Получение и применение резины

Резина — продукт вулканизации композиции, содержащей связующее вещество — натуральный или синтетический каучук.
В конструкции современных автомобилей используют несколько сот изделий, выполненных из резины. Это шины, камеры, шланги, уплотнители, герметики, детали для электро- и виброизоляции, приводные ремни и т. д. Их масса составляет до 10 % от общей массы автомобиля.
Широкое применение резиновых изделий в автомобилестроении объясняется их уникальными свойствами:
• эластичностью;
• способностью поглощать ударные нагрузки и вибрацию;
• низкой теплопроводностью и звукопроводностью;
• высокой механической прочностью;
• высокой сопротивляемостью к истиранию;
• высокой электроизоляционной способностью;
• газо- и водонепроницаемостью;
• устойчивостью к агрессивным средам;
• низкой плотностью.
Основное свойство резины — обратимая эластичная деформация — способность многократно изменять свою форму и размеры без разрушения под воздействием сравнительно небольшой внешней нагрузки и вновь возвращаться в первоначальное состояние после снятия этой нагрузки.
Подобным свойством не обладают ни металлы, ни древесина, ни полимеры.
На рис. 1 приведена классификация резины.
Резину получают вулканизацией резиновой смеси, в состав которой входят:
• каучук;
• вулканизирующие агенты;
• ускорители вулканизации;
• активаторы;
• противостарители;
• активные наполнители или усилители;
• неактивные наполнители;
• красители;
• ингредиенты специального назначения.

Рис. 1. .Классификация резин.

Натуральный каучук — природный полимер, представляющий собой непредельный углеводород — изопрен (С5Н8)n.
Натуральный каучук добывают главным образом из млечного сока (латекса) каучуконосных растений, в основном из бразильской гевеи, в котором его содержится до 40 %.
Для выделения каучука латекс обрабатывают уксусной кислотой, под действием которой он свертывается, и каучук легко отделяется. Затем его промывают водой, прокатывают в листы, сушат и коптят для устойчивости против окисления и действия микроорганизмов.
Производство натурального каучука (НК) требует больших затрат и не покрывает промышленных потребностей. Поэтому наибольшее распространение получил синтетический каучук (СК). Свойства СК зависят от строения и состава.
Изопреновый каучук (обозначается СКИ) по своему составу и строению близок к натуральному каучуку, по некоторым показателям уступает ему, а по каким-то превосходит. Резина на основе СКИ отличается газонепроницаемостью, достаточной стойкостью против воздействия многих органических растворителей, масел. Существенные его недостатки — низкая прочность при высоких температурах и низкая озоно- и атмосферостойкость.
Бутадиен-стирольный (СКС) и бутадиен-метилстирольный (СКМС) СК наиболее широко используются в автомобилестроении. Резины на основе этих каучуков имеют хорошие прочностные свойства, высокое сопротивление изнашиванию, газонепроницаемость, морозо- и влагостойкость, однако нестойки при воздействии озона, топлива и масел.
Резина на базе бутадиенового каучука (СКД) эластична, износостойка, имеет хорошие физико-механические свойства при низких температурах, однако существуют трудности при переработке резиновых смесей. Она имеет недостаточно прочную связь с металлокордом при производстве армированных изделий.
Из СК специального назначения бутадиен-нитрильный (СКН) каучук отличается высокой бензомаслостойкостью, сохраняет свои свойства в широком интервале температур, обеспечивает прочную связь с металлами, поэтому применяется для изготовления металлорезиновых изделий, работающих в контакте с нефтепродуктами. Недостаток — быстрое старение.
Резины на основе фторкаучука (СКФ) и акрилатного каучука (АК) обладают очень высокими прочностными свойствами, стойки к воздействию топлив, масел, многих других веществ, высоких температур, однако низкая морозостойкость ограничивает их применение. Комплексом положительных свойств обладают силиконовые каучуки.
Молекулы СК являются полимерными цепями с небольшим числом боковых ответвлений. При нагревании с некоторыми вулканизирующими веществами между молекулами каучука образуются химические связи — «мостики», что резко изменяет механические свойства смеси. Чаще всего в качестве вулканизирующего ингредиента используют серу (1—3 %).
Для ускорения вулканизации в резиновую смесь добавляют ускорители и активаторы.
Чрезвычайно важным ингредиентом резины являются наполнители. Активные наполнители резко усиливают прочностные свойства резины. Чаще всего роль активного наполнителя выполняет технический углерод (сажа). Введение технического углерода делает резину более прочной, повышает износостойкость, упругость, твердость. Неактивные наполнители (мел, асбестовая мука и др.) служат для увеличения объема резиновой смеси, что удешевляет изготовление резины, но ее физико-механических свойств не улучшают (некоторые наполнители даже ухудшают).
Пластификаторы (мягчители) облегчают приготовление резиновой смеси, формование изделий, а также улучшают эластичность резины при низких температурах. В качестве пластификаторов используют высококипящие фракции нефти, каменноугольную смолу, растительные масла, канифоль, синтетические смолы. Для замедления процессов старения резины и увеличения ее ресурса в состав резиновой смеси вводят противостарители (антиокислители, стабилизаторы).
Особая роль отводится армирующим наполнителям. Они не входят в состав резиновой смеси, а вводятся на стадии формования изделия. Текстильная или металлическая арматура снижает нагрузку на резиновое изделие, ограничивает его деформацию. Изготавливают такие армированные резиновые изделия, как шланги, приводные ремни, ленты, автопокрышки, где для усиления прочности используют текстильный и металлический корды.
Подбором соответствующих каучуков, рецептуры резиновой смеси, условий вулканизации создают материалы, имеющие определенные свойства, что позволяет получать изделия, обладающие различными эксплуатационными свойствами, причем устойчиво сохраняющие свои качества продолжительное время и обеспечивающие функциональное назначение деталей и работоспособность узлов и агрегатов.
Из отработавших резинотехнических изделий изготовляют по специальной технологии регенерат, который добавляют в резиновую смесь в качестве заменителя части каучука. Однако резина, в состав которой входит регенерат, не отличается хорошими эксплуатационными свойствами, а потому из нее изготовляют изделия (коврики, ободные ленты), к которым не предъявляют высоких технических требований.

Оглавление книги открыть закрыть

Материалы, применяемые в машиностроении
Углеродистые стали
Углеродистые стали обыкновенного качества
Качественные углеродистые стали
Инструментальные углеродистые стали
Чугуны: классификация и свойства
Ковкий чугун
Высокопрочный чугун
Антифрикционные чугуны
Легированные стали: свойства и классификация
Конструкционные легированные стали
Инструментальные легированные стали
Стали и сплавы с особыми свойствами: нержавеющие, шарикоподшипниковые, пружинные, автоматные
Электротехнические стали и сплавы
Порошковые материалы
Сплавы цветных металлов
Медь и ее сплавы
Алюминий и его сплавы
Антифрикционные сплавы
Композиционные материалы
Композиционные материалы с металлической матрицей
Материалы с неметаллической матрицей
Конструкционные материалы на органической основе
Пластмассы: состав, свойства и классификация
Резины: состав, свойства и виды
Конструкционные материалы на неорганической основе
Неорганическое стекло: свойства и классификация
Теплозвукоизоляционные стекловолокнистые материалы
Ситаллы: получение и свойства
Керамические материалы: свойства и виды
Графит и его свойства
Защитные материалы и их виды

« назад Оглавление вперед »
Пластмассы: состав, свойства и классификация &#0171 | &#0187 Конструкционные материалы на неорганической основе

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 акриловой кислоты. 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 конвейерной ленте 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.

Резина (от лат. resina – смола) (вулканизат), эластичный материал, образующийся в результате вулканизации натурального и синтетических каучуков. Представляет собой сетчатый эластомер – продукт поперечного сшивания молекул каучуков химическими связями.

Резину получают главным образом вулканизацией композиций (резиновых смесей), основу которых (обычно 20-60% по массе) составляют каучуки. Другие компоненты резиновых смесей – вулканизующие агенты, ускорители и активаторы вулканизации, наполнители, противо-старители, пластификаторы (мягчители). В состав смесей могут также входить регенерат (пластичный продукт регенерации резины, способный к повторной вулканизации), замедлители подвулканизации, модификаторы, красители, порообразователи, антипирены, душистые вещества и другие ингредиенты, общее число которых может достигать 20 и более. Выбор каучука и состава резиновой смеси определяется назначением, условиями эксплуатации и техническими требованиями к изделию, технологией производства, экономическими и другими соображениями.

Технология производства изделий из резины включает смешение каучука с ингредиентами в смесителях или на вальцах, изготовление полуфабрикатов (шприцеванных профилей, каландрованных листов, прорезиненных тканей, корда и т.п.), резку и раскрой полуфабрикатов, сборку заготовок изделия сложной конструкции или конфигурации с применением специального сборочного оборудования и вулканизацию изделий в аппаратах периодического (прессы, котлы, автоклавы, форматоры-вулканизаторы и др.) или непрерывного действия (тоннельные, барабанные и др. вулканизаторы). При этом используется высокая пластичность резиновых смесей, благодаря которой им придается форма будущего изделия, закрепляемая в результате вулканизации. Широко применяют формование в вулканизационном прессе и литье под давлением, при которых формование и вулканизацию изделий совмещают в одной операции. Перспективны использование порошкообразных каучуков и композиций и получение литьевых резин методами жидкого формования из композиций на основе жидких каучуков. При вулканизации смесей, содержащих 30-50% по массе S в расчете на каучук, получают эбониты.

Резину можно рассматривать как сшитую коллоидную систему, в которой каучук составляет дисперсионную среду, а наполнители – дисперсную фазу. Важнейшее свойство резины – высокая эластичность, т.е. способность к большим обратимым деформациям в широком интервале температур.

Резина сочетает в себе свойства твердых тел (упругость, стабильность формы), жидкостей (аморфность, высокая деформируемость при малом объемном сжатии) и газов (повышение упругости вулканизационных сеток с ростом температуры, энтропийная природа упругости).

Резина – сравнительно мягкий, практически несжимаемый материал. Комплекс ее свойств определяется в первую очередь типом каучука; cвойства могут существенно изменяться при комбинировании каучуков различных типов или их модификации.

Механические свойства вулканизованной резины характеризуются рядом показателей, важнейшие из которых определяют при испытаниях ее на растяжение и сжатие, для чего в соответствии с ГОСТ 270—75 используют те же методы и такого же типа машины, какие применяются для оценки прочности металлов.

Пределом прочности при растяжении (разрывной прочностью) называется напряжение, возникающее в резине к моменту разрыва образца. Численно предел прочности 52 равен частному от деления максимальной нагрузки Р, зафиксированной при разрушении образца, на площадь его поперечного сечения, измеренную до начала растяжения.

Относительным удлинением при разрыве е2 называется выраженное в процентах отношение прироста длины образца резины в момент разрыва к его первоначальной длине.

Остаточным удлинением при разрыве 02 называется выраженное в процентах отношение прироста длины разорванного образца к его первоначальной длине.

Совокупность относительного и остаточного удлинений характеризует эластичность резинового материала. Чем больше разность между этими показателями, тем лучше эластичность материала, которая должна соответствовать назначению детали.

При деформации сжатия разрушение образца из различных сортов монолитных (беспористых) резин наступает примерно при двукратном уменьшении его размера в направлении сжимающей нагрузки, или, иначе говоря, при относительном сжатии порядка 50 %.

Чрезвычайно важные эксплуатационные выводы вытекают из анализа способности резины обеспечивать остаточные деформации. В вулканизатах всех каучуков (кроме эбонита) происходит явление, внешне сходное с ползучестью металлов при повышенных температурах или с хладотекучестью термопластов. Сущность этого явления состоит в том, что в резине, находящейся в напряженном состоянии, возникают и накапливаются необратимые деформации. Чем длиннее срок пребывания в таком состоянии и выше действующая нагрузка, тем больше будут остаточные деформации, которые достигают при разрушающих напряжениях нескольких десятков процентов. Поэтому сильно де­формированные резиновые детали с течением времени безвозвратно изменяют свою форму и размеры, что особенно заметно на тонкостенных изделиях, листовых материалах и т.д. Например, длительно хранящиеся навалом чисто резиновые и даже армированные шланги приобретают сплющенную форму, а резкие перегибы, допускаемые при складывании прорезиненной ткани, очень быстро и настолько устойчиво на ней фиксируются, что устранить их в последующем невозможно.

Чтобы обеспечить на возможно больший срок высокую работоспособность резиновых деталей, необходимо при их хранении, а также при эксплуатации создавать такие условия, при которых бы возникающие в этих деталях напряжения и деформации были возможно меньшими.

Например, такие дорогие и ответственные по выполняемым функциям изделия, как автомобильные покрышки, не допускается хранить плашмя положенными друг на друга. Их хранят только на специальных стеллажах поставленными вертикально в один ряд по высоте и к тому же при периодической (через 2. 3 мес.) смене места контакта протектора со стеллажом для сохранения профиля и размеров.

Правилами технической эксплуатации шин предписывается не допускать их перегрузки и поддерживать в них нормальное давление (не снижая давление в тех случаях, когда оно становится выше нормы за счет нагрева шин). Оба требования продиктованы не только заботой о сохранении формы и размеров шин, но и стремлением не снизить их долговечность, предотвратить чрезмерное тепловыделение в них и перерасход топлива.

(металлы, минералы, пластмассы и т. д.), указывается ее твердость. Твердостью называется способность материала сопротивляться проникновению в него постороннего твердого тела, вдавливаемого под действием определенной силы.

Наиболее широко для оценки твердости резины применяется твердомер ТМ-2, мерой твердости по которому служит глубина погружения притуплённой в форме усеченного конуса иглы , выраженная в условных делениях шкалы прибора. При испытании твердомер ТМ-2 надо прижимать к изделию с минимальным усилием, но достаточным для того, чтобы обе его нижние площадки плотно (без просветов) прилегали к поверхности резины . При этом следует иметь в виду, что толщина образца /г, к которому прижимается твердомер, должна быть не менее 6 мм.

С целью облегчения формования изделий из сырой резины ей придают путем специальной обработки — пластикации каучука — необходимую пластичность. При измерении твердости такой резины игла твердомера непрерывно погружается в испытуемый образец, в результате чего показание прибора убывает и через несколько минут становится близким кнулю. Из-за повышенной пластичности сырой резины игла оставляет на образце не исчезающую со временем лунку. В процессе вулканизации пластичность резины убывает и на конечном этапе практически полностью исчезает, а твердость и эластичность, непрерывно возрастающие по мере вступления в реакцию новых порций серы, достигают в готовом вулканизате определенных значений.

На изменении пластичности основан один из методов контроля степени вулканизации, как целых деталей, так и отдельных их участков, ремонтируемых с помощью сырой резины. Стабильное, укладывающееся в рамки технических требований показание твердомера, сочетающееся с тем, что его игла не оставляет заметного следа на вулканизате, свидетельствует о правильности выбранного режима вулканизации.

Оценка износостойкости (сопротивления истиранию) и стремление к ее повышению преимущественно касается резины, идущей на изготовление деталей, которые по условиям работы перемещаются путем скольжения или качения относительно других предметов и при этом подвергаются износу. Из резиновых изделий для автомобилей к этой категории, в первую очередь, относятся пневматические шины, которым приходится работать в исключительно тяжелых условиях, сочетающих в себе восприятие высоких ударных нагрузок в очень широком диапазоне температур, царапающее и абразивное воздействие полотна дороги и грунта, неблагоприятное влияние влаги, солнца, кислорода и т.д.

Экспериментальное определение износостойкости резин производится в соответствии с ГОСТ 426—77 на специальной установке, которая позволяет при нормированных условиях подвергать истиранию образец резины, прижимаемый к наждачной шкурке с давлением 32,5 кПа. Показатель износостойкости, называемый удельным показателем истирания, определяется потерей объема испытуемого образца, вычисленной по отношению к единице работы, затраченной на истирание. Для резин, идущих на изготовление протекторов автомобильных покрышек для легковых автомобилей, этот показатель должен составлять не более 0,08 мм3/Дж, а для грузовых — не более 0,14 мм3/Дж.

Для получения прорезиненных тканей берут льняную или бумажную ткань и резиновый клей, представляющий резиновую смесь, растворенную в бензине или бензоле. Клей тщательно и равномерно размазывают и впрессовывают в ткань; после просушки и испарения растворителя получают прорезиненую ткань. Для изготовления прокладочного материала, способного выдерживать высокие температуры, применяют паронит, представляющий резиновую смесь, в которую введено асбестовое волокно. Такую смесь смешивают с бензином, пропускают через вальцы и вулканизируют в виде листов толщиной от 0,2 до 6 мм.