Состав резины и ее получение. Из чего и как делают резину (шины)

Продолжаю интересные и полезные статьи. Первая была про . Сегодня я же хочу поговорить об резине или шинах. Из чего их делают и какой они проходят путь до наших прилавков. Многие ошибочно думают — что в основе всего лежит нефть, многие даже уверенны — что ее там под 90%, однако это не совсем так. НА заре своего появления шины были продуктом природы практически на 100% …

Прежде чем рассказать вам о современных шинах, позвольте копнуть в историю и рассказать про резину на заре ее производства.

Что такое каучук?

ДА будет вам известно – что основной компонент резины делается из каучука, а это очень даже природный материал который добывают из каучуковых деревьев. В южной Африке такие деревья существуют очень давно, даже сложно подсчитать их возраст. Однако Европейцы познакомились с ними в 16 веке, когда вернулся на родину Христофор Колумб.

Если разложить слово «КАУЧУК» на составляющие, то получается «КАУ» — растение, дерево, «УЧУ» — плакать, течь. ТО есть если дословно перевести то это «плачущее дерево», с языка индейцев племени реки Амазонки. Однако есть и научное название – «КАСТИЛЬЯ», произрастает оно на берегах реки Амазонки в непроходимых джунглях.

«КАСТИЛЬЯ» очень высокое дерево вырастет оно 50 метров в высоту и цветение продолжается круглый год. В коже, листьях и соцветиях, очень много так называемого млечного сока, который содержит натуральный каучук. Из-за того что эти деревья очень большие, зачастую происходили обрывы веток или цветов и в месте прорыва дерево «плакало» таким соком.

Это два основных растения, которые дают натуральные каучуки. В средней Азии, а также на берегах южной Америки, Бразилии, Перу, острове Шри-Ланка есть целые плантации таких деревьев, которые существуют только с одной целью – добывание этого сока! Это уже давно налаженный бизнес.

В пятерку «популярных» также входят растения: «МАНИОКА», «САЛЬНОЕ ДЕРЕВО» и кустарник «ИН-ТИЗИ». Все они являются источниками для последующего производства резины.

Как я писал, выше каучук был привезен в Европу очень давно, но вот на первое его использование решился – К.МАКИНТОШ, не путать с компьютерами от «APPLE», он впервые пропитал плащ от дождя этим составом, благодаря чему тот получился практически не промокаемым. В холодную погоду он становился плотным и не промокаемым, а вот в жару становился немного «липковатым». Нужно отметить, что МАКИНТОШ подсмотрел этот метод у индейцев с Амазонки, те уже несколько веков пропитывали свою одежду, а также растения нужные для производства крыш домов именно каучуком – характеристики водонепроницаемости намного увеличивались.

Так что появлению резины мы косвенно обязаны – индейцам Амазонки! Посмотрите короткий ролик.

Производство резины

Ну вот мы и подошли до самого интересного до производства самой резины, и это не обязательно колеса автомобиля, резина сейчас применяется везде, даже в резинках для волос.

После того как соберут сок каучука, он еще очень далек от производства резины. Изначально из него производят латекс, это промежуточное звено. Однако чистый латекс сейчас применяется везде, начиная от медицины, заканчивая промышленностью.

Сок наливают в большие чаны и перемешивают в больших чанах с кислотой, обычно в течение 10 часов. После чего он затвердевает. Это уже и есть латекс.

После его пропускают через специальные валы, таким образом, убирая лишнюю влагу. Получается длинная и достаточно широкая лента.

Эту ленту запускают под специальные ножи и измельчают ее. Если посмотреть на этот состав, то это похоже на пережаренный омлет.

Эту воздушную массу, обжигаю в больших печах под воздействием достаточно высоких температур – 13 минут. Теперь он получается эластичным и похожим на бисквит, его прессуют блоками и отправляют на производство.

Конечно в сетях вы не найдете точной формулы производство резины и тем более шин, все это держится в строгом секрете. Однако суть процесса не изменилась за последние 100 лет и всем давно известна.

Чтобы сделать резину, нужно взять эти брикеты латекса и подвергнуть их вулканизации. Также добавляется в этот состав сера и другие «скрытые» ингредиенты. Все это добавляют в специальный котел, нагревают, перемешивают и после таких манипуляций уже и появляется резина.

Как только она разогрета до 120 градусов, ее раскатывают специальными валами, до тонких полос. Там же она и охлаждается.

После эти полоски , читайте статью.

Современная резина для шин

В современном мире шины для колес, делаются в основном из резины. Но она может быть не только натуральной, но и синтетической. Да сейчас научились производить синтетические каучуки. Каучук имеет в составе самую большую долю, обычно это – 40-50% от общей массы.

Далее в резину добавляют сажу (или технический углерод). В массовой доле колеса его примерно 25-30% от общей массы. Его добавляют для большей прочности конструкции, а также для выдерживания высоких температур. Сажа как бы скрепляет молекулы каучука делая их намного прочнее, они легко выдерживают трение и температуры при экстренных торможениях. Без этого углерода (сажи) шины ходили бы раз в 10-15 меньше.

Следующая добавка – это кремниевая кислота. Некоторые производители заменяют ей углерод, так как она дешевле и обладает высокими свойствами для сцепления молекул. Однако другие от нее напрочь отказываются, констатируя что она дает недостаточную износостойкость! Однако если все же проанализировать состав многих ведущих компаний, то она присутствует в составе, она улучшает сцепление на мокрой дороге. Информация разнится, сколько ее добавляют, но если вывести среднюю составляющую примерно 10%.

Еще одни добавки это смолы или масла. Их больше в зимней резине и меньше в летней, они придают «смягчающую роль» резине, не дают ей быть такой «дубовой». Особенно это важно для зимних вариантов. Добавление около 10-15%.

НУ и последнее и очень важное это специфические секретные составы производителя, их также около 10%, но они могут очень сильно изменить параметры готовой шины. Держатся они понятно в строгом секрете.

Основа резины – каучук натуральный (НК) или синтетический (СК), который определяет основные свойства резинового материала.

Подавляющее большинство каучуков является непредельными. Высокополимерными (карбоцепными) соединениями с двойной химической связью между углеродными атомами в элементарных звеньях макромолекулы. Молекулярная масса каучуков 400 000 – 450 000. Структура макромолекул линейная или слаборазветвленная и состоит из отдельных звеньев, которые имеют тенденцию свернуться в клубок, занять минимальный объем, но этому мешают силы межмолекулярного взаимодействия, поэтому молекулы каучука извилистые (зигзагообразные) Такая форма молекул является причиной исключительно высокой эластичности каучука (под небольшой нагрузкой происходит выпрямление молекул, изменяется их конформация). По свойствам каучуки напоминают термопластичные полимеры. При определенных условиях их можно переводить в термостабильное состояние. Для этого по месту двойной связи присоединяется сера (или другое вещество). Они образуют в поперечном направлении как бы «мостики» между нитевидными молекулами каучука, в результате чего получается пространственно-сетчатая структура, присущая резине (вулканизату). Процесс химического взаимодействия каучуков с серой в технике называется вулканизацией .

В зависимости от количества вводимой серы получается различная частота сетки полимера:

1-5% Sобразуется редкая сетка, и резина получается высокоэластичной, мягкой;

30% - максимально возможное насыщение каучука серой образуется твердый материал – эбонит – (сетчатая структура более частая, резина более твердая).

При вулканизации изменяется молекулярная структура полимера, происходит изменение свойств:

Резко возрастает прочность при растяжении и эластичность каучука, а пластичность почти полностью исчезает (НК имеет σ в =1,0-1,5 МПа после вулканизации σ в = 35 МПа).

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ, СОСТАВ И КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЗИН

Резиной называется продукт специальной обработки (вулканизации) смеси каучука и серы с различными добавками.

Резина как технический материал отличается от других материалов высокими эластическими свойствами, которые присущи каучуку - главному исходному компоненту резины. Она способна к очень большим деформациям (относительное удлинение достигает 1000 %), которые почти полностью обратимы. При нормальной температуре резина находится в высокоэластическом состоянии и ее эластические свойства сохраняются в широком диапазоне температур.

Модуль упругости лежит в пределах 1-10 МПа, т. е. он в тысячи и десятки тысяч раз меньше, чем для других материалов. Особенностью резины является ее малая сжимаемость (для инженерных расчетов резину считают несжимаемой); коэффициент Пуассона 0,4-0,5, тогда как для металла эта величина составляет 0,25 - 0,30. Другой особенностью резины как технического материала является релаксационный характер деформации. При нормальной температуре время релаксации может составлять 10 -4 с и более. При работе резины в условиях многократных механиче­ских напряжений часть энергии, воспринимаемой изделием, теряется на внутреннее трение (в самом каучуке и между молеку­лами каучука и частицами добавок); это трение преобразуется в теплоту и является причиной гистерезисных потерь. При эксплуатации толстостенных деталей (например, шин) вследствие низкой теплопроводности материала нарастание температуры в массе резины снижает ее работоспособность.

Кроме отмеченных особенностей для резиновых материалов характерны высокая стойкость к истиранкюугазо- и водонепроницаемость, химическая стойкость, электроизолирующие свойства и небольшая плотность.

Состав и классификация резин. Основой всякой резины служит каучук натуральный (НК) или синтетический (СК), который и определяет основные свойства резинового материала. Для улуч­шения физико-механических свойств каучуков вводятся различ­ные добавки (ингредиенты). Таким образом, резина состоит из каучука и ингредиентов, рассмотренных ниже.

1.Вулканизирующие вещества (агенты) участвуют в образовании пространственно-сеточной структуры вулканизата. Обычно в качестве таких веществ применяют серу и селен, для некоторых канчуков перекиси. Для резины электротехнического назначения вместо элементарной серы (которая взаимодействует с медью) применяют органические сернистые соединения - тиурам (тиурамовые резины).

Ускорители процесса вулканизации; полисульфиды, оксиды свинца, магния и другие влияют как на режим вулканизации, так и на физико-механические свойства вулканизатов. Ускорители проявляют свою наибольшую активность в присутствии оксидов некоторых металлов (цинка и др.), называемых поэтому в составе резиновой смеси активаторами.

2.Противостарители (антиоксиданты) замедляют процесс старения резины, который ведет к ухудшению ее эксплуатационных свойств. Существуют Противостарители химического и физиче­ского действия. Действие первых заключается в том, что они задерживают окисление каучука в результате окисления их самих или за счет разрушения образующихся перекисей каучука (приме­няются альдоль, неозон Д и др.). Физические Противостарители (парафин, воск) образуют поверхностные защитные пленки, они применяются реже.

3.Мягчители (пластификаторы) облегчают переработку рези­новой смеси, увеличивают эластические свойства каучука, повы­шают морозостойкость резины. В качестве мягчителей вводят пара­фин, вазелин, стеариновую кислоту, битумы, дибутилфталат, рас­тительные масла. Количество мягчителей составляет 8-30 % массы каучука.

4.Наполнители по воздействию на каучук подразделяют на активные (усиливающие) и неактивные (инертные). Активные наполнители (углеродистая сажа и белая сажа - кремнекислота, оксид цинка и др.) повышают механические свойства резин:

прочность, сопротивление истиранию, твердость.

Неактивные наполнители (мел, тальк, барит) вводятся для удешевления стои­мости резины.

Часто в состав резиновой смеси вводят регенерат - продукт переработки старых резиновых изделий и отходов резинового производства. Кроме снижения стоимости регенерат повышает качество резины, снижая ее склонность к старению.

5.Красители минеральные или органические вводят для ок­раски резин. Некоторые красящие вещества (белые, желтые, зеле­ные) поглощают коротковолновую часть солнечного спектра и этим защищают резину от светового старения.

Подавляющее большинство каучуков является непредельными, высокополимерными (карбоцепными) соединениями с двойной химической связью между углеродными атомами в элементарных звеньях макромолекулы. (Некоторые каучуки получают на основе насыщенных линейных полимеров.) Молекулярная масса каучу­ков исчисляется в 400 000-450 000. Структура макромолекул линейная или слаборазветвленная и состоит из отдельных звеньев, которые имеют тенденцию свернуться в клубок, занять минималь­ный объем, но этому препятствуют силы межмолекулярного взаи­модействия, поэтому молекулы каучука извилистые (зигзагооб­разные). Такая форма молекул и является причиной исключи­тельно высокой эластичности каучука (под небольшой нагрузкой происходит выпрямление молекул, изменяется их конформация). По свойствам каучуки напоминают термопластичные полимеры. Наличие в молекулах каучука непредельных связей позволяет при определенных условиях переводить его в термостабильное состояние. Для этого по месту двойной связи присоединяется двухвалентная сера (или другое вещество), которая образует в поперечном направлении как бы «мостики» между нитевидными молекулами каучука, в результате чего получается пространствен­но-сетчатая структура, присущая резине (вулканизату). Процесс химического взаимодействия каучуков с серой в технике назы­вается вулканизацией.

В зависимости от количества вводимой серы получается раз­личная частота сетки полимера. При введении 1-5 % 8 образуется редкая сетка и резина получается высокоэластичной, мягкой. С увеличением процентного содержания серы сетчатая структура становится все более частой, резина более твердой, и при макси­мально возможном (примерно 30 %) насыщении каучука серой образуется твердый материал, называемый эбонитом.

При вулканизации изменяется молекулярная структура поли­мера (образуется пространственная сетка), что влечет за собой изменение его физико-механических свойств: резко возрастает прочность при растяжении и эластичность каучука, а пластич­ность почти полностью исчезает (например, натуральный каучук имеет δ В = 1,0-1,5 МПа, после вулканизации δ В == 35 МПа);

увеличиваются твердость, сопротивление износу. Многие кау­чуки растворимы в растворителях, резины только набухают в них и более стойки к химикатам. Резины имеют более высокую тепло­стойкость (НК размягчается при температуре 90 °С, резина рабо­тает при температуре свыше 100 °С).

На изменение свойств резины влияет взаимодействие каучука с кислородом, поэтому при вулканизации одновременно происхо­дят два процесса: структурирование под действием вулканизую­щего агента и деструкция под влиянием окисления и температура. Преобладание того или иного процесса сказывается на свойствах вулканизата. Это особенно характерно для резин из НК. Для син­тетических каучуков (СК) процесс вулканизации дополняется полимеризацией: под действием кислорода и температуры обра­зуются межмолекулярные углеродистые связи, упрочняющие термостабильную структуру, что дает повышение прочности.

Термическая устойчивость вулканизата зависит от харак­тера образующихся в процессе вулканизации связей. Наиболее прочные, а следовательно, термоустойчивые связи -С-С-, наименьшая поочность v полисульфидной связи -С-5-С.

Современная физическая теория упрочнения каучука объяс­няет повышение его прочности наличием сил связи (адсорбции и адгезии), возникающих между каучуком и наполнителем, а также образованием непрерывной цепочно-сетчатой структуры напол­нителя вслеДствие взаимодействия между частицами наполнителя. Возможно и химическое взаимодействие каучука с наполнителем.

По объему мирового потребления НК составляет 30 %, осталь­ное СК, который известен 250 видов.

По назначению резины подразделяют на резины общего назна­чения и резины специального назначения (специальные).

РЕЗИНЫ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

К группе резин общего назначения относят вулканизаты неполярных каучуков - НК, СКВ, СКС, СКИ.

НК - натуральный каучук является полимером изопрена (С5Н8)л. Он растворяется в жирных и ароматических растворите­лях (бензине, бензоле, хлороформе, сероуглероде и др.), обра­зуя вязкие растворы, применяемые в качестве клеев. При нагреве выше 80-100 °С каучук становится пластичным и при 200 °С начинает разлагаться. При температуре -70 °С НК становится хрупким. Обычно НК аморфен. Однако при длительном хранении возможна его кристаллизация. Кристаллическая фаза возникает также при растяжении каучука, что значительно увеличивает его прочность. Для получения резины НК вулканизуют серой. Резины на основе НК отличаются высокой эластичностью, проч­ностью, водо- и газонепроницаемостью, высокими электроизоля­ционными свойствами: р v = 3-Ю 14 - 23-Ю 18 Ом-см; & == 2,5.

СКВ - синтетический каучук бутадиеновый (днвинильный) получают по методу С. В. Лебедева. Формула полибутадиена Он является некристаллизующимся каучуком и имеет низкий предел прочности при растяжении, поэтому в резину на его основе необходимо вводить усиливающие наполнители. Моро­зостойкость бутадиенового каучука невысокая (от-40 до -45 °С). Он набухает в тех же растворителях, что и НК. Стереорегулярный дивинильный каучук СКД по основным техническим свойствам приближается к НК. Дивинильные каучуки вулканизуются серой аналогично натуральному каучуку.

СКС - бутадиенстирольный каучук получается при совмест­ной полимеризацией бутадиена (С 4 Н6) и стирола (СН2==СН-СвН5)-Это самый распространенный каучук общего назначения.

В зависимости от процентного содержания стирола каучук выпускают нескольких марок: СКС-10, СКС-30, СКС-50. Свойства каучука зависят от содержания стирольных звеньев. Так, напри­мер, чем больше стирола, тем выше прочность, но ниже морозо­стойкость. Из наиболее распространенного каучука СКС-30 полу­чают резины с хорошим сопротивлением старению и хорошо работающие при многократных деформациях. По газонепроницае мости и диэлектрическим свойствам они равноценны резинам на основе НК. Каучук СКС-10 можно применять при низких темпе­ратурах (от -74 до -77 °С). При подборе соответствующих напол­нителей можно получить резины с высокой механической проч­ностью.

СКИ - синтетический каучук изопреновый - продукт поли­меризации изопрена С 5 Н 8). Получение СКИ стало возможным в связи с применением новых видов катализаторов. По строению, химическим и физико-механическим свойствам СКИ близок к на­туральному каучуку. Промышленностью выпускаются каучуки СКИ-3 и СКИ-ЗП, наиболее близкие по свойствам к НК; каучук СКИ-ЗД, предназначенный для получения электроизоляционных резин, СКИ-ЗВ - для вакуумной техники.

Резины общего назначения могут работать в среде воды, воз­духа, слабых растворов кислот и щелочей. Интервал рабочих температур составляет от -35 до 130 °С. Из этих резин изгото­вляют шины, ремни, рукава, конвейерные ленты, изоляцию кабе­лей, различные резинотехнические изделия.

РЕЗИНЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Специальные резины подразделяют на несколько видовз маслобензостойкие, теплостойкие, ^светоозоностойкие, износостой­кие, электротехнические, стойкие к гидравлическим жидкостям.

Маслобензостойкие резины получают на основе каучуков хлоропренового (наирит), СКН и тиокола.

Наирит является отечественным хлоропреновым каучуком. Хлоропрену соответствует формула СН 2 =ССl-СН=СН 2 .

Вулканизация может проводиться термообработкой даже без серы, так как под действием температуры каучук переходит в тер­мостабильное состояние. Резины на основе наирита обладают высокой эластичностью, вибростойкостью, озоностойкостью, устойчивы к действию топлива и масел, хорошо сопротивляются тепловому старению. (Окисление каучука замедляется экрани­рующим действием хлора на двойные связи.) По темпер ату роустой-чивости и морозостойкости (от -35 до -40 °С) они уступают как НК, так и другим СК. Электроизоляционные свойства резины на основе полярного наирита ниже, чем у резины на основе неполяр­ных каучуков. (За рубежом полихлоропреновый каучук выпус­кается под названием неопрен, пербунан-С и др.).

СКН - бутадиеннитрильный каучук - продукт совместной полимеризации бутадиена с нитрилом акриловой кислоты:

СН 2 -СН =СН-СН 2 -СН 2 -СНСN-

В зависимости от состава каучук выпускают следующих марок? СКН-18, СКН-26, СКН-40. (Зарубежные марки: хайкар, пербунан, буна-М и др.). Присутствие в молекулах каучука группы СМ сообщает ему полярные свойства. Чем выше полярность каучука, тем выше его механические и химические свойства и тем ниже морозостойкость (например, для СКН" 18 от -50 до -60 °С, для СКН-40 от -26 до -28 °С). Вулканизируют СКН с помощью серы. Резины на основе СКН обладают высокой прочностью (δ В == = 35 МПа), хорошо сопротивляются истиранию, но по эластич­ности уступают резинам на основе НК, превосходят их по стой­кости к старению и действию разбавленных кислот и щелочей. Резины могут работать в среде бензина, топлива, масел в интер­вале температур от -30 до 130 °С. Резины на основе СКН приме­няют для производства ремней, конвейерных лент, рукавов, маслобензостойких резиновых деталей (уплотнительные прокладки, манжеты и т. п.).

Полисульфидный каучук , или тиокол, образуется при взаимо­действии галоидопроизводных углеводородов с многосернистыми соединениями щелочных металлов;..-СН 2 -СН 2 -S 2 -S 2 - ...

Тиокол вулканизуется перекисями. Присутствие в основной цепи макромолекулы серы придает каучуку полярность, вслед­ствие чего он становится устойчивым к топливу и маслам, к дей­ствию кислорода, озона, солнечного света. Сера также сообщает тиоколу высокую газонепроницаемость (выше, чем у НК), по­этому тиокол - хороший герметизирующий материал. Механи­ческие свойства резины н2 основе тиокола невысокие. Эластич­ность резин сохраняется при температуре от -40 до -60 °С. Теплостойкость не превышает 60-70 °С. Тиоколы новых марок работают при температуре до 130 °С.

Акрилатные каучука - сополимеры эфиров акриловой (или метакриловой) кислоты с акрилонитрилом и другими полярными мономерами - можно отнести к маслобензостойким каучукам. Каучуки выпускают марок БАК-12, БАКХ-7, ЭАХ. Для полу­чения высокопрочных резин вводят усиливающие наполнители. Достоинством акрилатных резин является стойкость к действию серосодержащих масел при высоких температурах; их широко применяют в автомобилестроении. Они стойки к действию кисло­рода, достаточно теплостойки, обладают адгезией к полимерам и металлам. Недостатками БАК являются малая эластичность, низкая морозостойкость, невысокая стойкость к воздействию горячей воды и пара.

Теплостойкие резины получают на основе каучука СКТ.

СКТ - синтетический каучук теплостойкий, представляет собой кремнийорганическое (полисилоксановое) соединение с хи­мической формулой

Si (СН 3) 2 - 0-Si (СН 3) 2 - ...

Каучук вулканизуется перекисями и требует введения уси­ливающих наполнителей (белая сажа). Присутствие в основной молекулярной цепи прочной силоксановой связи придает каучуку высокую теплостойкость. Так как СКТ слабо полярен, он обла­дает хорошими диэлектрическими свойствами. Диапазон рабочих температур СКТ составляет от -60 до 250 °С. Низкая адгезия, присущая кремнийорганическим соединениям (вследствие их сла­бой полярности), делает СКТ водостойким и гидрофобным (напри­мер, применяется для защиты от обледенения). В растворителях и маслах он набухает, имеет низкую механическую прочность, высокую газопроницаемость, плохо сопротивляется истиранию. При замене метальных групп (СНз) другими радикалами полу­чают другие виды силоксановых каучуков. Каучук с винильной группой (СКТВ) устойчив к тепловому старению и обладает мень­шей текучестью при сжатии, температура эксплуатации от -55 до 300 °С. Вводя фенильную группу (С 6 Н 5), получают каучук (СКТФВ), обладающий повышенной морозостойкостью (от -80 до -100 °С) и сопротивляемостью к действию радиации. Можно сочетать различные радикалы, обрамляющие силоксановую связь. Так, фенилвинилсилоксановый каучук имеет повышенные механи­ческие свойства. Если ввести в боковые группы макромолекулы СКТ атомы Р или группу СМ, приобретается устойчивость к топ­ливу и маслам. Введение в основную цепь атомов бора, фосфора дает возможность повысить теплостойкость резин до 350-400 °С и увеличить их клеящую способность. Силоксановые резины сгорают при 600-700 °С, а в течение нескольких секунд выдер­живают 3000 °С.

Морозостойкими являются резины на основе каучуков, име­ющих низкие температуры стеклования. Например, резины на основе СКС-10 и СКД могут работать при температуре до -60 °С;

НК, СКВ, СКС-30, СКН-до -50°С, СКТ - ниже -75°С.

Светоозоностойкие резины вырабатывают на основе насыщен­ных каучуков -фторсодержащих (СКФ), этиленпропиленовых (СКЭП), бутилкаучука.

Фторсодержащие каучуки получают сополимеризацией нена­сыщенных фторированных углеводородов (например, СF 2 = СFС1, СНз == СF 2 и др.). Отечественные фторкаучуки выпускают под марками СКФ-32, СКФ-26; зарубежные - кель-Ф и вайтон. Кау­чуки устойчивы к тепловому старению, воздействию масел, топ­лива, различных растворителей (даже при повышенных темпера­турах), негорючи. Вулканизованные резины обладают высоким сопротивлением истиранию. Теплостойкость длительная (до 300 °С). Недостатками является малая стойкость к большинству тормозных жидкостей и низкая эластичность. Резины из фторкаучуков широко применяют в авто" и авиапромышленности.

СКЭП - сополимер этилена с пропиленом - представляет со­бой белую каучукообразную масбу, которая обладает высокой прочностью и эластичностью, очень устойчива к тепловому старе­нию, имеет хорошие диэлектрические свойства. Кроме СКЭП выпускают тройные сополимеры СКЭПТ (за рубежом близкие по свойствам каучуки - висталом и дутрал).

Резины на основе фторкаучуков и этиленпропилена стойки к действию сильных окислителей (НNОз, Н 2 О 2 и др.), применяются для уплотнительных изделий, диафрагм, гибких шлангов и т. д., не разрушаются при работе в атмосферных условиях в течение нескольких лет.

Хлорсульфо полиэтилен (ХСПЭ) является насыщенным полиме­ром. Его вулканизация основана на взаимодействии с группами ЗО^С! и С1. Вулканизаты ХСПЭ имеют высокую прочность (о-в == == 16-26 МПа), относительное удлинение 8 == 280 - 560 %. Они обладают повышенным сопротивлением истиранию при нагре­ве, озоно-, масло- и бензостойки, хорошие диэлектрики. Интервал рабочих температур от -60 до 215 °С. Применяют эти резины как конструкционный и защитный материал (противокоррозионные, не обрастающие в морской воде водорослями и микроорганизмами покрытия, для защиты от воздействия у-излучения).

Бутилкаучук (Б К) получают совместной полимеризацией изо-бутилена с небольшим количеством изопрена (2-3 %).

В бутилкаучуке мало ненасыщенных связей, вследствие чего он обладает стойкостью к кислороду, озону и другим химическим реагентам. Каучук кристаллизующийся, что позволяет получать материал с высокой прочностью (хотя эластические свойства низ­кие). Каучук обладает высоким сопротивление истиранию и высо­кими диэлектрическими характеристиками. По темпер атуростой-кости уступает другим резинам, превосходя их по газо- и паро-непроницаемости.

Бутилкаучук - химически стойкий материал. В связи с этим он в основном предназначен для работы в контакте с концентриро­ванными кислотами и другими химикатами; кроме того, его при­меняют в шинном производстве (срок службы покрышек в 2 раза выше, чем покрышек из НК).

Износостойкие резины получают на основе полиуретановых каучуков СКУ.

Полиуретановые каучуки обладают высокой прочностью, элас­тичностью, сопротивлением истиранию, маслобензостой костью. В структуре каучука нет ненасыщенных связей, поэтому он стоек к кислороду и озону, его газонепроницаемость в 10-20 раз выше, чем газопроницаемость НК. Рабочие температуры резин на его основе составляют от -30 до 130°С. На основе сложных поли­эфиров вырабатывают каучуки СКУ-7, СКУ-8, СКУ-50; на основе простых полиэфиров - СКУ-ПФ, СКУ-ПФЛ. Последние отличаются высокой- морозостойкостью (для- СКУ-ПФ- до --75 °С)-и гидролитической стойкостью. Уретановые резины стойки к воз­действию радиации. Зарубежные названия уретановых каучуков - вулколлан, адипрен, джентан, урепан. Резины на основе СКУ применяют для автомобильных шин, конвейерных лент, обкладки труб и желобов для транспортирования абразивных материалов, обуви.

Таблица 50. Физико-механические свойства каучуков и саженаполненных резин.

Группа по назначению	Тип каучука	Плотность каучука,	Предел прочности, МПа	Удлинение, %		Температура, °С		Набухание в смеси бензин - бензол за 24 ч, %
				относи­тельное	оста­точное		хрупкости
Общего назначения
Специальные:
бензомаслостойкие
химически стойкие	Бутил каучук							Набухает
теплостойкие
теплохимически стойкие
износостойкие								Не набу­хает

Электротехнические резины включают электроизоляционные и электропроводящие резины. Электроизоляционные резины, при­меняемые для изоляции токопроводящей жилы проводов и кабелей, для специальных перчаток и обуви, изготовляют только на основе неполярных каучуков НК, СКВ; СКС, СКТ и бутилкаучука. Для них ру = 10 11 - 10 15 Ом. см, б = 2,5 - 4, 1§ 6 == 0,005 - 0,01.

Электропроводящие резины для экранированных кабелей полу­чают из каучуков НК, СКН, наирита, особенно из полярного кау­чука СКН-26 с введением в их состав углеродной сажи и графита (65-70 %). Для них ру = 10 2 -10 4 Ом*см.

Резину, стойкую к воздействию гидравлических жидкостей , используют для уплотнения подвижных и неподвижных соеди­нений гидросистем, рукавов, диафрагм, насосов; для работы в масле применяют резину на основе каучука СКН, набухание ко­торой в жидкости не превышает 1-4 %. Для кремнийорганических жидкостей применимы неполярные резины на основе каучуков НК, СКМС-10 и др.

Тема. ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

(КЛЕИ И ГЕРМЕТИКИ)

Общие сведения, состав и классификация пленкообразующих материалов.

2.1.Конструкционные смоляные клеи.

2.2.Резиновые клеи.

3. Виды и характеристика неорганических клеев.

1. Общие сведения, состав и классификация пленкообразующих материалов.

Клеи и герметики относятся к пленкообразующим материалам.

Это растворы или расплавы полимеров, а также неорганические вещества, которые наносятся на какую-либо поверхность. После высыхания (затвердевания) образуются прочные пленки, хорошо прилипающие к различным материалам.

Клеи и герметики могут быть в виде жидкостей, паст, замазок, пленок.

В состав этих материалов входят следующие компоненты:

Пленкообразующее вещество (в основном термореактивные смолы, каучуки), которое определяет адгезионные, когезионные свойства и основные физико-механические характеристики;

Растворители (спирты, бензин и др.), создающие определенную вязкость; пласти­фикаторы для устранения усадочных явлений в пленке и повыше­ния ее эластичности;

Отвердители и катализаторы для перевода пленкообразующего вещества в термостабильное состояние; напол­нители в виде минеральных порошков, повышающих прочность соединения, уменьшающих усадку пленки. Для повышения термо­стойкости вводят порошки А1, Аl 2 Оз, SiO 2 , для повышения токо-проводимости - серебро, медь, никель, графит.

В зависимости от назначения пленкообразующие материалы делят на клеящие, применяемые для склейки различных материа­лов, и герметики, обеспечивающие уплотнение и герметизацию швов, стыков, емкостей и т. д.

Клеевые соединения по сравнению с другими видами неразъем­ных соединений (заклепочными, сварными и др.) имеют ряд преи­муществ:

Возможность соединения различных материалов (метал­лов и сплавов, пластмасс, стекол, керамики и др.) как между собой, так и в различных сочетаниях;

Атмосферостойкость и стойкость к коррозии клеевого шва;

Герметичность соединения;

Возможность соединения тонких материалов;

Снижение стоимости производства; экономия массы и значительное упрощение технологии изготовле­ния изделий.

Недостатками клеевых соединений являются:

Относительно низ­кая длительная теплостойкость (до 350 °С), обусловленная органи­ческой природой пленкообразующего вещества;

Невысокая проч­ность склеивания при неравномерном отрыве;

Часто необходимость проведения склеивания с подогревом;

Склонность к старению.

Однако имеется ряд примеров длительной эксплуатационной стойкости клеевых соединений. Новые клеи на основе кремнийорганических и неорганических полимеров обеспечивают работу клеевого шва при температуре до 1000°С и выше, однако большин­ство из них не обладают достаточной эластичностью пленки.

Прочность склеивания зависит от явления адгезии, когезии и механического сцепления пленки с поверхностью склеиваемых материалов.

Прочность склеивания можно повысить путем механического сцеп­ления пленки клея с шероховатой поверхностью материала; для этого перед склеиванием часто поверхности деталей фрезеруют или зачищают шлифовальной шкуркой.

На процесс склеивания влияет природа склеиваемых материа­лов.

Адгезионные свойства металлов различны. По мере убывания этих свойств металлы можно расположить в следующем поряд­ке: сталь, бронза, алюминиевые сплавы, медь, железо, латунь.

Клеящие свойства полимеров зависят от:

Наличия полярных функциональных групп;

Молекулярной массы и структуры макромолекул.

Так, полярные материалы требуют применения полярных клеев. При склеивании пластиков лучшим клеем является раствор или расплав этого же пластика. Если пластики неполярны и не раст­воряются в растворителях (полиэтилен, фторопласт-4, полипропи­лен), то характер их поверхности изменяют механическим или химическим путем.

Классификация клеев. Клеи классифицируют по ряду призна­ков. Различают следующие клеи:

По пленкообразующему вещест­ву - смоляные и резиновые;

По адгезионным свойствам - универ­сальные, склеивающие различные материалы (например, клеи БФ) и с избирательной адгезией (белковые, резиновые);

По отно­шению к нагреву - обратимые (термопластичные) и необратимые (термостабильные) пленки;

По условиям отверждения - холодного склеивания и горячего склеивания;

По внешнему виду - жидкие, пастообразные и пленочные;

По назначению - конструкционные силовые и несиловые.

Чаще используют классификацию по пленко­образующему веществу. Смоляные клеи могут быть термореактив­ными и термопластичными. Термореактивные смолы дают прочные. теплостойкие пленки, применяемые для склеивания силовых конструкций из металлов и неметаллических материалов. Клеи на основе термопластичных смол (поливинилацетата, акрилатов и др.) имеют невысокие прочностные характеристики, особенно при нагреве, и применяются для несиловых соединений неметалли­ческих материалов.

Резиновые клеи, в которых основным пленкообразующим ве­ществом является каучук, отличаются высокой эластичностью и применяются для склеивания резины с резиной или резины с металлами.

Высокотемпературными являются неорганические клеи.

Виды и характеристика органических клеев.

Резина, ее свойства и показатели, характеризующие качество

Благодаря высокой эластичности (упругости), способности поглощать вибрации и ударные нагрузки, низкой теплопроводности и звукопроводности, хорошей механической прочности, высокому сопротивлению истиранию, растяжимости, хорошей электроизоляционное, газо- и водонепроницаемости, устойчивости к действию многих агрессивных сред, легкости, невысокой стоимости и другим свойствам резина в ряде случаев является незаменимым материалом для автомобильных деталей.

Такое сочетание перечисленных качеств характерно только для резины и делает ее уникальным материалом, в котором наиболее ценится высокая эластичность, т. е. способность восстанавливать свою первоначальную форму после прекращения действия сил, вызвавших деформацию.

Резину используют для изготовления опор двигателя, шлангов, систем охлаждения, питания, смазки, отопления, вентиляции, ремней привода вентилятора, генератора, компрессора и водяного насоса, уплотнителей кузова и кабин, втулок рессор и других деталей подвески, манжет, шлангов, чехлов, диафрагм тормозной системы, деталей пневматической подвески, шумоизолнрующих элементов передней и задней подвесок, ограничителей хода подвески, амортизирующих прокладок и втулок, колесных грязевых щитков, ковриков для пола кабины и кузова и др. И все же главное применение резины па автомобиле - это для изготовления шин.

Использование в конструкции автомобиля резиновых деталей позволило улучшить его эксплуатационные качества и, в частности, снизить собственную массу из-за уменьшения ударных нагрузок и вибраций, снизить шум, проникающий в кузов автомобиля, повысить скорость движения, улучшить комфортабельность езды.

Применение резиновых уплотнительных деталей позволяет также упростить и удешевить производство автомобилей, так как при этом изготовлять и собирать детали кузовов и кабин можно с менее жесткими допусками.

Состав резины. Резину получают вулканизацией резиновой смеси. В состав резиновой смеси входят следующие ингредиенты: каучук, вулканизирующие агенты, ускорители вулканизации, активаторы, противостарителн, активные наполнители или усилители, неактивные наполнители, красители, мягчители, ингредиенты специального назначения.

В зависимости от назначения в резину может входить лишь часть перечисленных ингредиентов, но в ее составе всегда содержатся каучук и вулканизирующий агент.

Каучук. Каучук является основой резиновой смеси и определяет качество резины. В шинных резиновых смесях содержание каучука составляет примерно 50-60% (по массе). Шинные заводы используют более 60% производимого в стране каучука. Каучук подразделяется на натуральный (НК) и синтетический (СК).

Натуральный каучук добывают главным образом из млечного сока (латекса) каучуконосного дерева гевеи, в котором его содержится до 40% . Известны также каучуконосные растения (кок-сагыз, тау-сагыз), содержащие латекс в корнях. Для выделения каучука латекс обрабатывают уксусной или другой малодиссоцин-рующей кислотой, под воздействием которой частицы каучука коагулируют (латекс свертывается) и легко отделяются.

При растяжении каучука его молекулы распрямляются, ориентируясь по направлению растягивающего усилия, а при снятии нагрузки под действием внутреннего теплового движения возвращаются в прежнее состояние.

При критической нагрузке происходит разрыв вследствие смещения молекул относительно друг друга.

Высокая эластичность натурального каучука обусловливается характером строения молекул, их регулярностью и влиянием сил межмолекулярного воздействия.

Каучук легко вступает в химические реакции с кислородом, водородом, галогенами, серой и другими элементами благодаря его непредельной химической природе. Так, уже при комнатной температуре кислород и особенно озон, внедряясь в молекулы каучука, разрывают их на более мелкие, а каучук, разрушаясь, становится хрупким и теряет свои ценные свойства.

Помимо высокой эластичности, натуральный каучук обладает достаточной прочностью, клейкостью, малым теплообразованием и другими положительными свойствами. Однако уже в конце 20-х годов во всем мире и прежде всего в высокоразвитых странах, где отсутствовали источники натурального каучука, возникла необходимость в его замене синтетическим продуктом. Причин здесь несколько: дефицитность, дороговизна, зависимость от импорта натурального каучука.

В 1931 г. в нашей стране впервые в мире был получен синтетический каучук в промышленных условиях по методу, предложенному акад. С. В. Лебедевым. Германия разрешила эту задачу только в 1937 г., а США - в 1942 г. В настоящее время в СССР натуральный каучук имеет ограниченное применение, а используется в основном синтетический каучук. Его доля, например, в шинном производстве составляет около 85% и из года в год возрастает. Из натурального каучука чаще всего изготовляют только отдельные детали шин или же он используется в качестве добавки к резиновой смеси.

Отечественная химическая промышленность производит десятки разновидностей синтетических каучуков, используя для этого в ос-ловном самое экономичное нефтя-вое сырье. Это позволяет получать каучуки невысокой стоимости, так как затраты на сырье и вспомогательные материалы при производстве каучука составляют 65% их себестоимости.

Рис. 1. Схема молекулы каучука

Выпускаемые разновидности синтетических каучуков отличаются механической прочностью, химической стойкостью, износостойкостью, газонепроницаемостью, термостойкостью и другими свойствами. По каждому из этих свойств некоторые синтетические каучуки превосходят натуральный, но длительное время уступали ему в эластичности. В то же время от эластичности зависят величина межмолекулярного трения в резине при деформациях и степень ее нагрева, что очень важно для шинных резин.

Бутадиен метилстирольный (СКМС ) и б у т а-диенсти рольный (СКС ) каучуки превосходят натуральный по износостойкости, сопротивлению тепловому, озонному и естественному старению, паро- и водонепроницаемости. Они в то же время уступают натуральному по эластическим свойствам, теплостойкости, клейкости и морозостойкости. Часть этих каучуков выпускается маслонаполненными. Они содержат примерно 15-30% минерального (нефтяного) масла, что понижает их теплообразование (на 15-20%) при многократных деформациях (особенно важно для шин) и снижает стоимость каучука при некотором повышении других показателей, особенно технологических.

Важной вехой в производстве синтетических каучуков явилось освоение промышленностью синтеза стереорегулярных изопреновых (СКИ – 3) и бутадиеновых (СКД ) каучуков. Для получения стереорегулярных каучуков применяют особо химически чистые исходные продукты и специально катализаторы. Промышленный выпуск этих каучуков начат соответственно в 1964 и 1965 гг.

Каучук СКИ -3 имеет молекулярную структуру, аналогичную натуральному каучуку, и весьма близок к нему по комплексу свойств. Он обладает хорошими технологическими свойствами, в том числе высокой клейкостью. СКИ -3 используется взамен натурального. Из него, например, изготовляют брекерные резины всех типов шин.

Каучук СКД не уступает натуральному по эластичности и превосходит его по сопротивлению истиранию. Он обладает низким коэффициентом механических потерь и низким теплообразованием, хорошей тепло- и морозостойкостью. Эти качества весьма ценны при его применении в производстве шин, в том числе морозо- и теплостойких. Механическая прочность СКД несколько ниже, чем натурального каучука.

Рис. 2. Рост производства натурального и синтетического каучуков

Основная особенность СКД состоит в низкой его клейкости. С учетом этого при производстве шин применяют смесь СКД с СКИ -З, а также с бутадиен-стирольными и бутадпен-метилстирольными каучуками. Использование стереорегулярных каучуков СКД и СКИ -3 позволяет увеличить срок службы шин на 20-30%. Присутствие износостойкого СКД особо благоприятно сказывается в протекторной резине, где его содержание (до 40-50%) увеличивает на 30-40% износостойкость по сравнению с натуральным каучуком. Характеристика прочностных, эластических и износостойких свойств каучуков показана на рис. 69.

Стереорегулярные синтетические каучуки СКИ -3 и СКД являются перспективными.

Кроме указанных каучуков общего назначения, при производстве шип и резиновых автомобильных деталей используют другие каучуки, так называемые специального назначения.

Бутилкаучу к отличается высокой газонепроницаемостью и устойчивостью к действию кислорода, озона и других агрессивных сред. Его используют для изготовления камер и герметизирующего слоя бескамерных шин.

Xлорпреновый каучук (наирит) и бутадиеннитрильный характеризуются повышенной маслобен-зостойкостью. Из них изготовляют детали, работающие в контакте с маслами, топливами и другими растворителями, как, например, шланги системы смазки, манжеты и поршни гидравлического тормозного привода и др.

Силоксановые каучуки (СКТ ) обладают высокой температурной стойкостью, а также озоностойкостью. Изделия из них можно применять в интервале от -90 до +300 °С.

Выпускаются также морозостойкие каучукн, как, например, бутадиенметилстирольный СКМС – 1 0, превосходящие по этому показателю натуральный каучук.

Однако ни натуральный, ни синтетический каучуки не обладают теми качествами, которые требуются от резины. Каучук при понижении температуры становится хрупким, а при нагреве теряет эластичность и превращается в пластичный, непрочный, легкорастворимый в нефтепродуктах материал. Поэтому каучук смешивается с другими ингредиентами и подвергается вулканизации, в результате которой приобретает эластичность, прочность, нерастворимость в нефтепродуктах, температурную стойкость, износостойкость и другие ценные свойства.

Рис. 3. Характеристика свойств натурального и синтетического каучуков: НИ - натуральный каучук; СКИ -3 - синтетический изопреновый; СКД - синтетический дивиниловый; СИМС - синтетический бута-диен-метилстирольный (CKMC -30-APMK -15)

Основным вулканизирующим агентом для шинных резин служит сера. Ее содержание в резиновой смеси - от 15 до 4% от массы каучука.

Процесс вулканизации при помощи серы заключается в нагреве резиновой смеси до определенной температуры и выдержке ее при этой температуре в течение времени, достаточного для того, чтобы атомы серы соединили в некоторых местах двойных связей молекулы каучука, образовав резину - материал с пространственной структурой молекул, обладающий новыми свойствами, отличающимися от свойств каучука. Установлено, что при вулканизации происходят и некоторые другие реакции каучука с ингредиентами и кислородом воздуха.

Сера взаимодействует только с каучуками, представляющими собой ненасыщенные полимеры, к которым относятся натуральный и все синтетические каучуки, полученные на базе диеновых (диоле-финовых) углеводородов. От количества серы зависит твердость резины. При содержании серы 40-60% от массы каучука он превращается в збонпт - высокотвердый материал, поддающийся механической обработке резанием.

Поперечные химические связи между молекулами каучука могут быть не только за счет серы, но п кислорода или валентных химических связей атомов углерода отдельных цепей.

Для вулканизации некоторых каучуков используются фенол-формальдегидные смолы, окислы металлов, перекись бензоила и др. Известны каучуки (патрийдивиниловый, наирит и др.), вулканизирующиеся при нагреве без вулканизирующего агента. Схема строения вулканизированною каучука показана на рис. 4.

Вулканизация резиновой смеси протекает в течение определенного времени п может осуществляться в широком диапазоне температур, начиная от нормальной. Скорость вулканизации зависит от состава резиновой смеси и температуры. При повышении температуры на каждые 10 °С скорость вулканизации возрастает примерно в 2 раза.

Температура вулканизации должна быть выше температуры плавления серы п ниже температуры плавления каучука. Для шинных резин она обычно равна 130-160 °С.

Оптимумом вулканизации называется наименьшая продолжительность вулканизации обеспечивающая при прочих равных условиях наилучшие физико-химические и механические свойства вулканизата (резины).

Рис. 4. Схема строения вулканизированного каучука

Платом вулканизации называется продолжительность периода вулканизации, в течение которого сохраняются высокие физико-механические свойства, достигнутые при оптимуме вулканизации.

Различные физико-химические и механические свойства резин в процессе вулканизации изменяются по индивидуальным закономерностям, и достижение их максимальных значений не совпадает по времени. Поэтому оптимум вулканизации определяется по наиболее важным свойствам, чаще всего по изменению предела прочности при растяжении вулканизата.

Оптимум вулканизации и плато вулканизации зависят от температуры вулканизации и состава резины. Желательно иметь резины по возможности с меньшим оптимумом вулканизации и большим плато вулканизации. Первое позволяет сократить время вулканизации, второе - избежать перевулканизации наружных и недовулканизации внутренних частей вулканизируемых толстостенных резиновых изделий вследствие низкой теплопроводности резины и поэтому неравномерного нагревания.

Практически вулканизацию прекращают несколько раньше оптимума, что повышает сопротивление изделий старению. Другими ингредиентами резиновой смеси являются: ускорители вулканизации, которые сокращают время вулканизации, повышают физико-механические свойства и сопротивление старению резины. Ими служат альтакс, каптакс, тиу-рам и некоторые другие, чаще вссго органические соединения в количестве 1-2 % от массы каучука. От характера ускорителей зависит также температура вулканизации; активаторы вулканизации, которые активизируют действие ускорителей вулканизации и, кроме того, повышают предел прочности при растяжении и сопротивление раздиру.

В виде активизаторов используют окислы некоторых металлов, главным образом окись цинка (цинковые белила), в количестве до 5% от массы каучука. Окись цинка повышает также теплопроводность резины;
— активные наполнители (усилители), которые служат для улучшения свойств резины. Сажа повышает предел прочности при растяжении резин на основе большинства синтетических каучуков в несколько раз (до 10) и на основе натурального каучука на 20-30 . В то же время сажа понижает эластичность резины, ухудшает обрабатываемость резиновых смесей. Сажу получают в результате неполного сгорания нефтепродуктов, природного газа. Содержание сажи в протекторной резине иногда превышает 50 содержания каучука (по массе). В покрышке содержится около 25% сажи от общей ее массы. Так, покрышки грузового автомобиля при массе 48 кг содержат 13 кг сажи. Сажи различаются между собой размерами частиц, развитостью и шероховатостью поверхности, химической природой поверхности. Лучший вид сажи для протекторных резин - высокодисперсные, а для брекерных и каркасных - низко-дисперсные, но высокоструктурные. Кроме углеродных саж в качестве усилителей используют светлые наполнители: белая сажа (кремнезем), окись магния, окись цинка, углекислая магнезия, каолин (белая фарфоровая глина);
— неактивные наполнители (например, отмученный мел, асбестовая мука), которые применяют в количестве 30-40% от массы каучука для увеличения объема резиновой смеси и ее удешевления без заметного ухудшения основных технических свойств;
— противостарители, которые добавляют к резиновым смесям в количестве 1 - 2% от массы каучука для замедления протекания так называемого процесса старения резины, т. е. замедления ухудшения ее физико-химических свойств под действием кислорода воздуха. Старению способствуют нагрев, действие солнечных лучей и многократные изгибы при работе. При старении резины на ее поверхности образуются трещины, она становится хрупкой и менее прочной, легче истирается. Старение уменьшает срок службы резиновых деталей, поэтому повышение сопротивления старению имеет важное значение для сокращения затрат на эксплуатацию резиновых деталей. Это в первую очередь касается автомобильных шин, которые, с одной стороны, работают в условиях, где действуют все факторы, ускоряющие старение, и, с другой стороны, являются дорогостоящими изделиями;
— мягчители или пластификаторы, которые способствуют лучшему смешиванию составных частей резиновых смесей, прежде всего активных и неактивных наполнителей, и делают резиновую смесь более пластичной. Они облегчают приготовление и обработку резиновой смеси. Однако их действие часто выходит за указанные пределы. Так, мягчители обычно уменьшают теплообразование, повышают относительное удлинение, морозостойкость, усталостную выносливость, понижают твердость, повышают или понижают клейкость и др. Проявляются эти свойства по-разному у разных мягчителей. В большинстве своем в качестве мягчителей применяют смеси различных органических веществ, представляющих собой продукты переработки нефти (мазут, гудрон, парафин, церезин, минеральные масла), каменноугольные смолы, продукты растительного происхождения (растительные масла, канифоль, сосновая смола), жирные кислоты (стеариновая кислота, олеиновая кислота), синтетические продукты (полидиены, сложные эфиры). Важно, чтобы введенный в резиновую смесь мягчитель не «выпотевал» на поверхность резиновой детали, ибо при этом ухудшаются технические свойства резины. Содержание мягчителей в резиновой смеси колеблется в широких пределах - от 2 до 30% от массы каучука. При больших количествах мягчитель может быть одновременно и наполнителем. В ряде случаев за счет мягчителей снижается стоимость резины;
— регенерат, который применяют для частичной замены каучука. Он представляет собой специально обработанную резину из утильных покрышек, камер и других изделий. Использование регенерата позволяет снизить стоимость резиновых изделий и прежде всего тех, к которым предъявляются не слишком высокие технические требования (ободные ленты, коврики и др.);
— красители, которые окрашивают светлые резиновые смеси в соответствующие цвета. Для этого используют пигменты минерального и органического происхождения.

Рис. 5. Зависимость предела прочности при растяжении от продолжительности вулканизации

Подбирая ингредиенты и их количественное соотношение, получают резину различного назначения (протекторная, каркасная, бре-керная, камерная, клеевая, бензостойкая, морозостойкая, теплостойкая и др.) с теми или иными выраженными свойствами.

Автотранспортные предприятия используют резину в виде ремонтного материала для ремонта шин. Ее качество оценивается рядом показателей.

Рис. 6. Твердомер Шора: 1 - игла; 2 - шестерня, 3 - зубчатый сектор; 4 - головка; 5 - пружина, 6 - указательная стрелка

Твердость резины замеряют в условных единицах деления шкалы твердомера Шора, зависящих от глубины погружения притуплённой иглы в испытуемый образец.

Истирание резины (см3/кВт.ч) определяется потерей объема образца (см3), отнесенной к единице работы (кВт.ч), затраченной на истирание.

Испытания проводят на специальной машине, где образец определенной формы прижимается с заданным усилием к вращающемуся диску машины с корундовой бумагой № 2/100.

Образец приготовляют определенной формы и точных размеров с пятью надрезами глубиной 0,5 мм и длиной 2 мм, расположенными на расстоянии 2,5 мм друг от друга.

Эластичное т ь (упругость) определяют на маятниковом упругомере (рис. 74) по максимальному углу отклонения маятника после удара его об испытуемый образец. Пользуясь полученными значениями угла отклонения, расчетной формулой и специальными таблицами, определяют эластичность в процентах. Чем выше этот показатель, тем эластичнее резина.

Угол отклонения устанавливают следующим образом. Испытуемый образец толщиной 6 мм закрепляют на наковальне. При нажатии иа рычаг освобождают маятник падающий на образец. Под влиянием упругости образца маятник отскакивает обратно, и по стрелке на шкале отсчитывают угол отклонения.

Рис. 7. Схема разрывной машины: 1 - подвижной сектор; г - образец резины; 3 - измерительная линейка; 4 - червячный винт, 5 - привод червячного винта; 6 - зажимные метки

Резины для ремонта шин, кроме клеевой, поставляют в виде листов, закатанных в рулон с миткалевой или целлофановой прокладкой на деревянные или картонные ролики. Каждый рулон должен иметь бирку с соответствующими данными.

Протекторная резина имеет толщину 2 ± 0,2 мм и предназначена для заполнения вырезанных при ремонте участков протектора и боковин покрышек.

Прослоечная резина толщиной 0,9±0,1 мм предназначена для обкладки вырезанных участков покрышек, пластырей и манжет с целью лучшего их соединения с покрышкой.

Камерная резина служит для изготовления заплат при ремонте камер, теплостойкая - для изготовления варочных камер.

Клеевая резина поставляется в кусках толщиной 10 мм и предназначается для изготовления клея.

Прослоечную и клеевую резины изготовляют из натурального каучука.

При получении листовой резины проверяют ее упаковку, однородность цвета, отсутствие посторонних включений, разрывов, вмятин, складок, включений подвулкаиизированной резины, пузырей и других дефектов, ухудшающих резину как материал для ремонтных целей. Прокладки в рулонах должны полностью закрывать поверхность закатанного материала без морщин, складок и перекосов.

К атегория: - Автомобильные шины

Резиновые материалы и комбинированные резинотехнические изделия невозможно заменить другой продукцией. Уникальное сочетание характеристик и эксплуатационных качеств позволяет использовать такие материалы в сложных рабочих процессах, дополняя устройство машин, станков, приборов и строительных конструкций. Современное производство резины заметно продвинулось технологически, что отразилось и на качестве выпускаемой продукции. Технологи стремятся повышать долговечность, прочность и стойкость изделий к воздействию сторонних факторов.

Из какого сырья делают резину?

Большая часть резиновых материалов получается в результате промышленной обработки синтетических и натуральных каучуковых смесей. Достигается эта обработка посредством сшивки каучуковых молекул химическими связями. Последнее время используется порошкообразное сырье для производства резины, характеристики которого специально рассчитаны на образование литьевых форм. Это готовые композиции на базе жидкого каучука, из которых в том числе выпускают эбонитовые изделия. Сам процесс вулканизации не обходится без специальных активаторов или агентов - это химические вещества, способствующие сохранению оптимальных рабочих качеств смеси. Обычно для данной задачи используют серу. Это компоненты, составляющие основу набора, требуемого для изготовления резины. Но, в зависимости от требуемых эксплуатационных качеств и назначения продукта, технологи вводят производственные этапы, на которых структура изделия обогащается и модифицирующими элементами.

Добавки для модификации резиновых смесей

В процессе изготовления резиновая смесь может наполняться ускорителями, активаторами, агентами вулканизации, смягчителями и другими компонентами. Поэтому вопрос о том, из чего делают резину, в немалой степени определяется вспомогательными добавками. Например, для сохранения структуры материала используют регенераты. С помощью данного наполнителя резиновый продукт может подвергаться вторичной вулканизации. Немалая часть модификаторов не оказывает влияния на конечные технико-эксплуатационные свойства, но играет существенную роль непосредственно в процессе изготовления. Тот же процесс вулканизации корректируют ускорители и замедлители химических реакций.

Отдельную группу добавок представляют пластификаторы, то есть смягчители. Их используют для понижения температуры при вулканизации и диспергирования других ингредиентов состава. И здесь может возникнуть другой вопрос - насколько добавки и сам каучук влияют на химическую безопасность формируемой смеси? То есть из чего делают резину с точки зрения экологической чистоты? Отчасти это действительно опасные для здоровья смеси, которые включают ту же серу, битумы и дибутилфталаты, стеариновые кислоты и т. д. Но часть ингредиентов представляют натуральные вещества - природные смолы, тот же каучук, растительные масла и восковые компоненты. Другое дело, что в разных смесях соотношение вредной синтетики и натуральных ингредиентов может меняться.

Этапы процесса изготовления резиновых изделий

Промышленное изготовление резины начинается с процесса пластификации сырья, то есть каучука. На этом этапе обретается главное качество будущей резины - пластичность. Посредством механической и термической обработки каучук смягчается до определенной степени. Из полученной основы в дальнейшем будет осуществлено производство резины, но перед этим пластифицированная смесь подвергается модификации рассмотренными выше добавками. На этой стадии формируется резиновый состав, в который добавляют серу и другие активные компоненты для улучшения характеристик состава.

Важным этапом перед вулканизацией является и каландрование. По сути, это формование сырой каучуковой смеси, прошедшей обогащение добавками. Выбор способа каландрирования определяет конкретная технология. Производство резины на этом этапе может предполагать также и выполнение экструзии. Если обычное каландрование ставит целью создание простых резиновых форм, то экструзия позволяет выполнять сложные изделия в виде шлангов, кольцевых уплотнителей, протекторов для автомобильных шин и т. д.

Вулканизация как завершающий этап производства

В процессе вулканизации заготовка проходит финальную обработку, благодаря которой изделие получает достаточные для эксплуатации характеристики. Сущность операции заключается в воздействии давления и высокой температуры на модифицированную каучуковую смесь, заключенную в металлическую форму. Сами формы устанавливаются в специальной автоклаве, подключенной к паровому нагревателю. В некоторых сферах производство резины может предусматривать и заливку горячей воды, которая стимулирует процесс распределения давления через текучую среду. Современные предприятия также стремятся к автоматизации этого этапа. Появляются все новые пресс-формы, которые взаимодействуют с подающими пар и воду форсунками на основе компьютерных программ.

Как производятся резинотехнические изделия?

Это комбинированные изделия, которые получаются путем соединения тканевых материалов с каучуковой смесью. В процессе изготовления резинотехнической продукции нередко используется паронит - гибридный материал, получаемый путем соединения термостойкой резины и неорганических наполнителей. Далее заготовка проходит обработку вальцеванием и вулканизацию. Получают резинотехнические изделия и с помощью шприц-машин. В них на заготовки оказывается термическое воздействие, после чего осуществляется пропуск по профилирующей головке.

Оборудование для процессов изготовления резины

Полный производственный цикл осуществляет целая группа машин и агрегатов, выполняющих разные задачи. Один лишь процесс вулканизации обслуживают котлы, прессы, автоклавы, форматоры и другие устройства, обеспечивающие промежуточные операции. Отдельный установки применяют для пластификации - типовая машина такого типа состоит из шипованного ротора и цилиндра. Вращение роторной части производится посредством ручного привода. Не обходится производство резины без варочных камер и каландровых агрегатов, которые осуществляют раскатку каучуковых смесей и термическое воздействие.

Заключение

Процессы изготовления резиновых изделий во многом стандартизированы как в плане механической обработки, так и в части химического воздействия. Но даже при условии использования одинаковых производственных аппаратов характеристики получаемых изделий могут быть разными. Это доказывает и резина отечественного производства, предлагающая разные наборы эксплуатационных свойств. Наибольшую долю резиновой продукции в российском сегменте промышленности занимают автомобильные шины. И в этой нише особенно ярко проявляются способности технологов к гибкой модификации составов в соответствии с жесткими требованиями к конечной продукции.

Резина - широко известный материал, который применяется практически во всех сферах человеческой жизни. Медицина, сельское хозяйство, промышленность не могут обойтись без этого полимера. Во многих производственных процессах также используется резина. Из чего делают этот материал и в чем его особенности, описано в статье.

Что такое резина

Резина являет собой полимер с высокой эластичностью. Его структура представлена хаотично расположенными цепочками углерода, скрепленными атомами серы.

В нормальном состоянии углеродные цепочки имеют скрученный вид. Если резину растянуть, цепочки углерода раскрутятся. Способность растягиваться и быстро возвращаться в прежнюю форму сделала незаменимым во многих сферах такой материал, как резина.

Из чего делают ее? Обычно резину получают путем смешивания каучука с вулканизирующим веществом. После нагрева до нужной температуры смесь густеет.

Отличие каучука от резины

Каучук и резина - высокомолекулярные полимеры, полученные натуральным или синтетическим способом. Эти материалы отличаются физико-химическими свойствами и способами производства. Натуральный каучук являет собой вещество, изготовленное из сока тропических дерев - латекса. Он вытекает из коры при ее повреждении. Синтетический каучук получают путем полимеризации стирола, неопрена, бутадиена, изобутилена, хлоропрена, нитрила При вулканизации искусственного каучука образуется резина.

Из чего делают разные типы каучуков? Для отдельных видов синтетических материалов применяют органические вещества, позволяющие получить материал, идентичный натуральному каучуку.

Свойства резины

Резина является универсальным материалом, который обладает следующими свойствами:

1. Высокая эластичность - способность к большим обратным деформациям в широком диапазоне температур.
2. Упругость и стабильность форм при малых деформациях.
3. Аморфность - легко деформируется при незначительном нажатии.
4. Относительная мягкость.
5. Плохо поглощает воду.
6. Прочность и износостойкость.
7. В зависимости от типа каучука резина может характеризоваться водо-, масло-, бензо-, термостойкостью и стойкостью к действию химических веществ, ионизирующих и световых излучений.

Резина со временем утрачивает свои свойства и теряет форму, что проявляется разрушением и снижением прочности. Срок службы резиновых изделий зависит от условий использования и может составлять от нескольких дней до нескольких лет. Даже при длительном хранении резина стареет и становится непригодной к эксплуатации.

Производство резины

Резина изготовляется методом вулканизации каучука с добавлением смесей. Обычно 20-60% перерабатываемой массы составляет каучук. Другие компоненты резиновой смеси - наполнители, вулканизующие вещества, ускорители, пластификаторы, противостарители. В состав массы могут также добавляться красители, душистые вещества, модификаторы, антипирены и другие компоненты. Набор компонентов определяется требуемыми свойствами, условиями эксплуатации, технологией использования готового резинового изделия и экономическими расчетами. Таким способом создается высококачественная резина.

Из чего делают резиновые полуфабрикаты? Для этой цели на производствах применяется технология смешивания каучука с другими компонентами в специальных смесителях или вальцах, предназначенных для изготовления полуфабрикатов, с последующей порезкой и раскройкой. В производственном цикле используются прессы, автоклавы, барабанные и тоннельные вулканизаторы. Резиновой смеси придается высокая пластичность, благодаря которой будущее изделие приобретает необходимую форму.

Изделия из резины

На сегодняшний день резина используется в спорте, медицине, строительстве, сельском хозяйстве, на производстве. Общее количество изделий, изготовляемых из резины, превышает более 60 тыс. разновидностей. Наиболее популярные из них - уплотнители, амортизаторы, трубки, сальники, герметики, прорезиненые покрытия, облицовочные материалы.

Изделия из резины массово используются в производственных процессах. Этот материал также незаменим в производстве перчаток, обуви, ремней, непромокаемой ткани, транспортных лент.

Большая часть производимой резины используется для изготовления шин.

Резина в производстве шин

Резина является основным материалом в производстве автомобильных шин. Этот процесс начинается с приготовления резиновой смеси из натурального и синтетического каучука. Затем к резиновой массе добавляется силика, сажа и другие химические компоненты. После тщательного перемешивания смесь отправляется по в печь. На выходе получаются резиновые ленты определенной длины.

На следующем этапе происходит обрезинивание корда. Текстильный и металлический корд заливается горячей резиновой массой. В такой способ изготавливается внутренний, текстильный и брекерный слой шины.

Из чего делают резину для шин? Все производители автомобильных шин используют разные рецептуры и технологии изготовления резины. Для придания готовому изделию прочности и надежности могут добавляться разные пластификаторы и усиливающие наполнители.

Для производства шин используют натуральный каучук. Его добавление в резиновую смесь уменьшает нагревание покрышки. Большую часть резиновой смеси занимает синтетический каучук. Этот компонент придает шинам упругость и способность выдерживать большие нагрузки.