Резиновые материалы

Натуральный каучук (НК) получают из млечного сока (латекса) растений-каучу­коносов, культивируемых в странах тропического пояса. Представляет собой высокомолекулярный ненасыщен­ный углеводород, имеющий большое число регулярно череду­ющихся двойных валентных связей между углеродными атомами. Не растворяется в воде, но растворяется в нефтепродуктах. На этом свойстве основано изготовление резино­вых клеев.

Основным сырьем для отечественной резиновой промышленности служат различные синтетические ка­учуки (СК). В основе производства синтетических каучуков лежит явление полимеризации под действием различных видов инициаторов (катализаторов).СК получают из сырой нефти, которую разделяют на фракции (углеводороды определенного размера) и далее уже используют в синтезе необходимых мономеров. Мономеры используют для производства СК различными методами полимеризации.

В зависимости от фазового состояния среды, в которой протекает реакция полимеризации, различают несколько видов процесса: жидкофазная, газофазная, эмульсионная и растворная полимеризация. СК, полученные по разным способам полимеризации, отличаются структурой, следовательно, и свойствами.

Одним из эффективных способов увеличения прочности каучуков является вулканизация — химическое связывание молекул каучука с атомами серы. Открыл этот процесс американец Чарльз Нельсон Гудьир. В 1839 он обнаружил, что добавляя в НК немного серы и нагревая, можно улучшить его прочность, твердость, эластичность и тепло- и морозоустойчивость. Материал, изобретенный Гудьиром, принято называть резиной. С ростом концентрации серы увеличивается проч­ность резины, но одновременно уменьшается ее эластичность. В пре­дельном случае, т.е. когда с каучуком соединяется максимально возможное количество серы (около 50 %), получают очень прочный (предел прочности при растяжении 52...54 МПа) и совершенно неэластичный (твердый) химически инертный материал — эбонит.

Для ускорения процесса вулканизации в состав любой смеси каучука с вулканизирующим веществом добавляются ускорители (тиурам, каптакс и др.), а для повышения прочности вулканизатов — активные наполнители (усилители).

Самым массовым усилителем является сажа — порошкообраз­ный углерод с размерами частиц от 0, 03 до 0, 25 мкм. Сажа, как и другие усилители, вводится в современные резиновые материалы в значительных количествах — от 20 до 70 % по отношению к со­держащемуся в них каучуку.

Кроме того, в состав резины в небольших количествах вводят красители, пластификаторы (для облегчения формования), антиокислители (для замедления процессов старения), парообра­зователи (при изготовлении пористых губчатых резин) и т.д.

Не подвергавшаяся вулканизации механическая смесь каучу­ка, серы, наполнителей и других ингредиентов (общее число ко­торых может достигать 15) называется сырой резиной, или резино­вой смесью.

Армированными резиновыми изделиями для автомобилей яв­ляются резинотканевые шланги, приводные ремни и т.д. Автомо­бильные покрышки — это наиболее ответственные и дорогие ар­мированные изделия, для изготовления которых используются спе­циальные ткани — корд, чефер и др.

Корд состоит из прочных нитей основы и слабых, редко распо­ложенных нитей утка. Его вырабатывают из искусственных (вис­козных) и синтетических (капроновых, лавсановых) волокон, стек­ловолокна и стальной проволоки. Из корда образуется главный силовой элемент покрышки — ее каркас.

Чефер представляет собой техническую (грубую) ткань из одних и тех же нитей с одинаковым строением основы и утка. Он служит для обеспечения менее важных функций (отделки бортов покрыш­ки), поэтому изготавливается преимущественно из хлопчатобумаж­ной пряжи.

С изменением температуры очень сильно изменяются свойства резины. С понижением температуры резины предел прочности растет, а эластичность падает и при —80°С она становится практически равной нулю. С повышением температуры до 110... 120°С относительное уд­линение резины увеличивается, а при дальнейшем нагревании начинает уменьшаться. Прочность, износостойкость и твердость уменьшаются, а ос­таточное удлинение и способность к необратимым деформациям увеличиваются.

С течением времени работоспо­собность резиновых изделий, а следовательно, и надежность рабо­ты автомобилей снижаются. С повышением температуры старение усиливается, причем от нагревания на каждые 10°С скорость старения возрастает в два раза. Окисление резины интенсивнее на тех участках, которые испытывают большее напряжение. Следова­тельно, необходимо содержать резиновые изделия по возможнос­ти в недеформированном состоянии.

Контрольные вопросы:

1. Получение натурального каучука.

2. Схема технологического процесса вулканизации.

3. Материалы для армированных резиновых изделий.

4. Изменение свойств резиновых изделий в процессе эксплуатации.