Lastik neden esnektir?
Lastik, uzun polimer zincirlerinin bir ağ içinde biçim değiştirebilmesi sayesinde büyük ölçüde uzayıp geri dönebilir. Çekildiğinde zincirlerin yerleşimi değişir; bırakıldığında daha çok sayıda olası kıvrımlı düzenin bulunması geri toparlanmaya katkıda bulunur.
Yapı ve çalışma mekanizması
1. Uzun zincirlerden oluşan ağ Kauçuk benzeri malzemelerde tekrar eden kimyasal birimler uzun zincirler oluşturur. Dinlenme hâlinde zincirler dümdüz sıralanmış değildir; farklı yönlere kıvrılabilir ve birbirlerinin çevresinde dolaşabilir. Çekme kuvveti uygulandığında bu düzen daha yönlenmiş hâle gelir. Gözle görülen uzama yalnız atomlar arasındaki bağların aynı oranda uzaması değildir. Zincirlerin konum ve biçim değiştirmesi makroskopik harekette büyük pay taşır. Malzemenin neden metal yaydan farklı davrandığını anlamak için bu ağ yapısını dikkate almak gerekir; ikisi de esnek olsa da temel katkıları aynı değildir. 2. Entropinin geri çağırıcı etkisi Bir zincirin uçları birbirine yakınken alabileceği kıvrımlı biçimlerin sayısı, çok uzatılmışken alabileceği biçimlerden genellikle daha fazladır. Germe, ağın erişebildiği düzenlerin sayısını azaltır. Uygun koşullarda ağ, kuvvet kalkınca daha çok sayıda olası düzen içeren hâllere yönelir. Entropik esneklik denilen açıklamanın özü budur. Bunu zincirlerin bilinçli olarak eski yerini hatırlaması şeklinde düşünmemek gerekir. İstatistiksel bir davranıştan söz edilir. Gerçek kauçukta bağ enerjisi, kristalleşme ve katkılar gibi başka etkiler de bulunabileceğinden tek mekanizma bütün koşulları açıklamaz. 3. Çapraz bağlar neden gereklidir? Zincirler arasında bağlantılar bulunmasaydı, uzun süreli yük altında birbirlerinin yanından daha kolay kayabilirlerdi. Çapraz bağlar ağı bir arada tutarak büyük biçim değişiminin ardından geri dönüşü mümkün kılar. Vulkanizasyon, kauçuğun özelliklerini bu bağlantılar üzerinden değiştiren önemli bir işlemdir. Ancak bağ sayısını artırmak her niteliği aynı anda iyileştirmez: daha sıkı bir ağ daha az uzayabilir. Ürün tasarımında esneklik, yırtılma dayanımı, sertlik ve işlenebilirlik birlikte dengelenir. Bu nedenle bir paket lastiğiyle otomobil lastiğinin aynı davranışı göstermesi beklenmez.
Örnekler, ölçüm ve sınırlar
4. Esneklik kusursuz enerji dönüşü değildir Lastiği gerip bıraktığımızda verilen enerjinin tamamı yararlı hareket olarak geri alınmaz. Zincir hareketleri sırasında enerjinin bir bölümü ısıya dönüşür. Yükleme ve boşaltma eğrilerinin farklı olması histerezis olarak adlandırılır. Bu özellik titreşim sönümlemede yararlı olabilir, fakat sürekli çalışan bir parçada ısınmaya da yol açabilir. Bir lastiğin sıçrama davranışı yalnız ne kadar yumuşak olduğuyla açıklanamaz. Enerjiyi ne ölçüde geri verdiği ve bu davranışın hareket hızına nasıl bağlı olduğu da önemlidir. Esnekliğin miktarı ile enerji kaybı farklı özelliklerdir. 5. Sıcaklık ve yükleme hızı Polimer zincirlerinin hareket edebilmesi sıcaklığa ve zaman ölçeğine bağlıdır. Bazı elastomerler yeterince soğutulunca sertleşir ve büyük esneme yeteneklerini kaybeder; bu davranış cam geçişiyle ilişkilidir. Aynı malzeme hızlı çekildiğinde ve yavaşça yüklendiğinde farklı tepki verebilir. Sürekli yük altında zamanla uzama sürünme, sabit uzamada kuvvetin zamanla azalması ise gerilme gevşemesi olarak incelenir. Bu iki gözlem karıştırılmamalıdır. Belirli bir elastomer için güvenilir sıcaklık sınırı, yalnız genel kauçuk bilgisinden çıkarılamaz; bileşim ve üretici verileri gerekir. 6. Yaşlanma ve kullanım sınırları Oksijen, ozon, güneş ışığı ve bazı kimyasallar polimer ağını zamanla değiştirebilir. Yüzey çatlakları veya sertleşme, yeni bir ürünle aynı esneme davranışının korunmadığını gösterebilir. Yağla temasın bütün lastikler için aynı sonucu verdiği varsayılamaz; elastomer türleri farklıdır. Çok uzatılan bir bant kalıcı hasar görebilir veya koparak savrulabilir. Özellikle yük taşıyan ve güvenlikle ilgili parçalarda görünüşe bakmak yeterli değerlendirme değildir. Lastiğin esnekliği, sınırsız dayanıklılık anlamına gelmez; ağ yapısı ile kullanım koşulları birlikte ele alınmalıdır.