Scienza dei Materiali
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Elastomeri [definizione e caratteristiche]
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Elastomeri [definizione e caratteristiche]
Si definisce elastomero un materiale macromolecolare (polimero naturale o sintetico) che sottoposto ad elevata deformazione (stiramento con allungamento anche fino a 5 o 10 volte la lunghezza iniziale) entro un certo intervallo di temperatura, dopo la rimozione dello sforzo applicato ritorna alla forma ed alla dimensione iniziale; questo è possibile grazie alla loro particolare struttura molecolare, composta da reticoli a maglie larghe (groviglio di catene molecolari) che anche se tese, appena la forza esterna smette di agire sul polimero, ritornano velocemente al loro stato iniziale.
Gli elastomeri, come la gomma naturale o la gomma stirene butadiene, sono costituiti da polimeri che quando si trovano al di sopra della temperatura di transizione vetrosa possono essere deformati per trazione o compressione, ma poi tornano ad assumere la forma originale. Questo comportamento deriva dal fatto che le loro catene sono avvolte come molle e quando si applica una forza moderata di trazione si possono allungare, ma alcuni punti della catena rimangono aderenti e consentono al materiale di tornare alla sua forma originale. Le caratteristiche elastiche possono essere migliorate creando chimicamente dei punti di aggancio tra le catene che consentono al materiale di sopportare deformazioni maggiori senza snervarsi. Questa operazione rende però il materiale termoindurente. Se gli agganci tra le catene di elastomero sono di tipo fisico, invece che chimico, allora si possono avere elastomeri termoplastici come la gomma a blocchi SBS stirene-butadiene-stirene nella quale gli agganci tra le catene non sono covalenti ma sono realizzati da legami di Van der Waals tra gli anelli benzenici dello stirene.
In relazione al loro modo di produzione possono rientrare nel gruppo dei polimeri termoindurenti o termoplastici. Gli elastomeri termoplastici entrano nel mercato nei tardi anni settanta, sono prodotti per stampaggio ed estrusione e hanno la facoltà di poter essere fusi ancora dopo la lavorazione. Gli elastomeri termoindurenti, invece, subiscono la saldatura delle catene tramite la vulcanizzazione, e di conseguenza non è più possibile fonderli dopo la formatura.
I principali campi di utilizzo ed applicazione di queste particolari materie plastiche sono: pneumatici, calzature, adesivi, componenti per edilizia, tubi, cavi elettrici, componenti e guarnizioni per auto, elettrodomestici; modificanti materie plastiche e bitumi, additivi per oli lubrificanti (elastomeri solidi); sottofondo tappeti, patinatura della carta, schiuma stampata (lattici sintetici).
La lavorazione degli elastomeri avviene di norma allo stato plastico prima della reticolazione, aggiungendo un agente di vulcanizzazione o un acceleratore di reticolazione. Alcuni esempi di gomme:
- naturale (NR)
- cloroprene (CR)
- acrilonitrile-butadiene (NBR)
- terpolimero etilene-propilene (EPDM)
- stirene-butadiene (SBR)
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Caratteristiche chimiche
Le principali caratteristiche chimiche degli elastomeri sono:
- sono costituiti da molecole lineari ad alto peso molecolare;
- presenza lungo la molecola polimerica di gruppi reattivi che consentono la reticolazione (cross linking, equivalente alla vulcanizzazione);
- capacità di accettare cariche rinforzanti e di aggiungere, dopo la reticolazione, soddisfacenti proprietà meccaniche.
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Caratteristiche meccaniche
Gli elastomeri, a seconda delle loro natura, possono possedere caratteristiche meccaniche diverse come ad esempio:
- flessibilità a temperatura ambiente;
- deformazione permanente trascurabile;
- elevato carico di rottura;
- resistenza all’abrasione;
- resistenza alle alte temperature;
- resistenza alla lacerazione;
- resistenza all’ossidazione ed all’ozono;
- resistenza all’invecchiamento ed alla luce;
- resistenza ai solventi ed all’olio.
