Chương 1 Giới thiệu về khoa học cao su 1.1 Cao su và đàn hồi 1.1 Vật liệu và vấn đề Trước khi nghiên cứu khoa học cao su là một nhánh của khoa học vật liệu, chúng ta cần phải hiểu sự khác biệt giữa vật liệu và vật chất. Phạm vi của hai từ này được minh họa trong Hình 1.1 theo lý thuyết tập hợp, ngụ ý rằng vật chất tạo thành một tập hợp lớn hơn (tập hợp) so với vật liệu. Hình ảnh này cũng cho thấy rằng mọi vật liệu đều nằm trong vật chất.1, cũng hiển thị sự thật và thông tin, những điều này sẽ được giải thích sau.) Sau đó, rời khỏi lý thuyết tập hợp toán học, chúng ta phải hỏi chỉ số hoặc chỉ mục là gì để phân biệt chất lượng giữa hai từ này một cách chất lượng? Câu trả lời là tiện ích xã hội đối với chúng ta. Nói cách khác, tính hữu ích là một thuộc tính cần thiết của vật liệu, trong khi vật chất có thể có ích hoặc không có ích [1–3].
Trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, chúng ta sử dụng hàng nghìn sản phẩm được làm từ các vật liệu khác nhau. Các vật liệu có thể tự nhiên hoặc tổng hợp. Các vật liệu tổng hợp sau thường được sản xuất công nghiệp thông qua các quy trình chuyển đổi cơ học và hóa học. Chắc chắn, một trong những đặc điểm nổi bật của xã hội công nghiệp hiện đại sau Cách mạng Công nghiệp là sự lãng phí ngày càng tăng của chúng ta trong việc sử dụng các vật liệu tổng hợp.
Hiện nay, khoa học vật liệu được coi là một trong ba công nghệ chính cùng với khoa học thông tin và công nghệ sinh học. Hoặc, gần đây hơn, công nghệ chính sẽ là bốn, khi khoa học môi trường được bao gồm. Mặt khác, bản chất của vật chất (hoặc thường được sử dụng là "chất" trong lĩnh vực hóa học) là sự tồn tại khách quan chính xác trong thế giới này, phù hợp với giả thuyết a priori mà đa số các nhà khoa học tự nhiên, kỹ sư công nghệ và kỹ sư giữ một cách không có ý thức hoặc không suy nghĩ nhiều [1, 4–7]. Sự tồn tại của vật chất không có lý do để tồn tại.
Nói cách khác, nó không cần phải có một lý do để tồn tại, điều này là một trong những đặc điểm cơ bản của khoa học hiện đại. Ngoài ra, theo quan điểm triết học, vật chất được giả định là không thể phá hủy như một thể thống nhất [6, 7]. Đó là, vật chất có thể được chuyển đổi thành vật chất khác, nhưng không bao giờ bị hủy bỏ. Sự hiểu 2 biết triết học này liên quan đến việc thành lập khoa học của lý thuyết nguyên tử và luật bảo toàn năng lượng vào cuối thế kỷ 19.
Luật đã được mở rộng để chứa cả vật chất hoặc chất cũng như năng lượng, thông qua mối quan hệ của Einstein: E = mc² trong đó E là năng lượng, m là khối lượng và c là vận tốc của ánh sáng. Theo hiểu biết khoa học hiện đại, vật liệu là vật chất được sử dụng cho con người, như được giải thích trong Hình 1. Trong cuốn sách này, cao su được mô tả là một vật chất từ một quan điểm khoa học cơ bản và cũng được xem xét là một vật liệu từ quan điểm khoa học vật liệu.1 Mối quan hệ giữa vật chất và vật chất 1.2 Tài liệu đã tạo nên sự phân nhóm lịch sử của chúng ta Kể từ khi vật liệu trở nên hữu ích đối với chúng ta, lịch sử của loài người đã được chia thành ba giai đoạn dựa trên loại vật liệu chính được sử dụng ở mỗi thời đại: Thời kỳ Đá, Thời kỳ Đồng và Thời kỳ Sắt. Khoảng bảy triệu năm trước, một loài khỉ người (Pithecanthropus) xuất hiện trên trái đất, và nó tiến hóa thành một loài người tiền sử, tức là con người nguyên thủy, khoảng hai triệu năm nay.
Loài người bắt đầu sử dụng một công cụ vụn được làm từ đá. Đó là, Thời kỳ Đá Thạch đã bắt đầu, tiếp theo là Thời kỳ Đá mới khi công cụ đá được mài mịn trở nên phổ biến. Trong Thời kỳ Đá, loài người học cách sử dụng lửa khoảng hai triệu năm trước, không chỉ để sưởi ấm cơ thể mà còn để nấu các nguyên liệu thực phẩm khác nhau sau này. Sự quan trọng của sự kiện này đã tạo ra một truyền thuyết Hy Lạp rằng Prometheus, người đã lấy lửa thiên đường và trao nó cho một người, đã bị phạt bằng việc bị cột vào núi Kavkaz theo mệnh lệnh của Zeus.
Anh ta chỉ được giải phóng bởi con trai của Zeus, Herakles. Việc nấu một bữa ăn cơ 3 bản là một quá trình biến đổi hóa học bằng cách sử dụng lửa, kèm theo một số biến đổi vật lý hoặc cơ học của nguyên liệu thực phẩm. Kết hợp với sự phát minh của các sản phẩm gốm sứ làm bình chứa, việc nấu nướng đã mở rộng phạm vi của các nguyên liệu thực phẩm và thời gian bảo quản thực phẩm. Thông qua những phát hiện và phát minh này, loài người tiền sử đã tiến hóa thành Homo sapiens, loài người hiện tại.
Và tám mươi đến bảy mươi nghìn năm trước, họ bắt đầu lan rộng trên toàn thế giới từ Thung lũng Đông Phi. Cuộc hành trình có lẽ đã kết thúc khi họ đến đầu phía nam của lục địa Nam Mỹ khoảng hai mươi nghìn năm trước. Kỷ băng hà cuối cùng kết thúc khoảng mười hai nghìn năm trước Công nguyên (BC), khi việc trồng cây, đặc biệt là lúa mạch, bắt đầu tại Vùng lưỡi liềm ở Trung Đông. Đây là sự bắt đầu của một nền nông nghiệp toàn diện.
Tiến triển của nông nghiệp đòi hỏi càng ngày càng phải sử dụng nhiều loại sản phẩm gốm sứ và đồ sứ phức tạp hơn. Nông nghiệp cũng làm cho việc di cư liên tục của con người không còn cần thiết nữa, dẫn đến việc người ta ổn định lại ở một nơi phù hợp để canh tác. Khi họ đã săn bắt động vật và thu thập trái cây và hạt, họ phải di chuyển liên tục hoặc ít nhất là theo mùa. Lúa mạch được bảo quản tốt hơn nhiều so với các nguyên liệu thực phẩm khác và được lưu trữ trong bình đất sét.
Do đó, nguồn cung cấp thực phẩm trở nên ổn định hơn nhiều dưới nền kinh tế nông nghiệp so với nền kinh tế săn bắt và thu thập trước đây. Tiến triển của nông nghiệp trong Thời kỳ Đá mới đã mở đường cho nền văn minh. Do đó, thông qua Thời kỳ Đồng ngắn ngủi, Thời kỳ Sắt bắt đầu khoảng bốn ngàn BC. Sự phổ biến của sản phẩm sắt đặc biệt hiệu quả trong việc tạo ra nền văn minh cho nhiều chủng tộc loài người, cùng với sản xuất nông sản thực phẩm.
Sự quan trọng của các sản phẩm sắt trong một xã hội là do tính linh hoạt của sắt như một vật liệu, và ý nghĩa của nó được hiểu thông qua việc rằng xã hội chưa sử dụng sản phẩm sắt thường được gọi là "thô sơ." Ngoài ra, việc sử dụng sản phẩm sắt đã cho phép con người sử dụng các vật liệu khác ngoài sắt. Dưới các xu hướng đa dạng hóa này, các nền văn minh Maya và Inca, nơi sản phẩm sắt không được sử dụng rộng rãi.3 Khoa học về vật liệu cao su và đàn hồi Trong thế kỷ hai mươi, nhu cầu cao su cho lốp xe ô tô được nhấn mạnh với sự phổ biến của các phương tiện giao thông: Mẫu xe nổi tiếng Ford Model-T đã được tiếp thị từ 4 sớm, vào năm 2008. Giá cao su tự nhiên đã tăng vọt, điều này đã khiến cho sự quan tâm mạnh mẽ đến việc chế biến hóa chất của cao su tổng hợp, trong lĩnh vực hóa học tổng hợp [21]. Sự phát triển toàn diện của cao su tổng hợp, tuy nhiên, đã được quan sát từ những năm 1930 và 1940, và các hoạt động phát triển khẩn cấp, quy mô lớn của cao su tổng hợp đã được theo sau bởi việc sản xuất công nghiệp hàng loạt của chúng trong thời kỳ Chiến tranh thế giới II, điều này đã mở ra thời kỳ hiện tại của sự cùng tồn tại của cao su tự nhiên và cao su tổng hợp [21, 23–25].
Với việc tăng cường sử dụng cao su, từ "elastomer" đã trở nên phổ biến hơn đặc biệt là trong lĩnh vực cao su tổng hợp [24]. Rất nhiều khi từ elastomer đã được sử dụng thay thế với từ cao su. Tuy nhiên, elastomer, nguyên gốc của nó là một từ tính từ "đàn hồi", có nghĩa là vật liệu đàn hồi, và nó bao gồm cao su liên kết và elastomer nhiệt dẻo (TPE, xem Mục 3. Trong khi đó, cao su bao gồm cao su nguyên chất, keo cao su và keo cao su, các sản phẩm cao su không liên kết.
Quan trọng hơn nữa, từ cao su được sử dụng trong các từ ngữ kỹ thuật diễn tả trạng thái và tính chất của vật liệu, như "đàn hồi cao su", "trạng thái đàn hồi", và "ma trận đàn hồi". Do đó, từ cao su là một từ đa năng hơn nhiều so với elastomer. Hiện nay, khoa học hoặc học vấn, mà ngày nay gần như tương đương với khoa học, đã được chia nhỏ như được thể hiện trong Bảng 1. (Một số nhà khoa học xã hội và nhân văn vẫn không thích sử dụng từ "khoa học".
Họ thích từ "học" hoặc "Wissenschaften" trong tiếng Đức. Đối với họ, khoa học chỉ có nghĩa là khoa học tự nhiên). Hai điểm sau đây đáng chú ý trong bảng: (i) Triết học là một khoa học nghiên cứu cách hiểu thế giới này và loài người nói chung, trong khi toán học liên quan đến số lượng của tất cả những gì tồn tại trong thế giới này (bao gồm cả não bộ hoặc tâm trí của chúng ta). Do đó, hai điều này là một phần độc lập của khoa học.
Quan điểm này ngày nay được chấp nhận hơn: Triết học về khoa học và công nghệ được công nhận là một trong những lĩnh vực quan trọng nhất trong triết học hiện đại, và việc sử dụng toán học đã trở nên ngày càng phổ biến trong nhiều lĩnh vực khoa học xã hội và nhân văn. (ii) Kỹ thuật, nông nghiệp và y học đã được công nhận trong số khoa học tự nhiên cho đến nay. Tuy nhiên, chúng được đặt riêng biệt dưới công nghệ trong bảng. Chúng thuộc về kỹ thuật, nhưng khoa học về kỹ thuật không được coi là độc lập; chúng được coi là một phần ứng dụng của toán học, vật lý, hóa học hoặc sinh học.