חומר הגומי הטוב ביותר לחוזק מתיחה ודירוג
גומי הוא חומר פולימרי אלסטי חשוב, ותכונותיו המכניות, לרבות חוזק מתיחה, התארכות בשבירה, עמידות בפני שחיקה, עמידות בפני קריעה וכו', נמצאות בשימוש נרחב בתעשייה, תעופה, תעופה וחלל, ותחומי צרכנות. חוזק מתיחה הוא אינדיקטור מרכזי להערכת התכונות המכניות של חומרי גומי ומתייחס בדרך כלל לכוח המתיחה המקסימלי שחומר יכול לעמוד בו לפני השבירה לכל יחידת חתך רוחב. להלן נדון בחומרי הגומי העליונים במונחים של חוזק מתיחה מנקודת מבט של מבנה כימי, מאפייני ביצועים ותחומי יישום ספציפיים.
להלן דירוג ותיאור מפורט של גומיות נפוצות בעלות ביצועים גבוהים המבוססים על חוזק מתיחה כקריטריון העיקרי:
גומי פוליאוריטן (PU)
טווח חוזק מתיחה: 30-50 MPa
גומי פוליאוריטן הוא אחד האלסטומרים הבולטים ביותר מבחינה מכנית, עם חוזק מתיחה גבוה במיוחד והתארכות בשבירה (עד 500%).
יתרונות המבנה המולקולרי: המקטעים הקשים (איזוציאנאטים ארומטיים או אליפטים) והמקטעים הרכים (פוליאתרים או פוליאסטר) בשרשרת המולקולרית מסודרים לסירוגין, מה שמעניק לה עמידות מצוינת למתיחה וקריעה.
מאפייני ביצועים: לגומי פוליאוריטן יש את חוזק המתיחה הגבוה ביותר מכל חומרי הגומי, ויש לו גם עמידות בפני שחיקה וגם עמידות בפני פגיעות.
יישומים: משמש בעיקר עבור חלקים בסביבות עומס גבוה, כגון מסועים, רולים, רפידות בולמות זעזועים, חלקי מכונות לשדה שמן וכו'.
גומי טבעי (NR)
טווח חוזק מתיחה: 20-30 MPa (גבוה יותר לאחר גיפור)
גומי טבעי הוא פולימר פוליאיזופרן המופק מעצי גומי, והמבנה המולקולרי הייחודי שלו מקנה לו גמישות גבוהה וחוזק מתיחה מעולה, במיוחד לאחר גיפור.
יתרונות המבנה המולקולרי: עמוד השדרה המולקולרי של גומי טבעי מכיל מספר רב של מבני cis-1,4-פוליאיזופרן, מה שהופך אותו ליעיל ומפוזר באופן שווה במהלך תהליך המתיחה.
מאפייני ביצועים: לגומי טבעי יש התארכות גבוהה במיוחד בשבירה (עד 500% ~ 700%) כאשר הוא מתוח, והוא יכול להראות עמידות מצוינת לקרע בעומסים גבוהים.
יישומים: בשל חוזק המתיחה שלו ועמידותו לעייפות, הוא נמצא בשימוש נרחב בצמיגים, אטמים, בולמי זעזועים, מסועים ותחומים אחרים הדורשים חוזק מכני גבוה.
גומי פוליבוטדיאן (BR)
טווח חוזק מתיחה: 15-25 MPa
גומי בוטאדיאן ידוע בגמישותו הגבוהה במיוחד ובעמידותו הטובה בפני התפשטות הסדקים וחוזק המתיחה שלו מוגבר משמעותית לאחר גיפור ומיזוג, מה שהופך אותו לחומר חשוב בתחומי תעשייה רבים.
גומי ניטריל בוטאדיאן (NBR)
טווח חוזק מתיחה: 10-20 MPa (עלייה משמעותית לאחר גיפור)
גומי ניטריל נמצא בשימוש נרחב במוצרים תעשייתיים בשל עמידותו בשמן וחוזק מכני טוב, מתאים במיוחד לסביבות קורוזיביות כימיות.
אתילן פרופילן דין מונומר (EPDM)
טווח חוזק מתיחה: 10-18 MPa
ל-EPDM יש עמידות מצוינת למזג האוויר, עמידות לאוזון ועמידות בחום, והוא נמצא בשימוש נרחב בתחוםרכבושדות בנייה.
גומי סיליקון (VMQ)
טווח חוזק מתיחה: 6-15 MPa
גומי סיליקון ידוע בעמידותו לטמפרטורות גבוהות ונמוכות, ולמרות חוזק המתיחה הנמוך שלו, הוא מצטיין בתחומי התעופה והרפואה.
גומי פלואורוקרבון (FKM)
טווח חוזק מתיחה: 10-18 MPa
פלואורואלסטומרים מצטיינים בסביבות כימיות ובטמפרטורות גבוהות ומשמשים בעיקר ביישומים מיוחדים עמידים בפני קורוזיה וטמפרטורות גבוהות.
| סוג גומי | חוזק מתיחה (MPa) | התארכות בהפסקה (%) | יתרונות מרכזיים |
|
PU |
30–50 |
500–800 |
חוזק מתיחה ועמידות בפני שחיקה גבוהים במיוחד |
|
NR |
20–30 |
500–700 |
גמישות גבוהה וחוזק שבירה |
|
BR |
15–25 |
400–600 |
עמידות טובה בפני התפשטות סדקים |
|
CR |
10–20 |
200–300 |
יכולת מזג אוויר, עמידות בשמן ועיכוב בעירה |
|
NBR |
10–20 |
250–350 |
עמידות מצוינת בשמן וכימיקלים |
|
EPDM |
10–18 |
300–400 |
עמידות להזדקנות ועמידות לאוזון |
|
VMQ |
6–15 |
150–300 |
עמידות בטמפרטורה גבוהה ונמוכה ותאימות ביולוגית |
מבחינת ביצועים מקיפים, גומי פוליאוריטן תופס את המקום הראשון עם חוזק המתיחה ועמידות הבלאי הגבוהים ביותר, בעוד שהגומי הטבעי מדורג במקום השני עם הגמישות והחוזק הגבוהים שלו. ניאופרן הוא חומר חשוב בהנדסה ובתעשייה הודות לחוזק המתיחה המאוזן שלו (15-25 MPa לאחר גיפור) ועמידות מעולה בפני מזג אוויר ועיכוב בעירה. בהתאם לדרישות היישום הספציפי, לחומרי גומי שונים יש את טווח השימוש והיתרונות האופטימליים שלהם.