Каучуки. 
Высокомолекулярные соединения

Основным эксплуатационным требованием к каучукам (резинам или эластомерам) является способность к обратимым высокоэластическим деформациям при полном отсутствии необратимых деформаций течения. Последнее достигается за счет вулканизации материала, т. е. редкой сшивки макромолекул (см. подпараграф 6.3.1). Это позволяет полностью исключить перемещение макромолекулярных клубков друг относительно друга, т. е. деформацию течения. В результате этого температурный интервал высокоэластичности расширяется в область высоких температур вплоть до температуры термического разложения материала (см. п. 4.2.4.3, рис. 4.11, а).

Очевидно, что нижний предел температурного интервала эксплуатации каучуков определяется их температурой стеклования, понижение которой является основной проблемой при производстве данного класса материалов. Для решения этой задачи используют гибкоцепные полимеры, такие как полидиены (1,4-цмс-полибутадиен, 1,4-цш;-пол и изопрен, 1,4-цис-хлоропрен), полиолефины (полиэтилен, полипропилен), полиакрилаты, полиуретаны, полисилоксаны, полисульфиды, а также их сополимеры. Дальнейшее понижение температуры стеклования для конкретного полимера достигают за счет его пластификации (см. подпараграф 4.2.8). Как результат минимальная температура эксплуатации каучуков лежит в пределах от минус 50 до минус 10()°С.

Комплекс физико-механических свойств каучуков (модуль упругости, прочность, твердость и пр.) определяется в первую очередь химической природой полимера и степенью сшивки (вулканизации), а также содержанием наполнителей и пластификаторов. Так, введение в каучук активных наполнителей, например высокодисперсных саж, SiO., и т. д., позволяет на порядок повысить их прочностные характеристики.

Циклическое деформирование каучуков сопровождается проявлением ярко выраженного гистерезиса (см. п. 4.2.4.S), в результате чего значительная часть механической работы рассеивается в виде тепла. Такое поведение обусловливает уникальные амортизационные свойства данных материалов.

Помимо отмеченных выше конструкционных свойств к каучукам предъявляют ряд других эксплуатационных требований, таких как износостойкость, высокие фрикционные, теплои звукоизоляционные свойства, маслои бензостойкость, стойкость к действию химически агрессивных сред и пр.

Область применения каучуков чрезвычайно обширна. Эти материалы используют в технике, быту, медицине, строительстве, спортивной индустрии и сельском хозяйстве. В настоящее время ассортимент изделий на основе каучуков насчитывает десятки тысяч наименований. Однако более половины объема производимых каучуков служит для производства автомобильных шин.

Основной недостаток вулканизированных каучуков связан с тем, что формирование трехмерной химической сетки полностью исключает переработку материала методами экструзии и литья. Указанные методы, широко используемые при производстве пластиков, включают нагрев полимера выше температуры текучести, его переход в вязкотекучее состояние, формование изделия и его отверждение при охлаждении. Однако вязкотекучее состояние для сшитых каучуков не наблюдается, что и определяет неприменимость данного подхода для переработки материала.

Для устранения этого недостатка используют особый класс термопластичных эластомеров — термоэластопластов. Эти материалы представляют собой линейные или разветвленные блок-сополимеры, включающие «жесткие» блоки, например, полистирола, иолибутилентерефталата, изотактического полипропилена и т. д., и «эластичные» блоки, например, нолибутадиена, полиизопрена, сополимеров этилена и пропилена и т. д.

Вследствие термодинамической несовместимости блоков различной химической природы в термоэластопласте сосуществуют две фазы. Способные к кристаллизации или стеклованию «жесткие» блоки формируют домены, играющие роль узлов сетки аналогично химическим связям в вулканизированном каучуке. Междоменные «эластичные» блоки обеспечивают развитие высокоэластических обратимых деформаций материала. Нагревание выше температуры плавления или стеклования «жестких» блоков сопровождается переходом термоэластопласта в вязкотекучее состояние, что позволяет перерабатывать материал методами экструзии и литья. При охлаждении изделия ниже указанных температур вновь формируется двухфазная доменная структура, определяющая комплекс свойств термоэластопласта.

Очевидно, что деформационно-прочностные характеристики таких материалов зависят от содержания «жестких» блоков в блок-сополимере: чем оно выше, тем больше модуль упругости и прочность термоэластопласта и ниже эластичность. Верхняя граница температуры эксплуатации термоэластопласта определяется температурой стеклования и температурой плавления «жестких» блоков, а нижняя — температурой стеклования «эластичных» блоков.