높은 탄성과 탄력성을 포함한 고무의 놀라운 특성은 근본적으로 복잡한 분자 구조에 의해 결정됩니다. 이러한 구조적 특성을 이해하는 것은 특정 성능 요구 사항을 충족하도록 고무 제제를 맞춤화하는 데 중요합니다. 고무 재료에서 발견되는 주요 구조 모티프에는 선형, 분지형 및 가교형 구성이 포함됩니다.
선형 구조는 가황되지 않은 고무의 지배적인 형태를 나타냅니다. 폴리머 사슬은 유난히 높은 분자량으로 인해 외부 힘이 없을 때 무작위로 감겨지고 얽힌 형태로 존재합니다. 외부 힘이 가해지면 얽힘 정도가 변경되어 체인이 확장되고 정렬됩니다. 적용된 힘이 제거되면 체인은 쉽게 원래의 코일 상태로 돌아갑니다. 이 현상은 고무 재료에서 관찰되는 특징적인 높은 탄성의 기초가 됩니다.
분지형 구조는 주요 중합체 골격을 따라 측쇄가 응집되어 형성되어 '겔'로 알려진 겔형 도메인이 형성됩니다. 이러한 겔의 존재는 일반적으로 고무 화합물의 가공 및 최종 성능 모두에 해롭습니다. 혼합(저작) 중에 혼합 성분이 젤 영역에 침투하기 어려울 수 있으며, 이로 인해 강화 및 가교 결합이 부족한 국부적인 영역이 생길 수 있습니다. 이러한 불균일성은 최종 제품에서 약점으로 작용할 수 있습니다.
가교 구조는 선형 폴리머 사슬이 원자 또는 원자 그룹 사이에 형성된 공유 결합 또는 이온 결합을 통해 상호 연결되어 3차원 네트워크 구조를 생성할 때 나타납니다. 가황 공정이 진행됨에 따라 가교 정도가 증가합니다. 가교 밀도가 증가함에 따라 사슬 세그먼트의 자유로운 이동성이 감소하여 가소성 및 신장률이 감소합니다. 동시에 인장강도, 탄성, 경도의 개선도 관찰됩니다. 또한 압축 영구 변형 및 용매 팽창이 감소됩니다.
고무의 분자 구조는 고무의 재료 특성에 깊은 영향을 미칩니다.
카본 블랙과 같은 충전제의 강화 효과는 고무 구조, 특히 인장 강도와 인열 강도에 큰 영향을 받습니다. 일반적인 경향은 고구조 카본 블랙이 비슷한 입자 크기의 비결정성 고무에서 더 큰 강화를 나타내어 인장 강도와 인열 강도 값이 더 높다는 것입니다.
고무 매트릭스의 구조는 전기 전도성을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 가지형 구조는 고무 내에서 상호 연결된 전도성 경로를 보다 쉽게 형성하여 전기 전도성을 향상시킵니다.
고분자 사슬의 가교는 전체 고무 네트워크의 탄성 회복과 기계적 안정성에 기여합니다. 가교고무는 외력에 의해 변형되면 원래의 형상으로 빠르게 회복되며, 물리-기계적 특성 및 내화학성이 향상됩니다.
