Что собой представляет резина по химическому составу

Резиновые материалы

Резиновые материалы — особый вид пластмасс (реакто- пласты с редкосетчатой структурой), когда связывающий полимер, каучук натуральный (НК) или синтетический (СК), находится в высокоэластичном состоянии. Свойства резины: высокая эластичность, хорошие амортизационные свойства, сильно выражена зависимость механических свойств от температуры (термическое старение резины: с повышением температуры прочность падает).

При динамическом нагружении свойства резин определяют упруго-гистерезисными (остаточная деформация) и усталостно-прочностными характеристиками. Морозостойкость резины определяется температурой хрупкости ?_х и коэффициентом морозостойкости К_м.

Резиновые материалы — сложные вещества, в состав которых кроме каучука, входят ускорители вулканизации, наполнители, пластификаторы, противостарители и красители.

Наполнители — вулканизирующие вещества до 30% об. (сера, оксиды цинка, перекисные и нитросоединения) участвуют в создании макромолекул резины. Активные наполнители — сажа, оксид кремния повышают прочность и твердость резины, ее износостойкость. Инертные наполнители — тальк, мел и др. вводят с целью удешевления резины. Пластификаторы — вазелин, парафин, стеариновая кислота, различные масла (до 30% об.) увеличивают эластичность и морозостойкость. Противостарители химического (альдоль, неозон) и физического (парафин, воск) действия, которые, взаимодействуя с кислородом или затрудняя его диффузию из воздуха, препятствуют присоединению кислорода к месту двойной связи в каучуке и ее разрыву, который приводит к потере эластичности и охрупчиванию резины. Красители исполняют декоративные функции и задерживают световое старение.

Резиновые материалы делятся на резины общего и специального назначения.

Резины общего назначения выпускаются на основе каучука с неполярными связями (бутадиеновый каучук — СКВ, бутадиеностирольный — СКС-10, СКС-30, дивинильный) для работы в водной и воздушной средах, в слабых растворах кислот и щелочей, в спирте, ацетоне, жирных кислотах. Интервал рабочих температур: -50. +130 °С. Эти резины, особенно мягкие, не стойки к светоозонному и тепловому старению. Они набухают при контакте с жирными и ароматическими растворителями (бензин, керосин, масло и т.д.). Предназначены для шин авиа- и автоколес, протекторов, покрышек, прокладок, обычных шлангов, амортизаторов и т.д. Марки резин общего назначения — 15РИ 10, МРИ 32456.

Резины специального назначения — обладают негорючестью, морозостойкостью, теплостойкостью, озоностойкос- тью, электропроводностью, а также стойкостью к горючесмазочным материалам. Резины, стойкие к действию озона и света, изготовлены на основе хлоропренового каучука (наирит) и бутилкаучука (БК) с изобутиленом. Марки резины специального назначения — 3826, НО-68-1, В-14-1, ИРП 1287, ИРП 1338.

Разновидности ингредиентов резины

Резины являются сложной смесыо различных ингредиентов, каждый из которых выполняет определенную роль в формировании ее свойств. Помимо основы — каучуков — в состав резин вводят вулканизирующие вещества, ускорители вулканизации, наполнители, пластификаторы, противостарители и красители.

Вулканизирующие вещества (сера, оксиды цинка или магния, пероксиды и нитросоединения) непосредственно участвуют в образовании поперечных связей между макромолекулами. Их содержание в резинах составляет 5—7%, а в твердых резинах, например эбоните, — до 30%. В присутствии ускорителей (тиурам, каптакс, оксиды свинца) процесс вулканизации наиболее активен.

Наполнители по воздействию на каучуки подразделяют на активные и инертные. Активные наполнители (сажа, оксид кремния) повышают твердость и прочность резины и увеличивают ее сопротивление истиранию. Инертные наполнители (тальк, мел и др.) вводят в состав резин с целью их удешевления.

Пластификаторы (вазелин технический, парафин, стеариновая кислота, минеральные и растительные масла и т.д.), присутствуя в составе резин (8—30%), облегчают их переработку, увеличивают эластичность и морозостойкость.

Протиаостарители замедляют процесс старения резин, препятствуют присоединению кислорода. Присоединение кислорода происходит по месту двойных связей в каучуке. В результате макромолекулы каучука разрываются на части, укорачиваются. Это приводит к потере эластичности, охрупчиванию и появлению сетки трещин на поверхности. Противостаритсли различают химического и физического действия. Противостарители химического действия (альдоль, неозон), взаимодействуя с кислородом, про- диффундировавшим в резину и пероксидам каучука, задерживают его окисление. Противостарители физического действия (парафин, воск), образуя поверхностные пленки, затрудняют диффузию кислорода.

Красители (охра, ультрамарин) выполняют не только декоративные функции, но и задерживают световое старение, поглощая коротковолновую часть света.

Решающая роль в формировании основных свойств резин принадлежит каучукам. Натуральный каучук получают из сока (латекса), извлекаемого из стволов каучуковых деревьев. В латексе содержится 30—37% каучука, частицы которого имеют округлую форму диаметром 0,14—0,6 мкм. Каучук из латекса выделяют коагуляцией с помощью органических кислот (муравьиной или уксусной). Затем рыхлый сгусток промывают водой, раскатывают в листы и сушат. Наибольшее распространение получили сорта натурального каучука смокед-шитс янтарного цвета и светлый креп.

В химическом отношении чистый и натуральный каучук — непредельный углеводород состава

где п = 1000^-4000.

Натуральный каучук (НК) — мягкий эластичный материал плотностью 0,91—0,94 г/см 3 . Он хорошо растворяется в органических растворителях (бензине, бензоле, хлороформе и др.). Натуральный каучук обычно находится в аморфном состоянии. При длительном хранении возможна его кристаллизация. Деформация растяжением натурального каучука вызывает его кристаллизацию. Возникновение кристаллической фазы увеличивает прочность каучука. При температуре — 70°С натуральный каучук утрачивает эластичность и становится хрупким. Нагрев натурального каучука выше 70°С делает его пластичным, а при температуре выше 200°С он разлагается. Резины на основе натурального каучука имеют высокую прочность и эластичность, высокие электроизоляционные свойства.

Более широкое применение в производстве резин получили синтетические каучуки, отличающиеся разнообразием свойств. Синтетические каучуки получают из спирта, нефти, попутных газов нефтедобычи, природного газа и т.д.

Бутадиеновый каучук (СКБ) получают полимеризацией газообразного углеводорода бутадиена СН₂=СН—СН=СН₂ (дивинила) в присутствии металлического натрия. Цепочка макромолекул СКБ имеет вид . —СН₂—СН=СН—СН₂—. Это некристаллизу- ющийся каучук, отличающийся пониженной прочностью при растяжении, растворимый в неорганических растворителях.

Морозостойкость бутадиенового каучука невысокая и находится в пределах от -40 до -50°С. Каучук СКБ чаще идет на изготовление специальных резин.

Бутадиенстиролъный каучук (СКС) получают совместной полимеризацией бутадиена (СД1₆) со стиролом (CH₂=CIIC₆II5). Свойства каучука зависят от содержания стирольных звеньев. У ве- личснис стирола повышает прочность, но понижает морозостойкость каучука. Промышленностью освоен выпуск нескольких марок бутадиснстирольных каучуков: СКС-10, СКС-30, СКС-50.

Каучук СКС-30 (содержит 30% стирола), наиболее универсальный и распространенный, идет на изготовление автомобильных шин, резиновых рукавов и других резиновых изделий. СКС-10 (содержит 10% стирола) отличается повышенной морозостойкостью (до -77°С). Каучуки СКС отличаются малой стойкостью к действию органических растворителей (масел и топлива). По диэлектрическим свойствам резины на основе каучуков СКС близки к резинам на основе НК.

Изопретвый каучук (СКИ) получают полимеризацией изопрена (С-,1 I_iS) в присутствии щелочных металлов (литий) или комплексных катализаторов. Этот каучук по строению, химическим и физико-механическим свойствам близок к натуральному каучуку. СКИ способен кристаллизоваться только при значительном растяжении. Промышленностью выпускаются каучуки СКИ-3 — для изготовления шип, амортизаторов; СКИ-ЗД — для производства электроизоляционных резин; СКИ-ЗВ — для вакуумной техники.

Хлоропреновый каучук (наирит) представляет собой продукт эмульсионной полимеризации хлоропреиа

Хлоропреновые каучуки имеют линейное строение макромолекул. Присутствие в макромолекуле каучука хлора (37%) придает ему полярность. Вследствие полярности наирит обнаруживает невысокие диэлектрические свойства, стойкость к действию масел и бензина, а также озона и других окислителей, огнестойкость. Хлоропреновые каучуки обладают высокими прочностными свойствами. Их применяют при изготовлении резин для шлангов, прокладок, защитных оболочек кабельных изделий.

Бутадиеннитрилъный каучук (СКН) получают совместной полимеризацией бутадиена и нитрила акрильной кислоты. В зависимости от содержания нитрила акриловой кислоты бутадиеннит- рильные каучуки разделяют на марки СКН-18, СКН-26, СКН-40. Из-за наличия сильнополярной группы —CN бутадиеннитрильные каучуки имеют дипольную природу и низкие электроизоляционные свойства. Они стойки в бензине и нефтяных маслах и по этим показателям превосходят наирит. По теплостойкости СКН превосходит натуральный каучук. На основе СКН производят резины для топливных и масляных шлангов, прокладок и уплотнителей мягких топливных баков.

Синтетический каучук теплостойкий (СКТ) представляет собой продукт поликонденсации циклических силоксанов. Макромолекула такого каучука имеет линейное строение и содержит в основной цени чередующиеся атомы кремния и кислорода:

Значительная прочность (374,2 кДж) силоксановой связи (—Si—О) придает этим каучукам повышенную термостойкость. Радикалами могут быть соединения СН₃ и С₆Н₅. Силоксановый каучук, содержащий только метильную группу СН₃, имеет рабочую температуру от -60 до 250°С. Замена радикала СН₃ на СбН₃ повышает его эластичность и морозостойкость до -80°С.

Каучуки стойки к действию озона и кислорода, растворяются в ароматических углеводородах и набухают в бензине и маслах, отличаются низкой прочностью и плохой адгезией.

На основе силоксановых каучуков производят резины, предназначенные для изоляции электрических кабелей и для герметизирующих и уплотняющих прокладок.

Фторсодержащие каучуки (СКФ) получают совместной полимеризацией ненасыщенных фторированных углеводородов (CF₂=CFCl, CIl2 = CF₂ и др.). Фторсодержащий каучук — полностью насыщенный полимер. Промышленность выпускает фторкау- чуки марок СКФ-32 и СКФ-26, химические формулы которых имеют вид

Каучуки отличаются повышенной стойкостью к тепловому старению, атмосферному воздействию, сильным окислителям, маслам, растворителям, высоким температурам (до 300°С). Они не горят и устойчивы к действиям микроорганизмов. Вместе с тем эти каучуки обнаруживают низкую морозостойкость (-25°С), низкую эластичность и малую стойкость в большинстве тормозных жидкостей.

Резины на фгоркаучуковой основе идут на изготовление уплотнителей и герметизирующих деталей, работающих в топливах и маслах при температуре до 300°С.

Полисульфидный каучук (тиокол) — продукт иоликонденсации галогенопроизводных углеводородов с полисульфидами щелочных металлов и имеет формулу

Содержание серы в каучуке в зависимости от строения полимера достигает 40—85%. Каучук полярен. Тиокол устойчив к действию различных топлив и масел, озона, кислорода и солнечного света. Сера придает тиоколу высокую влаго- и газонепроницаемость. Механические свойства резин на основе тиокола невысокие. Резины сохраняют эластичность при температурах от -40 до -60°С, теплостойкость не выше 70°С, а также обладают высокой адгезией к металлам. На основе тиокола изготавливают жидкие герметики, применяемые для герметизации топливных отсеков самолетов, сборных металлических конструкций в промышленном и гражданском строительстве.

Свойства натурального и синтетического каучуков приведены в табл. 10.5.

Состав 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.

Состав

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.

Структура

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.

Изменение свойств

В зависимости от количества вводимой серы получается различная частота сетки полимера. При введении 1-5 % S 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; 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 температуры. 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 прочность у полисульфидной связи — С-S-С.

Упрочнение каучука

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).

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 эластичными свойствами, которые присуши каучуку — главному исходному компоненту резины. Она способна к очень большим деформациям (относительное удлинение достигает 100%), которые почти полностью обратимы. При нормальной температуре резина находится в высокоэластическом состоянии, и её эластические свойства сохраняются в широком диапазоне температур.

Модуль температур лежит в пределах 1-10 МПа, т.е. он в тысячи и десятки тысяч раз меньше, чем для других материалов. Особенностью резины является её малая сжимаемость (для инженерных расчётов резину считают несжимаемой); коэффициент Пуассона 0,4-0,5, тогда как для металла эта величина составляет 0,25-030. 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; это трение преобразуется в теплоту и является причиной гистерезисных потерь. При эксплуатации толстостенных деталей вследствие низкой теплопроводности материала нарастание температуры в массе резины снижает её работоспособность.

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

15.1. 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). Т.о., 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 или селен, для некоторых каучуков перекиси. Для резины электротехнического назначения вместо элементарной серы (которая взаимодействует с медью) применяют органические сернистые соединения – тиурам.

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 ведёт к ухудшению её эксплуатационных свойств. Существуют противостарители химического и физического действия. Действие первых заключается в том, что они задерживают окисление каучука. Физические противостарители (парафин, воск) образую поверхностные защитные плёнки, они применяются реже.

З. Мягчители (пластификаторы) облегчают переработку резиновой смеси, увеличивают эластические свойства каучука, повышают морозостойкость резины. В качестве мягчителей вводят парафин, вазелин, стеариновую кислоту, битумы, дибутилфталаты, 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) повышают механические свойства резин: прочность, сопротивление истиранию, твёрдость. Неактивные наполнители (мел, тальк, барит) вводятся для удешевления стоимости резины.

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

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

Подавляющее число каучуков является непредельными, высокополимерными соединениями с двойной химической связью между углеродными атомами в элементарных звеньях макромолекулы. Молекулярная масса каучуков исчисляется в 400 000 – 450 000. Структура макромолекул линейная или слаборазветвлённая и состоит из отдельных звеньев, которые имеют тенденцию свернуться в клубок, занять минимальный объём, но этому препятствуют силы межмолекулярного взаимодействия, потому молекулы каучука извилистые (зигзагообразные). Такая форма молекул и является причиной исключительно высокой эластичности каучука (под небольшой нагрузкой происходит выпрямление молекул). По свойствам каучуки напоминают термопластичные полимеры. Наличие в молекулах каучука непредельных связей позволяет при определённых условиях переводить его в термостабильное состояние. Для этого по месту двойной связи присоединяется двухвалентная сера, которая образует в поперечном направлении как бы «мостики» между нитевидными молекулами каучука, в результате чего получается пространственно-сеточная 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% S образуется редкая сетка и резина получается высокоэластичной, мягкой. С увеличением процентного содержания серы сетчатая структура становится всё более частой, резина более твёрдой, и при максимально возможном (30%) насыщении каучука серой образуется твёрдый материал, называемой эбонитом.

При вулканизации применяется молекулярная структура полимера, что влечёт за собой изменение его физико-механических свойств: резко возрастает прочность при растяжении и эластичность каучука, а пластичность почти полностью исчезает (например, натуральный каучук имеет σ _в =1,0-1,5МПа, а после вулканизации σ _в =35МПа); увеличиваются твёрдость, 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 происходит два процесса: структурирование под действием вулканизирующего агента и деструкция под влиянием окисления и температуры. 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 даёт повышение прочности.

Термическая устойчивость вулканизата зависит от характера образующихся в процессе вулканизации связей. Наиболее прочные, а следовательно, термоустойчивые связи -С-С-, наименьшая прочность у полисульфидной связи -C-S-C.

По объёму мирового потребления НК составляет 30%, остальное СК, которых известно 250 видов.

По назначению резины подразделяют на резины общего назначения и резины специального назначения.

Резины общего назначения. К группе резин общего назначения относят вулканизаты неполярных каучуков — НК, СКБ, СКС, СКИ.

НК — натуральный каучук является полимером изопрена (C₅H₈) _п. 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: ρ_V = 3 * * 10 14 — 23 * 10 18 Ом*см; ε =2,5.

СКБ — синтетический каучук бутадиеновый (дивинильный) получают по методу СВ. Лебедева. Формула полибутадиена (С₄Н₆) _п. Он является некрислаллизующимся каучуком и имеет низкий предел прочности при растяжении, поэтому в резину на его основе необходимо вносить усиливающие наполнители. Морозостойкость бутадиенового каучука невысокая (от — 40 до — 45°). Он набухает в тех же растворителях, что и НК. Стереорегулярный дивинильный каучук СКД по основным техническим свойствам приближается к НК. Дивинильныые каучуки вулканизуются серой аналогично натуральному каучуку.

СКС — бутадиенстиролъный каучук получается при совместной полимеризацией бутадиена (С₄Н₆) и стирола (СН=СН–С₆Н₅). 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, 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 газонепроницаемости 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 (C₅H₈). 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-3П, наиболее близкие по свойствам к НК; каучук СКИ-3П, 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 изготавливают шины, ремни, рукава, конвейерные ленты, изоляцию кабелей, различные технические изделия.

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

Маслобензостойкие резиныполучают на основе каучуков хлоропренового (наирит), СКН и тиолока.

Наирит является отечественным хлоропреновым каучуком.

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. 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.

В зависимости от состава каучук выпускают следующих марок: СКН-18, СКН-26, СКН-40. 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. Вулканизируют СКН с помощью серы. Резины на основе СКН обладают высокой прочностью (σ _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 -30 до 130°С. Резины на основе СКН применяют для производства ремней, конвейерных лент, рукавов, маслобензостойких резиновых деталей.

Теплостойкие резиныполучают на основе каучука СКТ.

СКТ — синтетический каучук теплостойкий, представляет собой кремнийорганическое соединение с химической формулой:

Каучук вулканизуется перекисями и требует введения усиливающих наполнителей. Присутствие в основной молекулярной цепи прочной силоксановой связи придаёт каучуку высокую теплостойкость. Т.к. СКТ слабополярен, он обладает хорошими диэлектрическими свойствами. Диапазон рабочих температур СКТ составляет от -60 до 250°С. Низкая адгезия, присущая кремнийорганическим соединения, делает СКТ водостойкими и гидрофобными. В растворителях и маслах он набухает, имеет низкую механическую прочность, высокую газонепроницаемость, плохо сопротивляется истиранию. При замене метальной группы 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.

Морозостойкимиявляются резины на основе каучуков, имеющих низкие температуры стеклования. 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.

Износостойкие резиныполучают 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. Рабочие температуры резин на его основе составляют от -30 до 130°С. На основе сложных полимеров вырабатывают каучуки СКУ-7, СКУ-8, СКУ-50; на основе простых полиэфиров — СКУ-ПФ, СКУ-ПФЛ. Последние отличаются высокой морозостойкостью и гидролитической стойкостью. Уретановые резины стойки к воздействию радиации. Резины на основе СКУ применяют для автомобильных шин, конвейерных лент, обкладки труб и желобов для транспортирования абразивных материалов, обуви и др.

Электротехнические резинывключают электроизоляционные и электропроводящие резины. Электроизоляционные резины, применяемые для изоляции токопроводящей жилы проводов и кабелей, для специальных перчаток и обуви, изготавливают только на основе неполярных каучуков НК, СКБ, СКС, СКТ и бутилкаучука.

Электропроводящие резиныдля экранированных кабелей получают из каучуков НК, СКН, особенно для полярного каучука СКН-26 с введением в их состав углеродной сажи и графита

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

15.2. Влияние факторов эксплуатации на свойства резин.

В процессе эксплуатации резиновые изделия подвергают различным видам старения (световое, озонное, тепловое, радиационное, вакуумное) что снижает их работоспособность; изменение свойств может быть необратимым. Стойкость резин при старении зависит от степени ненасыщенности каучука, гибкости макромолекул, прочности химических связей в цепи, способности к ориентации и кристаллизации. Изменение свойств оценивается по изменению прочностных и упругих характеристик; по восстанавливаемости резин, стойкости к раздиру.

Под действием атмосферных условий, озона происходит растрескивание напряжённых резин из ненасыщенных каучуков; стойки к озоновому старению насыщенные каучуки. Свет вызывает фотоокисление каучуков, которое зависит от наличия в них двойных связей. По убыванию скорости фотоокисления каучуки можно расположить в ряд: НК, СКБ>СК>БК. Светостойкие резины из СКФ и СКТ. Фотопроцесс ускоряется при повышении температуры. Скорость старения резин в напряжённом состоянии выше, чем в свободном состоянии. Повышение озоностойкости достигается введением соответствующих ингредиентов и нанесением защитной плёнки.

Сроки службы или хранения изделий из резины определяется по изменению остаточной деформации сжатия ε_ост, которая для уплотнительных материалов допускается до 80%, и релаксации напряжения 0,2.

Вопросы для повторения раздела.

1. Назовите состав и дайте классификацию резин.

2. В каких случаях используют специальные резины?

Список рекомендуемой литературы.

1. Материаловедение: Учебник для ВУЗов / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.К. Мухин и др. Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова – 3-е изд., перабот. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001 — 648с.

2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – 538с.

3. Дриц М.Е., Москалев М.А. Технология конструкционных материалов и материаловедение: Учеб. для вузов. – М.: Высш. шк., 1990.– 447с

4. Худокормова Р.Н., Пантелеенко Ф.И. Материаловедение: Лаб. практикум: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Л.С. Ляховича. – Мн.: Высш. шк., 1998. – 224с.

5. Марочник сталей и сплавов. Под ред. А.С. Зубченко. – М.: Машиностроение., 2004. – 784с.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: