Резиновые материалы

Резины представляют собой продукт вулканизации каучука в смеси с добавками и наполнителями. Под вулканизацией понимают процесс сшивки макромолекул каучука в пространственно-сетчатую структу­ру с целью получения высокоэластичного материала. Основой рези­ны является каучук натуральный или синтетический. Подавляющее большинство резиновых материалов производится на основе синте­тических каучуков (известно около 250 видов). Наиболее важное практическое применение имеют каучуки бутадиеновые, бутадиенсти-рольные, бутадиеннитрильные, хлоропреновые, бутиловые, этилен-пропиленовые, кремнийорганические, полиуретановые и др.

Помимо каучуковой основы в состав вулканизируемой смеси вхо­дят следующие ингредиенты.

Вулканизирующие вещества {агенты). Для большинства каучуков вул­канизирующим агентом номер один является сера, сшивающая макро­молекулы каучука за счет образования поперечных связей между ними.

Рис. 9.11. Конструкция газопламенных горелок

Рис. 9.12. Трехкоординатный роботизированный автомат для напыления: 1 - привод продольного перемещения; 2 - форма; 3 - распылительное со­пло; 4 - поворотная головка; 5 - подача стекловолокна; 6 - привод верти­кального перемещения; 7 - привод поперечного перемещения; 8 - кабель; 9 - подача смолы; 10 - ленточные программоносители 11 Зак. 727

При небольших добавках серы (массовая доля до 5 %) образуется ред-косетчатый полимер, обладающий высокой эластичностью. По мере увеличения содержания серы твердость полимера возрастает и при массовой доле серы свыше 30 % образуется твердый материал - эбо­нит. Кроме серы в качестве вулканизирующих агентов могут исполь­зоваться селен, оксиды некоторых металлов и другие вещества.

Наполнители вводят для улучшения механических свойств (сажа, оксид цинка) и снижения стоимости (мел, барит, тальк) резины. Ино­гда в качестве наполнителей используются измельченные производ­ственные отходы резины и старые резиновые изделия.

Антиоксиданты {противостарители) замедляют процесс старения резины в результате окисления. К ним относятся альдоль и неозон Д.

Мягчители (пластификаторы) составляют 8...30 % от массы каучу­ковой основы. Мягчителями служат вазелин, парафин, растительные масла, битумы и другие вещества.

Красители обеспечивают резине необходимую окраску, а в ряде случаев - замедляют старение резины под воздействием солнечного света.

Резиновые смеси перед вулканизацией подвергают специальной механической или термической обработке с целью их пластификации. Сам процесс вулканизации проводят при температуре 14О...18О°С с использованием различного технологического оборудования. На­пример, трубки, стержни и профили получают экструзией исходной резиновой смеси и последующей вулканизацией «сырых» заготовок в котлах. Важнейшим параметром процесса вулканизации является его длительность. Наилучшие свойства резины обеспечиваются толь­ко при оптимальном времени вулканизации (рис. 9.13). При недовул-канизации ещё не достигается требуемая степень сшивки молекул, а при перевулканизации степень сшивки молекул снижается под влия­нием процесса деструкции (разрыва молекул), носящего название ре­версии вулканизации.

Резины обладают уникальными эластическими свойствами. При нормальных температурах резины могут подвергаться большим упру­гим деформациям. Модуль упругости резин (1... 10 МПа) на несколько порядков ниже модуля упругости стали. Для резин свойственна релак­сация напряжений при их механическом нагружении. В зависимости от природы каучуковой основы резины обладают следующими механи­ческими свойствами: временное сопротивление 1...50 МПа; относи­тельное удлинение при разрыве 100...800 %; твердость по Шору 30...95.

Механические свойства резин сильно зависят от температуры, повы­шение которой вызывает снижение их прочности и твердости.

Резины, поставляемые потребителю в вулканизированном состоя­нии, в соответствии с их назначением делят на две основные группы: резины общего назначения и резины специального назначения.

Рис. 9.13. Стадии вулканизации резиновых примесей:

I - подвулканизация; II - недовулканизация; III - оптимум (плато) вулка­низации; IV - перевулканизация; А - смесь с быстрым схватыванием; В - смесь с замедленным схватыванием; С - смесь с реверсией вулканизации

К резинам общего назначения относятся материалы на основе нату­рального, бутадиенового, изопренового, бутадиенстирольного, хлоро-пренового, бутилового каучуков. Из этих резин изготавливают шины, конвейерные ленты, приводные ремни, кабельную изоляцию и фасон­ные резинотехнические изделия. Изделия из резин общего назначения могут работать при температурах в интервале -35... 150 °С, их отличает стойкость в воздухе, воде и слабых растворах кислот и щелочей.

К резинам специального назначения относятся теплостойкие, мо­розостойкие, маслобензостойкие, износостойкие, электропроводя­щие, магнитные, диэлектрические, стойкие к действию агрессив­ных сред и др.

Основой теплостойких резин являются этиленпропиленовые и по-лисилоксановые каучуки, которые обеспечивают возможность рабо­ты при температурах 150...200 °С, а в отдельных случаях даже при 35О...4ОО°С.

Морозостойкие резины получают на основе каучуков с низкой тем­пературой стеклования, преимущественно кремнийорганических, либо с обычной температурой стеклования, например бутадиеннитриль-ных, но со специальными пластификаторами. Рабочие температуры достигают -76 °С.

Маслобензостойкие резины на основе хлоропреновых, уретановых, полисульфидных, бутадиеннитрильных и других каучуков могут ра­ботать в условиях длительного контакта с нефтепродуктами и расти­тельными маслами.

На основе полиуретановых каучуков получают износостойкие рези­ны, а на основе бутадиеннитрильных, кремнийорганических, хлоро­преновых, акрилатных каучуков -резины, стойкие к действию агрес­сивных сред.

Электропроводящие и магнитные резины изготавливают путем вве­дения электропроводящих и магнитных наполнителей в полярные бутадиеннитрильные каучуки.

Основой диэлектрических резин являются кремнийорганические, этиленпропиленовые, изопреновые и некоторые другие каучуки. Поми­мо рассмотренных, существуют и другие виды специальных резин: пищевые, медицинские, вакуумные, огнестойкие, радиационно стой­кие и т. д.