Глава 2. ВИРОБИ З ГУМИ

12. Загальні відомості

Гума є матеріалом з дуже цінними, специфічними властивостями: ве­ликою еластичністю та пружністю, здатністю багаторазово вигинатися, чинити опір зношуванню та поглинати вібрації; вона гідро- та газонепро­никна, стійка до впливу рідкого палива та масел, має високі діелектричні характеристики. Завдяки цьому гума має досить широке застосування для виготовлення різноманітних виробів: шин для різних видів транспорту, труб для перекачування рідких та газових речовин, приводних пасів і кон­веєрних стрічок, ущільнювальних елементів (сальників, прокладок, ман­жет), амортизаторів, електроізоляційних елементів, водоплавних засобів тощо.

Гума є продуктом переробки каучуків. Натуральний каучук добувають, зокрема, з рослин гевеї.

Розвиток техніки не міг обмежуватись використанням тільки натураль­ного каучуку і привів до створення синтетичного. Вихідною сировиною для добування синтетичного каучуку є етиловий спирт, ацетилен, бутан, етилен, бензол, ізобутилен та ін.

Серед синтетичних найбільш поширені такі каучуки: бутадієновий, бутадієнстирольний, бутадієннітрильний, ізопреновий та ін.

Бутадієновий каучук - продукт полімеризації бутадієну СН₂=СН=СН₂ в присутності натрію. Застосовують його в гумових сумішах для виготов­лення ущільнювачів, прокладок, ковриків.

Бутадієнстирольний каучук - продукт полімеризації бутадієну і стиро­лу

С₆Н₅-СН=СН₂. Із нього виготовляють покришки, камери, ущільню­вачі, амортизатори.

Бутадієннітрильний каучук - продукт полімеризації тадієну і нітрилу акрилової кислоти СН₂=СН-С. На його основі дістають гуму для виго­товлення бензостійких виробів, прокладок, а також деталей з робочою температурою до 140 °С.

Ізопреновий каучук - продукт полімеризації ізопрену СН₂=СН-С-СН₂ у присутності літію. За своїми властивостями близький до натурального каучуку.

Каучук (натуральний або синтетичний) є основою гуми. Компонента­ми гумових сумішей також є:

• вулканізаційні речовини, що надають гумі потрібної твердості, міцнос­ті, пружності та інших властивостей (сірка, напівхлориста сірка, натрій);

• прискорювачі вулканізації- зв'язують сірку, що не ввійшла в сполуку з каучуком (оксид магнію або цинку, гашене вапно);

• наповнювачі - речовини, які зменшують витрату каучуку та надають гумі потрібних фізико-механічних властивостей. Наповнювачі бувають порошкові (сажа, оксиди силіцію або титану, крейда, тальк) і тканинні (корд, бельтинг, інші тканини);

• пластифікатори - підвищують еластичність та морозостійкість гуми, полегшують змішування каучуку з порошковими добавками (стеаринова та олеїнова кислоти, парафін тощо);

• протистарителі - органічні сполуки, які запобігають швидкому ста­рінню гуми (ароматичні аміни тощо);

• барвники - титанове та цинкове білила, вохра, ультрамарин та ін.;

• регенерат - перероблена вже використана гума, яку добавляють у су­міш для виготовлення не дуже важливих виробів.

Основними параметрами гуми, які характеризують її фізико-механічні властивості, є:

• границя міцності 13...38 МПа при температурі 20 °С;

• відносне видовження у момент розриву 500...700 %;

• твердість: м'яка - М; середньої твердості - С; підвищеної твердості - П;

• коефіцієнт старіння - відношення відносного видовження після на­грівання при температурі 70 °С протягом 144 год до його початкового видовження;

• коефіцієнт морозостійкості - відношення видовження зразка при за­морожуванні до видовження при нормальній температурі;

• стійкість гуми до різних рідин.

Кожний тип гуми задовольняє певні вимоги. Теплостійка гума має бути стійкою на повітрі до 90 °С, а в середовищі водяної пари - до 140 °С. Морозостійка гума має зберігати свої властивості до мінус 45 °С. Будь-яка гума має бути термостійкою при температурі -30...+50 °С.

13. Виготовлення виробів з гуми

Процес виготовлення виробів із гуми складається з приготування гу­мової суміші, виготовлення з неї напівфабрикатів або готових виробів та їх вулканізації.

1. Приготування сирої гумової суміші. Щоб дістати суміш, каучук роз­різують на шматки і для підвищення пластичності пропускають між піді­грітими до 40...50 °С валками. Потім у спеціальних змішувачах або на вальцях змішують з порошкоподібними компонентами (наповнювачем, вулканізаційними речовинами, прискорювачами вулканізації та ін.) і одер­жують однорідну пластичну і малопружну масу - сиру гуму. Вона легко

Рис. VII.25. Схема виготовлення гумового листа

формується, розчиняється в органічних розчинниках, при нагріванні стає клейкою.

Якість гумових виробів залежить від рівномірності розподілу компонентів у каучуку і дотримання опти­мальних режимів змішування. Під час введення сірки в гумову суміш температура суміші не повинна перевищу­вати температуру плавлення сірки, тобто 115 °С.

2. Виробництво виробів з гуми.Листові напівфабри­кати та вироби з гуми дістають каландруванням сирої гуми; вироби скла­дної форми - видавлюванням, пресуванням, литтям під тиском.

Каландруванням дістають листову гуму, а також наносять гуму на тка­нинну основу.

Для одержання гумових листів або стрічок певної товщини сиру гумо­ву суміш 3 (рис. VII.25) пропускають між верхніми валками каландрів. Верхній та середній валки каландра підігрівають до 50...90 °С, а нижній -охолоджують до 15 °С. Листову гуму, що виходить з каландра, намоту­ють на дерев'яний барабан 1.

Прогумовують тканину також на каландрах. У цьому випадку гумова суміш 3 провальцьовується і одночасно втирається в тканину, що безпе­рервно подається з барабана 2 в зазор між нижніми валками.

Листова гума, або прогумована тканина, попадає далі на розкрій. Складні фасонні заготовки вирубують або вирізають за шаблоном.

Видавлювання (шприцювання) застосовують для виготовлення гумових профілів: труб, стрічок, профілів іншої форми. Для цього сиру гумову суміш за допомогою черв'ячного гвинта перемішують у підігрітому цилін­дрі і видавлюють крізь отвір певного перерізу аналогічно екструзії пласт­мас (див. рис. VII.5).

Пресування полягає у формуванні виробів складної форми з сирої гуми або прогумованої тканини, іноді з арматурними елементами, в підігрітій формі під тиском 2... 10 МПа. Схема цього процесу аналогічна схемі пре­сування пластмас (див. рис. VII.8). Пресуванням дістають із гуми клину-ваті паси, муфти, манжети тощо.

Лиття під тиском застосовують для виготовлення складних за конфігу­рацією і великих розмірів виробів і здійснюють у нагрітих до 80... 100 °С прес-формах під тиском до 120 МПа аналогічно литтю пластмас (див. рис. VII.4).

3. Вулканізація- це процес обробки відформованого з сирої гуми ви­робу з метою підвищення його міцності, твердості та інших фізико-механічних властивостей. Вулканізацію проводять в автоклавах або котлах при температурі 130...150 °С і тиску 0,1... 0,4 МПа. В цих умовах вулкані­зуючі речовини (сірка та ін.) взаємодіють з лінійними молекулами каучу­ку, відбувається їхнє укрупнення і утворення сітчастої структури. Внаслі­док цього значно зменшується пластичність каучуку, виріб стає міцні-

шим, підвищується його стійкість до теплоти та хімічного впливу. Так, якщо у натуральний каучук добавляють 1,5.. .5 % S, то дістають м'яку гуму; при 12...20 % S мають напівтверду гуму, а якщо сірки більше ніж 25 %, то гумова суміш перетворюється в твердий матеріал - ебоніт.