المطاط الصناعي

المطاط الصناعي هو بوليمر يتميز بخاصية اللزوجة المرنة (أي اللزوجة والمرونة معًا ) وقوى التجاذب بين جزيئاته الضعيفة ، ومعامل يونغ (E) المنخفض عمومًا، وإجهاد الفشل العالي مقارنةً بالمواد الأخرى. ^{[ 1 ]} يُستخدم مصطلح "المطاط الصناعي"، وهو مصطلح مُركّب من "البوليمر المرن" ، [ ^{2 ] غالبًا} كمرادف لكلمة "مطاط" ، مع أن الأخيرة هي المُفضّلة عند الإشارة إلى المطاط المُفلكن . ^{[ 3 ]} يتكون كل مونومر من المونومرات التي ترتبط لتكوين البوليمر عادةً من عدة عناصر ، من بينها الكربون والهيدروجين والأكسجين والسيليكون .

تُسمى المواد الصلبة الشبيهة بالمطاط ذات الخصائص المرنة باللدائن المرنة. وترتبط سلاسل البوليمر معًا في هذه المواد بروابط بين جزيئية ضعيفة نسبيًا ، مما يسمح للبوليمرات بالتمدد استجابةً للإجهادات الكلية.

عادةً ما تكون المطاطات موادًا متصلبة حراريًا (تتطلب عملية الفلكنة)، ولكنها قد تكون أيضًا موادًا لدنة حراريًا (انظر المطاط اللدن الحراري ). تتشابك سلاسل البوليمر الطويلة أثناء عملية التصلب (أي الفلكنة). يمكن تخيل التركيب الجزيئي للمطاطات على أنه بنية "معكرونة وكرات لحم"، حيث تمثل كرات اللحم الروابط المتشابكة. وتستمد المرونة من قدرة السلاسل الطويلة على إعادة تشكيل نفسها لتوزيع الإجهاد المطبق.

المطاط غير المشبع الذي يمكن معالجته بالكبريت:

• البولي إيزوبرين الطبيعي : مطاط طبيعي من نوع سيس-1،4-بولي إيزوبرين (NR) وغوتا بيركا من نوع ترانس-1،4-بولي إيزوبرين
• البولي إيزوبرين الصناعي (IR للمطاط الإيزوبرين )
• بولي بوتادين (BR اختصار لمطاط البوتادين )
• مطاط الكلوروبرين (CR)، بولي كلوروبرين ، نيوبرين
• مطاط البوتيل (كوبوليمر من الإيزوبيوتين والإيزوبرين، IIR)
  • مطاط البوتيل المهلجن (مطاط كلورو بوتيل: ​​CIIR؛ مطاط برومو بوتيل: ​​BIIR)
• مطاط الستايرين-بوتادين (كوبوليمر من الستايرين والبوتادين، SBR)
• مطاط النتريل (كوبوليمر من البيوتادين والأكريلونيتريل ، NBR)، ويسمى أيضاً مطاط بونا N
  • مطاط النتريل المهدرج (HNBR) ثيربان وزيتبول

المطاط المشبع الذي لا يمكن معالجته بالكبريت:

• مطاط EPM ( مطاط الإيثيلين بروبيلين ، وهو بوليمر مشترك من الإيثين والبروبين ) ومطاط EPDM (مطاط الإيثيلين بروبيلين ديين، وهو بوليمر ثلاثي من الإيثيلين والبروبيلين ومكون ديين )
• مطاط الإيبكلوروهيدرين (ECO)
• مطاط أكريليك (ACM، ABR)
• مطاط السيليكون (SI، Q، VMQ)
• مطاط الفلوروسيليكون (FVMQ)
• المطاطات الفلورية ( FKM وFEPM) فيتون ، تكنوفلون ، فلوريل، أفلاس ، وداي-إل
• اللدائن المشبعة بالفلور ( FFKM ) تكنوفلون PFR، كالريز ، شيمراز، بيرلاست
• بولي إيثر بلوك أميد (PEBA)
• البولي إيثيلين الكلوروسلفوني (CSM)
• أسيتات الإيثيلين-فينيل (EVA)

أنواع أخرى متنوعة من المطاط الصناعي :

• اللدائن الحرارية المرنة (TPE)
• بروتينات الريزيلين والإيلاستين​​
• مطاط متعدد الكبريتيد
• إيلاستوليفين ، ألياف مرنة تستخدم في إنتاج الأقمشة
• بولي (ثنائي كلورو فوسفازين) ، وهو "مطاط غير عضوي" ناتج عن بلمرة سداسي كلورو فوسفازين

يحدث التشابك على الأرجح في بوليمر متوازن دون أي مذيب. يُعبّر عن تعبير الطاقة الحرة المشتق من نموذج نيو-هوكيان لمرونة المطاط بدلالة تغير الطاقة الحرة الناتج عن التشوه لكل وحدة حجم من العينة. تركيز الخيوط، v، هو عدد الخيوط في وحدة الحجم، وهو لا يعتمد على الحجم والشكل الكليين للمطاط. ^{[ 5 ]} تربط بيتا المسافة بين طرفي خيوط البوليمر عبر نقاط التشابك في البوليمرات التي تخضع لإحصاءات المشي العشوائي.

${\displaystyle \Delta f_{d}={\frac {\Delta F_{d}}{V}}={\frac {K_{B}T\nu _{el}\beta \lambda _{1}p^{2}+\lambda _{2}p+2\lambda _{3}p^{2}-3}{2}}}$

${\displaystyle v_{el}={\frac {n_{el}}{V}},\beta =1}$

في حالة تشوه القص تحديدًا، فإن المطاط، بالإضافة إلى خضوعه لأبسط نموذج لمرونة المطاط، يكون غير قابل للانضغاط. في حالة القص الخالص، نربط إجهاد القص بنسب التمدد λ. القص الخالص هو حالة إجهاد ثنائية الأبعاد تجعل λ تساوي 1، مما يُبسط دالة طاقة الإجهاد المذكورة أعلاه إلى:

${\displaystyle \Delta f_{d}={\frac {k_{B}T\nu _{s}\beta \gamma ^{2}}{2}}}$

للحصول على إجهاد القص ، يتم اشتقاق دالة طاقة الانفعال بالنسبة إلى انفعال القص للحصول على معامل القص، G، مضروبًا في انفعال القص:

${\displaystyle \sigma _{12}={\frac {d(\Delta f_{d})}{d\gamma }}=G\gamma }$

يتناسب إجهاد القص طرديًا مع انفعال القص حتى عند الانفعالات الكبيرة. ^{[ 6 ]} لاحظ كيف يرتبط معامل القص المنخفض بكثافة طاقة انفعال التشوه المنخفضة، والعكس صحيح. يتطلب تشوه القص في المطاط طاقة أقل لتغيير الشكل مقارنةً بتغيير الحجم.

${\displaystyle \Delta f_{d}=W={\frac {G(\lambda _{1p}^{2}+\lambda _{2p}^{2}+\lambda _{3p}^{2}-3)}{2}}}$

• مرونة المطاط

• دينر، أندرياس (سبتمبر 2014). "بلمرة فعّالة وصديقة للبيئة للمطاط" (ملف PDF) . مجلة الصين للبلاستيك والمطاط . CPRJ الدولية. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 18 سبتمبر 2016.