Резина и ее применение. Резины: состав, свойства и виды

), основу к-рых (обычно 20-60% по массе) составляют . Др. компоненты резиновых смесей-вулканизующие агенты, ускорители и (см. ), противо-старители, (). В состав смесей могут также входить регенерат (пластичный продукт резины, способный к повторной ), замедлители , модификаторы, порообра-зователи, душистые в-ва и др. ингредиенты, общее число к-рых может достигать 20 и более. Выбор и состава определяется назначением, условиями эксплуатации и техн. требованиями к изделию, технологией произ-ва, экономич. и др. соображениями (см. , ).

Технология произ-ва изделий из резины включает с ингредиентами в смесителях или на вальцах, изготовление полуфабрикатов (шприцеванных профилей, каландрованных листов, прорезиненных , и т.п.), резку и раскрой полуфабрикатов, сборку заготовок изделия сложной конструкции или конфигурации с применением спец. сборочного оборудования и изделий в аппаратах периодич. (прессы, котлы, форматоры-вулканизаторы и др.) или непрерывного действия (тоннельные, барабанные и др. вулканизаторы). При этом используется высокая , благодаря к-рой им придается форма будущего изделия, закрепляемая в результате . Широко применяют формование в вулканизац. прессе и , при к-рых формование и изделий совмещают в одной операции. Перспективны использование порошкообразных и композиций и получение литьевых резин методами жидкого формования из композиций на основе . При смесей, содержащих 30-50% по массе S в расчете на , получают .

Свойства. Резину можно рассматривать как сшитую , в к-рой составляет , а наполнители-дисперсную фазу. Важнейшее св-во резины- высокая эластичность, т. е. способность к большим обратимым в широком интервале т-р (см. ).

Р езина сочетает в себе св-ва (упругость, стабильность формы), (аморфность, высокая деформируемость при малом объемном сжатии) и (повышение упругости вулканизац. сеток с ростом т-ры, энтропийная природа упругости).

Р езина-сравнительно мягкий, практически несжимаемый материал. Комплекс ее св-в определяется в первую очередь типом (см. табл. 1); cв-вa могут существенно изме няться при комбинировании разл. типов или их модификации.

Модуль упругости резин разл. типов при малых составляет 1-10 МПа, что на 4-5 порядков ниже, чем для стали; коэф. Пауссона близок к 0,5. Упругие св-ва резины нелинейны и носят резко выраженный релаксац. характер: зависят от режима нагружения, величины, времени, скорости (или частоты), повторности и т-ры. обратимого растяжения резины может достигать 500-1000%.

Ниж. предел температурного диапазона высокоэластичности резины обусловлен гл. обр. т-рой стеклования , а для кристаллизующихся зависит также от т-ры и скорости . Верх. температурный предел эксплуатации резины связан с термич. стойкостью и поперечных хим. связей, образующихся при . Ненаполненные резины на основе некристаллизующихся имеют низкую . Применение активных (высокодисперсных , SiO 2 и др.) позволяет на порядок повысить прочностные характеристики резины и достичь уровня показателей резин из кристаллизующихся . резины определяется содержанием в ней и , а также степенью . Плотность резины рассчитывают как средневзвешенное по объему значение плотностей отдельных компонентов. Аналогичным образом м. б. приближенно вычислены (при объемном наполнении менее 30%) теплофиз. характеристики резин: коэф. термич. расширения, уд. объемная , коэф. . Циклич. деформирование резины сопровождается упругим гистерезисом, что обусловливает их хорошие амортизац. св-ва. Резины характеризуются также высокими фрикционными св-вами, износостойкостью, сопротивлением раздиру и утомлению, тепло- и звукоизоляц. св-вами. Они и хорошие , хотя м. б. получены токопроводящие и магнитные резины.

Р езины незначительно поглощают и ограниченно набу-хают в орг. р-рителях. Степень определяется разницей параметров р-римости и р-рителя (тем меньше, чем выше эта разность) и степенью поперечного сшивания (величину равновесного обычно используют для определения степени поперечного сшивания). Известны резины, характеризующиеся масло-, бензо-, водо-, паро- и , стойкостью к действию хим. агрессивных сред, света, . При длит. хранении и эксплуатации резины подвергаются старению и утомлению, приводящим к ухудшению их мех. св-в, снижению и разрушению. Срок службы резин в зависимости от условий эксплуатации от неск. дней до неск. десятков лет.

. По назначению различают след. осн. группы резин: общего назначения, теплостойкие, морозостойкие, маслобензостойкие, стойкие к действию хим. агрессивных сред, диэлектрич., электропроводящие, магнитные, огнестойкие, радиационностойкие, вакуумные, фрикционные, пищ. и мед. назначения, для условий тропич. климата и др. (табл. 2); получают также пористые, или губчатые (см. ), цветные и прозрачные резины.

Применение. Резины широко используют в технике, с. х-ве, быту, медицине, стр-ве, спорте. Ассортимент насчитывает более 60 тыс. наименований. Среди них: шины, транспортные ленты, приводные ремни, рукава, амортизаторы, уплотнители, сальники, манжеты, кольца и др., кабельные изделия, обувь, ковры, трубки, покрытия и облицовочные материалы, прорезиненные, т. 3, М., 1977, с. 313-25; Кошелев Ф.Ф., Кор-нев А.Е., Буканов А.М., Общая технология резины, 4 изд., М., 1978; Догадкин Б. А., Донцов А.А., Шершнев В.А., 2 изд., М., 1981; Федюкин Д.Л., Махлис Ф.А., Технические и технологические свойства резин, М., 1985; Применение резиновых технических изделий в народном хозяйстве. Справочное пособие, М., 1986; Зуев Ю. С., Дегтева Т. Г., Стойкость в эксплуатационных условиях, М., 1986; Лепетов В. А., Юрцев Л. Н., Расчеты и конструирование , 3 изд., Л., 1987. Ф.Е. Куперман.

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.

Специальные резины подразделяют на несколько видов: 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 =ССI-СН=СН 2 .

По температуроустойчивости 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 - бутадиен-нитрильный 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-N и др.). Присутствие в молекулах каучука группы СN 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 (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 -...

Механические свойства резины на 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 каучуки - 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 - O - 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 слабополярен, 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 метильных групп (СН 3) 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, СКБ, 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 =СFCl, СН 2 =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 массу, 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 (HNO 3 , 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.

Хлорсульфополиэтилен (ХСПЭ) является насыщенным полимером. Его вулканизация основана на взаимодействии с группами SО 2 Сl и Сl. Вулканизаты ХСПЭ имеют высокую прочность (в=1626 МПа), относительное удлинение =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 -излучения).

Бутилкаучук (Б К) получают совместной полимеризацией изобутилена 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 сопротивлением истиранию и высокими диэлектрическими характеристиками. По температуростойкости уступает другим резинам, превосходя их по газо- и паронепроницаемости.

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, маслобензостойкостью. 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 и др. набухание которой в жидкости не превышает 1-4%. Для кремнийорганических жидкостей применимы неполярные резины на основе каучуков НК, СКМС-10 и др.

К атегория:

Автомобильные шины

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.

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

Наирит является отечественным хлоропреновым каучуком. Хлоропрену соответствует формула

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 температуроустойчивости и морозостойкости (от -35 до -40 °С) они уступают как так и другим 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:

В зависимости от состава каучук выпускают следующих марок: (Зарубежные марки: хайкар, пербунан, буна-N и др.). Присутствие в молекулах каучука группы CN сообщает ему полярные свойства. Чем выше полярность каучука,

тем выше его механические и химические свойства и тем ниже морозостойкость (например, для от -50 до -60 °С, для СКН-40 от -26 до -28 °С). Вулканизируют с помощью серы. Резины на основе обладают высокой прочностью хорошо сопротивляются истиранию, но по эластичности уступают резинам на основе 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 Резины на основе применяют для производства ремней, конвейерных лент, рукавов, маслобензостойких резиновых деталей (уплотнительные прокладки, манжеты и т.

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 поэтому тиокол - хороший герметизирующий материал. Механические свойства резины на основе тиокола невысокие. Эластичность резин сохраняется при температуре от -40 до Теплостойкость не превышает Тиоколы новых марок работают при температуре до

Акрилатные каучуки - сополимеры эфиров акриловой (или метакриловой) кислоты с акрилонитрилом и другими полярными мономерами - можно отнести к маслобензостойким каучукам. Каучуки выпускают марок 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 являются малая эластичность, низкая морозостойкость, невысокая стойкость к воздействию горячей воды и пара.

Теплостойкие резины получают на основе каучука

Синтетический каучук теплостойкий, представляет собой кремнийорганическое (полисилоксановое) соединение с химической формулой

высокую теплостойкость. Так как СКТ слабо полярен, он обладает хорошими диэлектрическими свойствами. Диапазон рабочих температур СКТ составляет от -60 до 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 другими радикалами получают другие виды силоксановых каучуков. Каучук с винильной группой устойчив к тепловому старению и обладает меньшей текучестью при сжатии, температура эксплуатации от -55 до 300 °С. Вводя фенильную группу получают каучук обладающий повышенной морозостойкостью (от -80 до 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 или группу приобретается устойчивость к топливу и маслам. Введение в основную цепь атомов бора, фосфора дает возможность повысить теплостойкость резин до и увеличить их клеящую способность. Силоксановые резины сгорают при а в течение нескольких секунд выдерживают 3000 °С.

Морозостойкими являются резины на основе каучуков, имеющих низкие температуры стеклования. Например, резины на основе и могут работать при температуре до ниже

Фторсодержащие каучуки получают сополимер из ацией ненасыщенных фторированных углеводородов (например, . Отечественные фторкаучуки выпускают под марками 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 ). Недостатками является малая стойкость к большинству тормозных жидкостей и низкая эластичность. Резины из фтор каучуков широко применяют в авто- и авиапромышленности.

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

Хлорсульфополиэтилен является насыщенным полимером. Его вулканизация основана на взаимодействии с группами Вулканизаты имеют высокую прочность относительное удлинение Они обладают повышенным сопротивлением истиранию при нагреве, озоно-, масло- и бензостойки, хорошие диэлектрики. Интервал рабочих температур от -60 до Применяют эти резины как конструкционный и защитный материал (противокоррозионные, не обрастающие в морской воде водорослями и микроорганизмами покрытия, для защиты от воздействия у-излучения). I

Бутилкаучук (Б К) получают совместной полимеризацией изобутилена с небольшим количеством изопрена