستم قابل پخت با گوگرد نمی باشد. ثابت شده است که گوگرد مستقیما روی پیوند دوگانه اثری ندارد بلکه روی کربن آلیلیک اثر می گذارد. (کربن آلیلیک کربنی است که همسایه پیوند دوگانه است). هیدروژن آلیلیک به راحتی توسط گروه های فعال گرفته می شود.
اگر قرار بود اتصالات شیمیایی روی پیوند دوگانه تشکی شود الاستومر وولکانیزه شده باید حساسیتی به اوزون نشان نمی داد اما در عمل اینطور نیست.
در CR پیوند دوگانه فعال نیست زیرا گروه کلر الکترون های پیوند دوگانه را به سمت خود می کشد و دانسته بار الکترونی روی پیوند دوگانه کم می شود در نتیجه پیوند ضعیف شده و آلیلیک هیدروژن نمی تواند یونیزه شود.
گوگرد در طبیعت به صورت S8 می باشد که ممکن است در اثر حرارت رادیکال شود و یا یونی شود و یا شتاب دهنده نزدیک آن قرار گیرد و دو قطبی شود.
زمان Scorch برمی گردد به زمان باز شدن حلقه های گوگردی ولی گوگرد بدون شتاب دهنده و فعال کننده بسیار دیر باز می شود. ثابت شده است که تسریع کننده ها یا شتاب دهنده ها در حضور ZnO سریع تبدیل به نمک روی می شوند. این واکنش در زمان Scorch اتفاق می افتد. سپس گوگرد نزدیک آن قرار می گیرد. به این ترتیب مولکول گوگرد وارد این سیستم کمپلکس می شود.
عامل گوگردی کننده در زمان Scorch تشکیل می شود و تا وقتی عامل گوگردی ایجاد نشده است وولکانیزاسیون شروع نمی شود. بنابراین زمان Scorch به سرعت تشکیل عامل گوگردی وابسته می باشد و عامل گوگردی وابسته به ساختمان شتاب دهنده می باشد.
همچنین ثابت شده است که اسید استئاریک باعث می شود که قدرت(سرعت) عامل گوگردی در تشکیل شدن بالا برود. بنابراین در پخت لاستیک ها از ZnO و اسید استئاریک استفاده می شود تا سرعت تشکیل عامل گوگردی بالا برود. به محض اینکه عامل گوگردی ایجاد شد وولکانیزاسیون شروع می شود و زمان Scorch پایان می یابد پس Scorch Time زمان تشکیل عامل گوگردی می باشد و حالا این عامل گوگردی می تواند به صورت رادیکالی و یا یونی در اثر حرارت شکسته شود.
واکنش وولکانیزاسیون لاستیک یک مکانیزم بسیار پیچیده می باشد و حرارت عامل مهمی است که روی سرعت وولکانیزاسیون و زمان Scorch اثر می گذارد زیرا باعث شکستن پیوند CH می شود و شکست آن به حداقل انرژی نیاز دارد. به همین دلیل بالا بردن حرارت باعث کم شدن زمان Scorch می شود. همچنین فشار عامل دیگری است که زمان و وولکانیزلسیون را کاهش می دهد.
زیرا در اثر فشار غلظت ماده وولکانیزه کننده در واحد حجم بیشتر شده در نتیجه تماس مواد نیز با یکدیگر بیشتر شده و زمان وولکانیزاسیون کاهش پیدا خواهد کرد. اگر بخواهیم زمان وولکانیزاسیون و زمان Scorch را کم نماییم از موادی به نام Retarders و Inhibitors استفاده می کنیم که برای طولانی کردن Scorch مفید می باشند.
مواد Retarder ترکیبات اسیدی می باشند مانند اسید بنزوئیک که در محیط های اسیدی سرعت پخت به شدت کاهش پیدا می کند.
سیستم پخت پراکسید: 1- اشباع 2- غیر اشباع
یعنی الاستومر های از نوع اشباع و غیر اشباع را می توان توسط پراکسید پخت نمود. در این سیستم ها عامل وولکانیزه کننده پراکسید می باشد. الاستومرهای اشباع شبیه سیلیکون رابر و EPR را می توان با پراکسید پخت نمود.
الاستومر های غیر اشباع را نیز می توان با پراکسید پخت نمود.
در سیستم پراکسیدی می توان فعال کننده به کار برد و هم می توان استفاده ای از فعال کننده نکرد.
در سیستم پخت پراکسیدی مفاومت مکانیکی پایین می باشد اما در سیستم پخت پراکسیدی مقاومت در برابر نشست (Set) بسیار بالا بوده،مدول و مقاومت شیمیایی نیز بالا می باشد.
سیستم پخت رزینی: در این سیستم عامل وولکانیزه کننده رزین های فنولیک می باشند.
اهمیت سیستم های پخت رزینی در این می باشد که بین زنجیر های الاستومر یک پیوند بسیار قوی می باشد بنابراین اگر از سیستم پخت رزینی استفاده کنیم مدول الاستومر بسیار بالا بوده و همچنین مقاومت حرارتی الاستومر بسیار بالا خواهد بود.
یکی از موارد استفاده از سیستم های پخت رزینی در ساخت سیستم های پخت یا Curing Bag می باشد که در ساخت تایر از آن استفاده می شود. Curing Bag ها به مقاومت حرارتی بسیار بالا نیاز دارند زیرا برای ساخت تایر باید بخار داغ وارد این کیسه های پخت شود.
سیستم های پخت اکسیدهای فلزی:
در این سیستم ها از مخلوط چند اکسید فلزی برای وولکانیزه کردن استفاده می کنند بعضی از الاستومر ها مانند CR و کلرو بیوتیل ها فقط می توان از طریق اکسیدهای فلزی پخت نمود.
در چنین مکانیزمی دیده می شود که ZnCl2 در اثر وولکانیزاسیون ایجاد می شود باید سعی شود که ZnCl2 را از سیستم خارج نماییم زیرا باعث تخریب و همچنین سیستم را اسکورچی می کند.
به طور کلی می توان گفت که هر الاستومری که دارای گروه CH2Cl می باشد را می توان با اکسیدهای فلزی مثل MgO و ZnO پخت نمود.
ترکیب کردن (Compounding):
Compounding یک هنر می باشد و به آن علم هنر انتخاب اجزای تشکیل دهنده یک آمیزه ی الاستومری از نقطه نظر نوع و مقدار مواد را Compounding می گویند به طوری که این آمیزه وقتی که وولکانیزه می شود به محصول با خواص فیزیکی و مکانیکی مناسب و مورد نیاز شرایط سرویس باشد.
اجزای تشکیل دهنده یک آمیزه به صورت زیر می باشد:
1- الاستومر Elastomer
2- فیلر F Reinforcing تقویت کننده یا Active
Non Reinforcing غیر تقویت کننده یا Inactive
نرم کننده ها Softlener
3- Processing Aid Plastisizer
Resins

Anti Oxidant
Anti Ozonant
4- ضریب تخریب Anti Degradates Anti Fatique
Anti Crystalization
Thermal Stabilizar
Light Stabilizer
5- Pigments
6- Curing System
لاستیکی که ذاتا در برابر نور مقاوم است (EPR) می تواند تقریبا عمری مقاوم باشد ولی لاستیکی مثل NR را اگر به آن ضد نور بزنیم مثلا اگر NR خالص 6 ماه می تواند مقاوم بود بعد از زدن ضد نور می تواند 1 سال یا 2 سال مقاومت کند.
آمیزه در واقع هنر انتخاب نوع و مقدر اجزای تشکیل دهنده یک آمیزه می باشد به سه دلیل الاستومر خالص را به صورت یک آمیزه در می آوریم:
1- ایجاد خواص فیزیکی و مکانیکی مورد نیاز با شرایط سرویس در قطعه حاصل از الاستومر.
2- فرآیند پذیر کردن الاستومر(50% هدف آمیزه سازی همین می باشد زیرا الاستومرهای خام دارای Nerve بالایی می باشندبنابراین با توجه به روش قالبگیری و فرآیند الاستومر باید فرآیند پذیری آنه را تغییر دهیم. برای مثال اگر در طول فرآیند قبل از قالبگیری دمای بالا نداشته باشیم می توانیم از سیستمی استفاده کنیم که دارای Scorch کوتاه بوده اما اگر در طی فرآیند دما بالا برود باید سیستمی انتخاب کنیم که Scorch آن طولانی باشد.
اگر الاستومر خام را به صورت آمیزه در نیاوریم قطعه نهایی به دلیل Nerve بالا تغییر ابعاد خواهد داد.
3- اقتصادی کردن و کاهش هزینه های تولید.
بعد اقتصادی شامل راحت فرآیند شدن، سریع پخت شدن و قیمت تمام شده آمیزه می باشد.
اصول طراحی آمیزه برمی گردد به الاستومر یا الاستومرهایی که می خواهیم آمیزه سازی نماییم.
نوع فیلر، نوع مواد کمکی و غیره از اصول آمیزهسازی می باشند.
در تهیه آمیزه سازی اولین فرآیندی که روی الاستومر انجام می شود Mastication می باشد که به دو صورت Cold و Hot انجام می شود.
الاستومرهای خام برای فرآیند شدن از خود Nerve بالا نشان می دهند پس به راحتی نمی توان آنها را به صورت یک آمیزه در آوریم. بنابراین ناچار هستیم توسط فرآیندهای ترمومکانیکی که عبارتند از اعمال انرژی مکانیکی روی زنجیرهای الاستومر و در نهایت شکست زنجیرها و کاهش جرم مولکولی و ایجاد زنجیرهای کوتاه تر و در نهایت کاهش Nerve که این عملیات را Mastication می گویند.
در مورد الاستومرها فرآیند Mastication فرآیندی اجباری است. در این فرآیند در اثر انرژی مکانیکی که برای شکست زنجیرها اعمال می شود حرارت نیز تولید می شود به همین خاطر به آن ترمومکانیکال نیز می گویند. Thermo Mechanical
در این عملیات هم انرژی مکانیکی داریم و هم حرارت و هم واکنش های شیمیایی زیرا در محیط اکسیژن موجود است که باعث واکنش های شیمیایی می شود. که در اثر واکنش شیمیایی Peroxi Radical ایجاد می شود ولی این Peroxi Radical ها به دلیل ترمودینامیکی نمی توانند به یکدیگر متصل شده و تشکیل شبکه بدهند و دوباره Nerve لاستیک را بالا ببرند. همچنین از موادی به نام Peptizer استفاده می کنند که جاذب رادیکال ها می باشند.
برای اینکه Mastication کردن الاستومر زمان زیادی لازم نباشد از Peptizer ها استفاده می کنند. یکی از پز مصرف ترین Peptizer ها Phenta Chloro Thio Phenol می باشد.
Mastication خرد کردن یا شکستن زنجیرهای پلیمر به کمک انرژی مکانیکی است.
Fillers:
مهمترین کار را در آمیزه سازی فیلرها انجام می دهند زیرا سه کار را در این فرآیند انجام می دهند:
1- تقویت الاستومر: مثلا مقاومت پارگی، سایشی، کششی، Fatique در اثر افزودن فیلرهای تقویت کننده افزایش پیدا خواهد کرد.
2- ،رآیند پذیر کردن: فیلرها باعث کاهش Nerve می شوند زیرا اطراف زنجیر الاستومر را گرفته و حرکات الاستیک زنجیر را کم کرده و در نهایت Nerve کاهش پیدا می کند.
3- اقتصادی کردن آمیزه.
فیلرهای تقویت کننده روی سطح آنها گروه های فعال وجود دارند و این گروه های فعال بر روی واکنش های وولکانیزاسیون تاثیر گذار می باشند.
فیلرهای Reinforcing به دو دسته زیر تقسیم می شوند:1- سیاه (Black) 2- غیر سیاه (Nonblack)
فیلرهای Non Reinforcing می توانند نقش پر کننده و در بعضی مواقع به صورت نیمه تقویت کننده هم داشته باشند.
فیلرهای غیر تقویت کننده از نظر اندازه به دسته های زیر تقسیم می شوند:
اندازه ذرات اگر بزرگتر از 5 میکرون باشد نقش پر کننده را دارند.
اندازه ذرات اگر بین 5-1 میکرون باشد نقش پر کننده را دارند.
اندازه ذرات اگر کمتر از 1 میکرون باشد نقش نیمه تقویت کننده را دارند.
معمولا روی سطح فیلرهای تقویت کننده می توانند گروه های H – OH – O – COOH و یا یک حلقه فنولی باشد.
هرچه گروه های فعال بیشتر باشد نقش تقویت کنندگی آن نیز بیشتر خواهد شد و از نظر تاثیر بر روی زمان Scorch اگر گروه های روی سطح فیلر به سمت PH اسیدی بروند زمان Scorch را طولانی می کنند و اگر به سمت PH بازی بروند باعث می شوند زمان Scorch کوتاه شود.
روی سطح دوده تعداد زیادی ترکیبات گوگرد وجود دارد (زیرا گوگرد از سوخت ناقص روغن های آروماتیک حاصل می شود) همچنین روی دوده گروه های دیگری وجود دارند که در مجاورت با گوگرد تولید H2S می کنند. بنابراین محیط اسیدی می شود و زمان Scorch زیاد می گردد.
اما در سیستم های پخت پراکسیدی اگر فیلر دارای گروههایی روی سطح باشد که رادیکال های آزاد را جذب نماید باعث می شود وولکانیزاسیون به تاخیر بیافتد. در پخت های از نوع تشعشع نیز نقش فیلر مهم می باشد زیرا دوده معمولا جاذب تشعشع می باشد.
90% فیلرهایی که در صنعت به کار می روند فیلرهای دوده ای می باشند. فیلرهای دوده ای از نظر PH ، اندازه ذرات و ساختمان با یکدیگر متفاوت می باشند به صورت زیر:
Hard Processing Channel (HPC)
Channel کوره ا Medium Processing Channel(MPC)
Easy Processing Channel (EPC)
Supper Abrasion Farnace (SAF)
Carbon Black Farnace تونل High Abrasion Farnace (HAF)
General Puepose Farnace (GPF)
Thermal حرارتی
Lampe چراغ
هرچه اندازه دوده ریزتر شود Surface Area نیز بالاتر خواهد رفت در نتیجه مقاومت سایشی، حرارتی، کششی، مدول، هدایت الکتریکی و سرعت وولکانیزاسیون افزایش پیدا خواهد کرد.
روش های تهیه آمیزه Compound:
مهمترین مرحله آمیزه سازی مرحله اختلاط آن می باشد. دستگاه و شرایط اختلاط برای بدست آوردن توزیع یکنواخت مواد بسیار مهم می باشد. روش های اختلاط به دو دسته مهم زیر تقسیم می شوند:
Mixing Open (External Mixing) اختلاط در محیط باز انجام می شود
Closed (Internal Mixing) اختلاط در محیط بسته انجام می شود
در اختلاط های نوع درونی باعث می شود که ذرات پخش شده بهتر شکسته شوند و توزیع بهتر صورت گیرد. هدف از Mixing این است که پلیمر با مواد دیگر مخلوط شود. در واقع افزایش میزان آنتروپی آمیزه و کاهش گرادیان غلظت برای آن ماده در ماتریس پلیمر صورت می گیرد. کاهش غلظت باعث ایجاد کاهش خواص ایزو تروپیک در قطعه خواهد شد یعنی خواص آن در تمام جهات یکسان نخواهد بود. مثلا اگر سیستم وولکانیزاسیون (عامل پخت) به درستی توزیع نشود و گرادیان آن یکنواخت نباشد در بعضی از نقاط الاستیک وولکانیزاسیون کمتر نسبت به قسمت های دیگر صورت می گیرد. بنابراین هدف از Mixing توزیع یکنواخت و افزایش آنتروپی سیستم می باشد.
در اختلاط چهار مرحله داریم:
1- اختلاط ساده Simple Mixing
2- Dispersive Mixing
3- Distribution Mixing
4- نرم کردن Plasticizing Mixing
دستگاه هایی که برای اختلاط استفاده می شوند:
1- در Open Mixer: Two Roll Mill، Callender
2- در Closed Mixer: Banbury Mixer، Internal Mixer
3- Continouse Mixer: Exteroder
Nip و Clearance تعیین کننده میزان اختلاط می باشند.
به نسبت سرعت بین غلتک ها Friction Ratio(نسبت اصطکاک) می گویند و معمولا سرعت بین دو غلتک به نسبت 1:2 یا 1:1.5 یا 1:1.2 است.
اگر سرعت برابر نباشد باعث برش بین دو لایه می شود.
مشکلات غلتک کردن آمیزه:

1- Bagging
2- Sagging
3- Crumbling
4- Melt Fracture
شرط اختلاط این است که آمیزه کاملا به سطح غلتک بچسبد تا مرتبا به Nip غلتک برگردد. اما اگر آمیزه خود را از روی غلتک بلند کند و دوباره به Nip غلتک بر نگردد اختلاط صورت نخواهد گرفت. علت بلند شدن آمیزه از روی غلتک به خاطر رفتار ویسکو الاستیک می باشد.
هر بار کخپه آمیزه به Nip می رود تحت تنش برشی قرار می گیرد و مقداری از آن ذخیره می شود و بعد از خروج از Nip آن انرژی ذخیره شده را آزاد می کند.
اگر تنش ذخیره شده زیاد باشد آمیزه خود را از سطح غلتک بلند می کند به ای رفتار Bagging و Sagging می گویند.
اگر سطح آمیزه روی غلتک ترک ترک خورده باشد و آمیزه بخواهد از سطح غلتک جدا شود به آن Crumbling می گویند.
اگر آمیزه در اثر خروج از Nip به پایین بیافتد (در اثر تنش بالا) می گویند Melt Fracture اتفاق افتاده است که این بدترین حالت است.
در واقع Bagging شروع و حالت ضعیف Melt Fracture می باشد. برای کم کردن این مشکلات چند راه وجود دارد:
1- بیشتر کردن Nip که با این کار تنش را کم کرده ایم.
2- Baggigng در واقع در اثر آزاد شدن تنش ها صورت می گیرد پس اگر سرعت غلتک ها را کم کنیم به الاستومر فرصت آزاد شدن تنش ها را می دهیم و Baggigng زیاد خواهد شد پس باید سرعت غلتک را زیاد کنیم تا فرصت آزاد کردن تنش را آمیزه نداشته باشد پس کاری می کنیم که زمان اعمال تنش از زمان Relaxation آن کمتر باشد تا Bagging اتفاق نیافتد پس دو کار را با هم انجام می دهیم:1- هم باید دور را زیاد کنیم 2- هم Nip را زیاد کنیم.
3- دما را کاهش دهیم: اگر دما زیاد باشد میل بازگشت آمیزه به حالت اول و Relax کردن بیشتر خواهد شد همچنین در دمای کم Mastication بهتر صورت می گیرد و ویسکوزیته افت می کند.
ینابراین اختلاط کردن آمیزه با Two Roll Mill آسان نیست.
در Bagging آمیزه از سطح غلتک بلند می شود و در Sagging آمیزه شکم می دهد. در واقع Sagging حالت بهتری از Bagging است.
زمان اختلاط در Mixer های بسته بسیار کمتر از Two Roll Mill می باشد و همچنین در Mixer های بسته سرعت چرخش بسیار بالاتر از Mixer های باز می باشد.
دستگاه هایی (فرآیند) که برای پخت استفاده می شوند یا به صورت Batch (ناپیوسته) و یا به صورت Semi Batch و یا به صورت Continouse است.
Comperession Molding
Batch Transfer Molding
Injection Molding
Semi Continouse Rotory Molding
فرآیند های پخت Pultrusion
Steam
Air
Continouse L.C. (Liquid Cure)
Micro Wave
EB (Electron Beam)
هر چیزی که می خواهیم به Base بزنیک باید با آن سازگاری داشته باشد.

Phr
Base 100
فعال کننده ZnO 5
Ac.St 1
Carbon Black 10-70
Oil 5-35
شتاب دهنده 1-3
گوگرد 0.2-3
106