- วัตถุดิบ
- ลักษณะโมเลกุล
- การสังเคราะห์อีลาสโตเมอร์
- การหลอมโลหะ
- การบำบัดทางกายภาพและทางเคมีเพิ่มเติม
- การสังเคราะห์แถบยืดหยุ่น
- อ้างอิง
ในการสังเคราะห์วัสดุยืดหยุ่นก่อนอื่นเราต้องมีความรู้เกี่ยวกับชนิดของโพลีเมอร์ที่ประกอบด้วย เนื่องจากมิฉะนั้นจะมีการกำหนดสูตรการทำพลาสติกหรือเส้นใยอย่างละเอียด เมื่อทราบสิ่งนี้แล้วโพลีเมอร์ที่ต้องพิจารณาจึงเรียกว่าอีลาสโตเมอร์
ดังนั้นอีลาสโตเมอร์จึงประกอบเป็นวัสดุยืดหยุ่น แต่พวกเขาคืออะไรพวกเขาแตกต่างจากโพลีเมอร์อื่น ๆ อย่างไรคุณจะรู้ได้อย่างไรว่าวัสดุสังเคราะห์มีคุณสมบัติยืดหยุ่นได้จริงหรือไม่?
ที่มา: pxhere
หนึ่งในตัวอย่างที่ง่ายที่สุดของวัสดุยืดหยุ่นคือแถบยางยืด (หรือแถบยาง) ที่ผูกหนังสือพิมพ์ดอกไม้หรือธนบัตรเป็นปึก ๆ หากมีการยืดออกจะสังเกตได้ว่ามีการเปลี่ยนรูปตามยาวจากนั้นจึงกลับคืนสู่รูปทรงเดิม
แต่ถ้าวัสดุเสียรูปถาวรแสดงว่าไม่ยืดหยุ่น แต่เป็นพลาสติก มีพารามิเตอร์ทางกายภาพหลายประการที่อนุญาตให้แยกแยะระหว่างวัสดุเหล่านี้เช่นโมดูลัสของ Young จุดผลผลิตและอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของแก้ว (Tg)
นอกจากคุณสมบัติทางกายภาพเหล่านี้แล้ววัสดุที่มีความยืดหยุ่นทางเคมียังต้องเป็นไปตามเกณฑ์โมเลกุลบางประการเพื่อให้มีพฤติกรรมเช่นนี้
จากที่นี่มีความเป็นไปได้ส่วนผสมและการสังเคราะห์ที่หลากหลายขึ้นอยู่กับตัวแปรที่ไม่มีที่สิ้นสุด ทั้งหมดนี้มาบรรจบกับลักษณะ "เรียบง่าย" ของความยืดหยุ่น
วัตถุดิบ
ตามที่กล่าวไว้ในตอนต้นวัสดุยืดหยุ่นทำจากอีลาสโตเมอร์ ในทางกลับกันต้องใช้โพลีเมอร์อื่น ๆ หรือ "ชิ้นโมเลกุล" ที่เล็กกว่า; นั่นคืออีลาสโตเมอร์ยังได้รับประโยชน์จากการสังเคราะห์ของตัวเองจากพรีโพลีเมอร์
แต่ละกรณีต้องมีการศึกษาตัวแปรกระบวนการเงื่อนไขและสาเหตุที่ทำให้เกิดอีลาสโตเมอร์ที่เกิดจากโพลีเมอร์และวัสดุยืดหยุ่นจึง "ใช้งานได้"
โดยไม่ต้องลงรายละเอียดนี่คือชุดของโพลีเมอร์ที่ใช้เพื่อการนี้:
-Polyisocyanate
- โพลีโพลีเอสเทอร์
- โคลีเมอร์ของเอทิลีนและโพรพิลีน (เช่นโพลีเอทิลีนและโพลีโพรพีลีนผสม)
-Polyisobutylene
-Polysulfides
-Polysiloxane
นอกจากคนอื่น ๆ อีกมากมาย สิ่งเหล่านี้ทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกันผ่านกลไกการเกิดพอลิเมอไรเซชันที่แตกต่างกัน ได้แก่ : การควบแน่นการเติมหรือผ่านอนุมูลอิสระ
ดังนั้นการสังเคราะห์แต่ละครั้งจึงแสดงถึงความจำเป็นในการควบคุมจลนศาสตร์ของปฏิกิริยาเพื่อรับประกันสภาวะที่เหมาะสมสำหรับการพัฒนา ในทำนองเดียวกันที่การสังเคราะห์จะเข้ามามีบทบาท; นั่นคือเครื่องปฏิกรณ์ชนิดและตัวแปรกระบวนการ
ลักษณะโมเลกุล
โพลีเมอร์ทั้งหมดที่ใช้ในการสังเคราะห์อีลาสโตเมอร์มีอะไรเหมือนกัน? คุณสมบัติของอดีตจะทำงานร่วมกัน (ทั้งหมดมากกว่าผลรวมของส่วนต่างๆ) กับคุณสมบัติหลัง
ในการเริ่มต้นพวกเขาต้องมีโครงสร้างที่ไม่สมมาตรดังนั้นจึงมีความแตกต่างกันมากที่สุด โครงสร้างโมเลกุลของมันต้องเป็นเส้นตรงและยืดหยุ่น นั่นคือการหมุนของพันธะเดี่ยวไม่ควรทำให้เกิดการขับไล่แบบคงที่ระหว่างกลุ่มที่ทดแทน
นอกจากนี้โพลีเมอร์ต้องไม่มีขั้วมากมิฉะนั้นปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลของมันจะแข็งแกร่งขึ้นและจะแสดงความแข็งแกร่งมากขึ้น
ดังนั้นโพลีเมอร์จึงต้องมีหน่วยที่ไม่สมมาตรไม่มีขั้วและยืดหยุ่น หากมีคุณสมบัติตรงตามลักษณะโมเลกุลเหล่านี้แสดงว่าเป็นจุดเริ่มต้นที่เป็นไปได้ในการได้รับยาง
การสังเคราะห์อีลาสโตเมอร์
เมื่อเลือกวัตถุดิบและตัวแปรกระบวนการทั้งหมดแล้วการสังเคราะห์อีลาสโตเมอร์ยังคงดำเนินต่อไป เมื่อสังเคราะห์แล้วและหลังจากการบำบัดทางกายภาพและทางเคมีชุดต่อ ๆ ไปวัสดุยืดหยุ่นจะถูกสร้างขึ้น
แต่โพลีเมอร์ที่เลือกต้องเปลี่ยนรูปแบบใดจึงจะกลายเป็นอีลาสโตเมอร์ได้?
พวกเขาต้องผ่านการเชื่อมขวางหรือการบ่ม (การเชื่อมขวางเป็นภาษาอังกฤษ); นั่นคือโซ่พอลิเมอร์ของมันจะเชื่อมต่อกันด้วยสะพานโมเลกุลซึ่งมาจากโมเลกุลหรือโพลีเมอร์แบบสองทางหรือ polyfunctional (สามารถสร้างพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแรงตั้งแต่สองพันธะขึ้นไป) ภาพด้านล่างสรุปดังกล่าวข้างต้น:
ที่มา: Gabriel Bolívar
เส้นสีม่วงแสดงถึงโซ่โพลีเมอร์หรือกลุ่มอีลาสโตเมอร์ที่ "แข็งขึ้น" ในขณะที่เส้นสีดำเป็นส่วนที่ยืดหยุ่นที่สุด เส้นสีม่วงแต่ละเส้นสามารถประกอบด้วยพอลิเมอร์ที่แตกต่างกันมีความยืดหยุ่นหรือแข็งกว่าเมื่อเทียบกับเส้นที่นำหน้าหรือดำเนินไป
สะพานโมเลกุลเหล่านี้มีหน้าที่อะไร? นั่นคือการปล่อยให้อีลาสโตเมอร์รีดด้วยตัวเอง (โหมดคงที่) เพื่อให้สามารถคลี่ออกภายใต้แรงกดยืด (โหมดยืดหยุ่น) ด้วยความยืดหยุ่นของการเชื่อมโยง
สปริงวิเศษ (เช่น Slinky จาก Toystory) มีพฤติกรรมคล้ายกับยางยืดเล็กน้อย
การหลอมโลหะ
ในบรรดากระบวนการเชื่อมโยงข้ามทั้งหมดการวัลคาไนซ์เป็นหนึ่งในกระบวนการที่รู้จักกันดีที่สุด ที่นี่โซ่โพลีเมอร์เชื่อมต่อกันด้วยสะพานกำมะถัน (SSS …)
ย้อนกลับไปที่ภาพบนสะพานจะไม่เป็นสีดำอีกต่อไป แต่เป็นสีเหลือง กระบวนการนี้จำเป็นอย่างยิ่งในการผลิตยางรถยนต์
การบำบัดทางกายภาพและทางเคมีเพิ่มเติม
เมื่อสังเคราะห์อีลาสโตเมอร์แล้วขั้นตอนต่อไปคือการบำบัดวัสดุที่เป็นผลลัพธ์เพื่อให้มีลักษณะเฉพาะ วัสดุแต่ละชนิดมีการบำบัดของตัวเองซึ่ง ได้แก่ การให้ความร้อนการขึ้นรูปหรือการบดหรือ "การบ่ม" ทางกายภาพอื่น ๆ
ในขั้นตอนเหล่านี้จะมีการเพิ่มเม็ดสีและสารเคมีอื่น ๆ เพื่อให้แน่ใจว่ามีความยืดหยุ่น ในทำนองเดียวกันโมดูลัสของ Young, Tg และขีดจำกัดความยืดหยุ่นของมันจะถูกประเมินเป็นการวิเคราะห์คุณภาพ (นอกเหนือจากตัวแปรอื่น ๆ )
นี่คือที่ที่คำว่าอีลาสโตเมอร์ถูกฝังไว้ด้วยคำว่า 'ยาง' ยางซิลิโคนไนไตรธรรมชาติยูรีเทนบิวทาไดอีนสไตรีน ฯลฯ ยางมีความหมายเหมือนกันกับวัสดุยืดหยุ่น
การสังเคราะห์แถบยืดหยุ่น
สุดท้ายจะได้รับคำอธิบายสั้น ๆ เกี่ยวกับกระบวนการสังเคราะห์ยางยืด
แหล่งที่มาของโพลีเมอร์สำหรับการสังเคราะห์อีลาสโตเมอร์นั้นได้มาจากน้ำยางธรรมชาติโดยเฉพาะจากต้น Hevea brasiliensis นี่คือสารที่เป็นน้ำนมซึ่งเป็นเรซินซึ่งผ่านกระบวนการทำให้บริสุทธิ์และผสมกับกรดอะซิติกและฟอร์มาลดีไฮด์
จากส่วนผสมนี้จะได้รับแผ่นคอนกรีตซึ่งสกัดน้ำโดยการบีบและทำให้มีรูปร่างเป็นบล็อก บล็อกเหล่านี้ถูกตัดเป็นชิ้นเล็ก ๆ ในเครื่องผสมซึ่งได้รับความร้อนและมีการเติมเม็ดสีและกำมะถันสำหรับการวัลคาไนซ์
จากนั้นจะตัดและอัดขึ้นรูปเพื่อให้ได้แท่งกลวงซึ่งภายในจะมีแท่งอลูมิเนียมที่มีแป้งโรยตัวเป็นตัวรองรับ
และในที่สุดแท่งจะถูกทำให้ร้อนและนำออกจากฐานรองรับอะลูมิเนียมของพวกเขาโดยลูกกลิ้งจะถูกบีบเป็นครั้งสุดท้ายก่อนที่จะถูกตัด การตัดแต่ละครั้งจะสร้างลีกและการตัดจำนวนนับไม่ถ้วนทำให้เกิดจำนวนมาก
อ้างอิง
- วิกิพีเดีย (2018) ความยืดหยุ่น (ฟิสิกส์) สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
- Odian G. (1986) ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการสังเคราะห์อีลาสโตเมอร์. ใน: Lal J. , Mark JE (eds) ความก้าวหน้าในอีลาสโตเมอร์และความยืดหยุ่นของยาง สปริงเกอร์บอสตันแมสซาชูเซตส์
- ชุดเครื่องมือหุ่นยนต์อ่อน (เอสเอฟ) elastomers สืบค้นจาก: softroboticstoolkit.com
- บทที่ 16, 17, 18- พลาสติก, เส้นใย, อีลาสโตเมอร์ . กู้คืนจาก: fab.cba.mit.edu
- การสังเคราะห์อีลาสโตเมอร์ . สืบค้นจาก: gozips.uakron.edu
- Advameg, Inc. (2018) ยางรัด. ดึงมาจาก: madehow.com.