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Elastomer

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Finden Sie Quellen: „Elastomer“ – Nachrichten – Zeitungen – Bücher – Gelehrte – JSTOR (April 2015) (Erfahren Sie, wie und wann Sie diese Vorlage entfernen können)

Ein Elastomer ist ein Polymer mit Viskoelastizität (d. h. sowohl Viskosität als auch Elastizität) und mit schwachen intermolekularen Kräften, im Allgemeinen niedrigem E-Modul und hoher Bruchdehnung im Vergleich zu anderen Materialien. Der Begriff, ein Portmanteau von elastischem Polymer, wird oft austauschbar mit Gummi verwendet, obwohl letzteres bevorzugt wird, wenn es um Vulkanisate geht. Jedes der Monomere, die sich zum Polymer verbinden, ist in der Regel eine Verbindung aus mehreren Elementen unter Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Silizium. Elastomere sind amorphe Polymere, die oberhalb ihrer Glasübergangstemperatur gehalten werden, so dass eine beträchtliche molekulare Rekonformation, ohne Bruch kovalenter Bindungen, möglich ist. Bei Umgebungstemperatur sind solche Kautschuke daher relativ nachgiebig (E ≈ 3 MPa) und verformbar. Sie werden vor allem für Dichtungen, Klebstoffe und flexible Formteile verwendet. Die Anwendungsgebiete für die verschiedenen Kautschuktypen sind vielfältig und umfassen so unterschiedliche Segmente wie Reifen, Schuhsohlen, Dämpfungs- und Isolierelemente. Wie wichtig diese Kautschuke sind, lässt sich daran ablesen, dass der weltweite Umsatz im Jahr 2020 auf 56 Milliarden US-Dollar steigen soll.

IUPAC definiert den Begriff „Elastomer“ als „Polymer, das eine gummiartige Elastizität aufweist“

Gummiartige Festkörper mit elastischen Eigenschaften werden als Elastomere bezeichnet. Polymerketten werden in diesen Materialien durch relativ schwache intermolekulare Bindungen zusammengehalten, die es den Polymeren erlauben, sich als Reaktion auf makroskopische Spannungen zu dehnen.

(A) ist ein unbelastetes Polymer; (B) ist das gleiche Polymer unter Spannung. Wenn die Spannung entfernt wird, kehrt es in die A-Konfiguration zurück. (Die Punkte stellen Vernetzungen dar)

Elastomere sind in der Regel Duroplaste (müssen vulkanisiert werden), können aber auch thermoplastisch sein (siehe Thermoplastisches Elastomer). Die langen Polymerketten vernetzen sich beim Aushärten, d. h. beim Vulkanisieren. Die molekulare Struktur von Elastomeren kann man sich als „Spaghetti und Fleischbällchen“-Struktur vorstellen, wobei die Fleischbällchen für die Vernetzungen stehen. Die Elastizität ergibt sich aus der Fähigkeit der langen Ketten, sich neu zu konfigurieren, um eine angelegte Spannung zu verteilen. Die kovalenten Quervernetzungen sorgen dafür, dass das Elastomer in seine ursprüngliche Konfiguration zurückkehrt, wenn die Spannung entfernt wird. Als Ergebnis dieser extremen Flexibilität können sich Elastomere je nach Material um 5-700% reversibel ausdehnen. Ohne die Quervernetzungen oder mit kurzen, ungleichmäßig rekonfigurierten Ketten würde die aufgebrachte Spannung zu einer permanenten Verformung führen.

Temperatureffekte sind auch bei der nachgewiesenen Elastizität eines Polymers vorhanden. Elastomere, die auf eine glasartige oder kristalline Phase abgekühlt sind, haben weniger bewegliche Ketten und folglich weniger Elastizität als solche, die bei Temperaturen oberhalb der Glasübergangstemperatur des Polymers manipuliert wurden.

Es ist auch möglich, dass ein Polymer eine Elastizität aufweist, die nicht auf kovalente Vernetzungen zurückzuführen ist, sondern auf thermodynamische Gründe.

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