Как получают резину

Изготовление резины

Выделяют три основных неизменных этапа, если готовится сырая резина. Инструкция и технология простые, требующие несложного оборудования. Последовательно выполняются:

  • подогрев каучука;
  • смешивание с добавками;
  • формовка.

Натуральный каучук, постояв некоторое время и перебродив, превращается в густую вязкую массу. Искусственный сразу производится в таком виде. Перед применением его разминают подобно тесту и подогревают до 50 градусов. В таком состоянии он теряет свою упругость, становится податливым и мягким и способным смешиваться с другими веществами.

Компоненты будущей резины засыпают в шнековую машину для перемешивания. Пропорции и добавки берутся в зависимости от запланированных качеств. Все марки производимой сырой резины стандартизированы, и количество каждого материала указано в процентах. Остается только пересчитать в соотношении к имеющейся массе каучука.

Полученная однородная масса остается подогретой, поскольку трение о детали машины и частиц друг о друга происходит с выделением температуры. В результате процесса образуется сырая резина. Ей придают форму полос заданных размеров (реже шнура) и упаковывают между полиэтиленом.

Домашнее изготовление сырой резины

Каучук, особенно искусственный, для вымешивания требует больших усилий. Мять его руками, как тесто, у человека недостаточно сил. Для этого делается специальное приспособление. Перемешивание с добавками — трудоемкий и длительный процесс. Вещества с различной дисперсностью, и физическим состоянием надо превратить в однородную массу.

Готовится сырая резина своими руками в машине со шнековыми валами.

Винтовые выступы перетирают все, что заложено в емкость, и перемешивают. Скорость изготовления зависит от количества валов. Дома обычно он один, и надо много времени на доведение смеси до нужного состояния.

Для формовки в листы и полосы достаточно двух валов, один из которых перемещается, изменяя размер зазора, следовательно, и толщину готовой сырой резины. Масса закладывается в накопитель и поступает на формовку. При деформации она остывает и теряет способность течь, становится прочной на разрыв.

Оборудование для домашней мастерской можно приобрести в магазине или сделать самостоятельно. За образцы взять технику, имеющуюся на кухне. Двигатель подойдет от поломанной стиралки или любой другой машины. Ремни и шкивы автомобильные.

Изготовление приспособления для вулканизации

Самодельные вулканизаторы делятся на электрические и бензиновые. Делаются они из деталей, отслуживших свой срок. Основные узлы:

  • неподвижный стол;
  • нагревательный элемент;
  • струбцина.

Самая простая электрическая модель получается из старого утюга, в котором есть рабочая спираль. Этот вариант имеет регулятор, значит, удобнее других. Рабочая поверхность – подошва. Ручку лучше убрать, перевернуть утюг, установить на скобу из толстого листа. Сверху ложится ремонтируемое изделие и зажимается струбциной.

Для бензинового варианта использовать удобно поршень двигателя. В него наливается бензин и поджигается. Для контроля положите на латку бумагу. Она начинает желтеть на критической для резины температуре.

Что такое каучук

Кроме сложных веществ наподобие полиэтиленов, представляющих из себя высокомолекулярные полимеры, существует класс химических веществ, который образован сопряжёнными диенами.

После процесса полимеризации диенов образуются новые химические вещества, имеющие высокомолекулярную структуру, называемые каучуками.

Каучук был уже известен в конце 15 веке в северной Америке. Именно индейцы в то время использовали его для изготовления обуви, небьющихся вещей и посуды. А получали тогда его из сока растения гевеи, который называли – «слёзы дерева».

Что касается европейцев, то о каучуке узнали впервые только в момент открытия Америки. Именно Кристофор Колумб первым узнал о его свойствах и получении. В Европе каучук долгое время не мог найти себе применение. В 1823 г в первые было предложено использование этого материала для изготовления водонепроницаемых плащей и одежды. Каучуком и органическим растворителем пропитывали ткань, таким образом, ткань приобретала водостойкие свойства. Но, конечно же, был замечен и недостаток, который заключался в том, что ткань, пропитанная каучуком, прилипала в жаркую погоду к коже, а при морозе – растрескивалась.

Отличие каучука и резины

Через 10 лет после первого применения натурального каучука и более детального изучения его химических физических свойств было предложено вводить каучук в оксиды кальция и магния. А ещё через 5 лет после изучения свойств нагретой смеси оксидов свинца и серы с каучуком научились получать резину. Сам процесс превращения каучука в резину назвали вулканизацией.

Конечно же, каучук отличается от резины. Резина – это «сшиты» полимер, который способен распрямляться и снова сворачиваться при растяжении и при действии механической нагрузки. Резина – это также «сшитые» макромолекулы, которые не способы к кристаллизации при охлаждении и не плавятся при нагревании. Тем самым резина – более универсальный материал, чем каучук, и способен сохранять свой механические и физические свойства про более широком диапазоне температур.

В начале 20 века, когда появился первый автомобиль, спрос на резину значительно возрос. В то же время возрос спрос и на натуральный каучук, так как на тот момент вся резина изготавливалась из сока тропических деревьев. Например, чтобы получить тонну резины, необходимо было обработать почти 3 тонны тропических деревьев, при этом работой было занято одновременно более 5 тысяч человек, причём такую массу резины могли получить только через год.

Поэтому, резина и натуральный каучук считались достаточно дорогим материалом.

Только в конце 20х годов русским учёным Лебедевым С.В. при химической реакции — полимеризации бутадиена-1,3 на натриевом катализаторе были получены образцы первого натрий-бутадиенового синтетического каучука.

Кстати, из курса физики 8-ого класса мы, вероятно, впервые познакомились с эбонитовой палочкой. Но что такое эбонит. Как оказывается, эбонит — это производная от процесса вулканизации каучука: если при вулканизации каучука добавить серу (около 32% от массы), то в результате получается твёрдый материал — этот материал и есть эбонит!

Одним из достаточно дешёвых способов получения бутадиена-1,3, является его получение из этилового спирта. Но только в 30-х годах было налажено промышленное производство каучука в России.

В середине 30-х годов 20 века научились производить сополимеры, представляющие полимеризованный 1,3-бутадиен. Химическая реакция производилась в присутствии стирола или некоторых других химических веществ. Вскоре получаемые сополимеры начали с большими темпами вытеснять каучуки, которые ранее широко использовались для производства шин. Каучук бутадиен-стирольный получил широкое применение для производства шин легковых автомобилей, но для тяжёлого транспорта — грузовых автомобилей и самолётов, использовался натуральный каучук (или изопреновый синтетический).

В середине 20 века после получения нового катализатора Циглера — Натты был получен синтетический каучук, который по своим свойствам эластичности и прочности значительно выше, чем все ранее известные каучуки, — был получен полибутадиен и полиизопрен. Но как оказалось, к общему удивлению полученный синтетический каучук по своим свойствам и строению подобен натуральному каучуку! А к концу 20 века натуральный каучук был почти полностью вытеснен синтетическим.

Свойства каучука

Все хорошо знают, что при нагревании материалы способны расширяться. В физике даже имеются коэффициенты температурного расширения, для каждого взятого материала этот коэффициент свой. Расширению поддаются твёрдые тела, газы, жидкости. Но что, если температура увеличилась на несколько десятков градусов?! Для твёрдых тел изменений мы не почувствуем (хотя они есть!). Что касается высокомолекулярных соединений, например полимеров, их изменение сразу становится заметным, особенно если речь идёт об эластичных полимерах, способных хорошо тянуться.

Заметным, да ещё к тому же с совсем обратным эффектом!

Ещё в начале 19 века английские учёные обнаружили, что растянутый жгут из нескольких полосок натурального каучука при нагревании уменьшался (сжимался), а вот при охлаждении — растягивался. Опыт был подтверждён в середине 19 века.

Вы сами с лёгкостью можете повторить этот опыт, подвесив на резиновую ленту грузик. Она растянется под его весом. Потом обдуйте её феном — увидите, как она сожмётся от температуры!

Почему так происходит?! К этому эффекту можно применить принцип Ле Шателье, который гласит, что если воздействовать на систему , находящуюся в равновесии, то это приведёт к изменению равновесия самой системы, а это изменение будет противодействовать внешним силовым факторам. То есть если на растянуть под действием груза жгуты каучука (система в равновесии) подействовать феном (внешнее воздействие), то система выйдет из равновесия (жгут будет сжиматься), причём сжатие — действие направлено в обратную сторону от силы тяжести груза!

При очень резком и сильном растяжении жгута он нагреется (нагрев может на ощупь быть и незаметным), после растяжения система будет стремиться принять равновесное состояние и постепенно охладится до окружающей температуры. Если жгуты каучука также резко сжать — охладится, далее будет нагреваться до равновесной температуры.

Что происходит при деформации каучука?

При проведённых исследованиях оказалось, что с точки зрения термодинамики, никакого изменения внутренней энергии при различных положениях (изгибах) этих каучуковых жгутов не происходит. А вот если растянуть — то внутренняя энергия увеличивается из-за возрастания скорости движения молекул внутри материала. Из курса физики и термодинамики известно, что изменение скорости движения молекул материала (тот же каучук) отражается на температуре самого материала.

дальнейшем, растянутые жгуты каучука будут постепенно охлаждаться, так как движущиеся молекулы будут отдавать свою энергию, например, рукам и другим молекулам, то есть произойдёт постепенное выравнивание энергии внутри материала между молекулами (энтропия будет близка к нулю).

И вот теперь, когда наш жгут каучука принял температуру окружающей среды, можно снять нагрузку. Что при этом происходит?! В момент снятия нагрузки молекулы каучука ещё имеют низкий уровень внутренней энергии (они же ей поделились при растяжении!). Каучук сжался — с точки зрения физики была совершена работы за счёт собственной энергии, то есть своя внутренняя энергия (тепловая) была затрачена на возврат в исходное положение. Естественно ожидать, что температура должна понизится, — что и происходит на самом деле!

Резина — как уже говорилось, высокоэластичный полимер. Её структура состоит из хаотично расположенных длинных углеродным цепочек. Крепление таких цепочек между собой осуществлено с помощью атомов серы. Углеродные цепочки в нормальном состоянии находятся в скрученном виде, но если резину растянуть, то углеродные цепочки будут раскручиваться.

Можно провести интересный опыт с резиновыми жгутами и колесом. Вместо велосипедных спиц в велосипедном колесе использовать резиновые жгуты. Такое колесо подвесить, чтобы оно могло свободно вращаться. В случае, если все жгуты одинаково растянуты, то втулка в центре колеса будет расположена строго по его оси. А теперь попробуем нагреть горячим воздухом какой-нибудь участок колеса. Мы увидим, что та часть жгутов, которая нагрелась — сожмётся и сместит втулку в свою сторону. При этом произойдёт смещение центра тяжести колеса и соответственно колесо развернётся. После его смещения действию горячего воздуха подвергнутся следующие жгуты, что в свою очередь приведёт к их нагреванию и снова — к повороту колеса. Таким образом, колесо может непрерывно вращаться!

Это опыт подтверждает факт того, что при нагревании каучук и резина будут сжиматься, а при охлаждении — растянутся!

Что такое вулканизация резины велосипеда в домашних условиях?

Есть несколько способов заделать прокол или порез в велосипедной камере, один из которых – горячая или холодная вулканизация шин. Такой метод можно с уверенностью назвать надежным и долговечным, колесо, закрепленное при помощи сырой резины, будет служить как новое и не спустит в самый неожиданный момент. Осуществлять такой ремонт можно легко самому своими руками, как в домашних условиях, так и на природе в походе при наличии некоторых необходимых деталей. Горячий метод вулканизации отличается от холодного только тем, как закрепляется накладываемая на колесо заплатка – с нагревом или без.

Что такое вулканизация? Это такой химический процесс, благодаря которому, при затрате тепла, прочностные свойства резины улучшаются, она становится эластичной и твердой. Наложить латку на прокол можно при помощи отрезка старой камеры или готовой заплатки из ремонтного набора, а для их закрепления необходима сырая резина своими руками, которая продается в рулонах с защитной пленкой. Это очень пластичный материал, он прилипает к любым поверхностям, легко слепляется в комок и т.д. сырая резина инструкция по применению указана на упаковке.

  • Различают два вида вулканизации – холодная и горячая, рассмотрим их оба поподробнее.

Применение холодной вулканизации

Материал для такого ремонта появился еще в 1939 году в США, почти сразу начал с успехом применяться и пользуется популярностью у велосипедистов и автомобилистов по всему миру и по сей день.

С его помощью можно легко и беспроблемно отремонтировать любую камеру, холодный способ очень легок к применению в домашних условиях. Для удобства потребителей некоторые производители предлагаются сразу готовые наборы для ремонта (холодная сырая резина инструкция по применению указана на упаковке), в который входят несколько заплаток различных размеров в виде пластыря, шкурка (наждачная бумага), которая используется для зачистки места прокола или царапины на резине, а также специальный быстросохнущий клей для холодной вулканизации. Именно он вступает в реакцию со слоем сырой резины на заплатке – она нанесена ярким цветом вокруг черного. Это вызывает процесс вулканизации, благодаря чему резина камеры легко склеивается без нагрева (т.е. холодным способом). Такой способ лучше всего подходит для ремонта колес в походных условиях, когда под рукой больше нет никаких инструментов. Вы не найдете ни одного велотуриста, которого бы не выручал подобный комплект хотя бы раз в жизни. Он не занимает много места в сумке или рюкзаке, а важность его сложно переоценить, особенно если в поездке вы один без товарищей вдалеке от города. На весь процесс ремонта шины с использованием холодной вулканизации при помощи латки пластыря для камеры у велосипедиста уйдет не больше десяти минут, и колесо будет как новое.

Технология горячей вулканизации шин своими руками

Такая технология применяется несколько дольше, чем холодная. Во времена, когда вокруг не было такого количества шиномонтажек, авто- и велолюбители ремонтировали свои транспортные средства в гараже при помощи именно такого метода, для которого применяется электрический или бензиновый вулканизатор, который можно легко собрать своими руками. технология здесь заключается в следующем: мастер сжигает бензин, который прогревает резину при помощи поршня. Как только температура поднимается до 90 градусов, сырая резина для вулканизации начинает укрепляться, если поднять температуру до 147 градусов, процесс идет заметно быстрее и качественнее. А вот выше 150 лучше не поднимать, т.к. материал начинается разрушаться и теряет свои свойства. После 160 градусов сырая резина начинается обугливаться. Идеальное время прогрева при горячей вулканизации сырой резины – около 8-10 минут. Фрагмент материала прикладывается к месту прокола на камере и сдавливается при помощи струбцины, чтобы в процессе химической реакции не образовывались пузырьки и не собирался воздух, образуя опасные пустоты.

Технология применения горячей вулканизации сырой резины в домашних условиях окажется на 40% эффективнее для шины, чем холодная, поэтому, если есть возможность, пользоваться лучше этим методом.

В походных условиях провести такую операцию для камер гораздо сложнее, но все же возможно: если есть фрагмент сырой резины, можно нагреть его над костром. Определить температуру пламени можно по кусочку сахара или листку бумаги: и то, и то начинает плавиться/обугливаться при температуре 145 градусов – как раз той, что требуется для вулканизации. В качестве струбцины можно использовать плоский тяжелый камень, деревянное полено или любой другой подходящий предмет.

На всю операцию вы потратите около 20 минут. Не забывайте, что место проклейки заплатки камеры нужно обязательно зачищать шкуркой или хотя бы протереть бензином, чтобы удалить загрязнения с шины.

Цемент для вулканизации и его применение

Еще один альтернативный вариант для ремонта колес велосипеда в походных условиях – это баллончик с цементным вулканизатором. Купить их можно, например, на авторынке – такой материал пользуется большой популярностью среди автолюбителей. Состав продается в жестяных и аэрозольных баллонах под давлением от таких брендов как Abro, BL, Zefal, Top RAD и многих других. По своему составу они не опасны для здоровья и не токсичны, т.к. в них не содержится хлористый и ароматический углеводород, поэтому использовать их можно свободно и дома, и на улице без защитной маски. Для того чтобы произошла цементация шины, необходима температура в 18 градусов тепла. Состав также применяется и при горячей вулканизации (необходимо 150 градусов). Для ремонта нужно извлечь из резины камеры инородный предмет, спровоцировавший прокол, через ниппель заправить камеру цементным вулканизатором, слегка подкачать ее насосом и проехать на велосипеде 2-3 километра, чтобы отрегулировать давление в колесах. Такая технология ремонта шины простая и тоже применяется повсеместно. Для закрепления результата возможно использование заплатки пластыря с последующим методом горячей вулканизации – абсолютно так же, как описывает инструкция выше. Технология подходит для любых порезов шины. латка для ремонта камер в данном случае наносится до заправки шины цементом.

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.

Получение резины

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.

Свойства резины

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.

Применение резины

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.

Для получения резиновых трубок и профилей сырую резину пропускают через шприц-машину, где сильно разогретая (до 100—110°) смесь продавливается через профилирующую головку. В результате получают профиль, которую подвергают вулканизации.

Изготовление дюритовых рукавов происходит следующим образом: из каландрованной резины вырезают полосы и накладывают их на металлический дорн, наружный диаметр которого равен внутреннему диаметру рукава. Края полос смазывают резиновым клеем и прикатывают роликом, затем накладывают один или несколько парных слоев ткани и промазывают их резиновым клеем, а сверху накладывают слой резины. После этого собранный рукав подвергают вулканизации.

Автомобильные камеры изготовляют из резиновых труб, шприцованных или склеенных вдоль камеры. Существует два способа изготовления камер: формовый и дорновый. Дорновые камеры вулканизируют на металлических или изогнутых дорнах. Эти камеры имеют один или два поперечных стыка. После стыкования, камеры в месте стыка подвергают вулканизации. При формовом способе, камеры вулканизируют в индивидуальных вулканизаторах, снабженных автоматическим регулятором температуры. Чтобы избежать склеивания стенок, внутрь камеры вводят тальк.

Автомобильные покрышки собирают на специальных станках из нескольких слоев особой ткани (корд), покрытой резиновым слоем. Тканевый каркас, то есть скелет шины, тщательно прикатывают, а кромки слоев ткани заворачивают. Снаружи каркас покрывают в беговой части толстым слоем резины, называемым протектором, а на боковины накладывают более тонкий слой резины. Подготовленную таким образом шину подвергают вулканизации.

Каучук имеет огромное народнохозяйственное значение. Чаще всего его используют не в чистом виде, а в виде резины. Резиновые изделия применяют в технике для изоляции проводов, изготовления различных шин, в военной промышленности, в производстве промышленных товаров: обуви, искусственной кожи, прорезиненной одежды, медицинских изделий .

Резина – высокоэластичное, прочное соединение, но менее пластичное, чем каучук. Она представляет собой сложную многокомпонентную систему, состоящую из полимерной основы (каучука) и различных добавок. Наиболее крупными потребителями резиновых технических изделий являются автомобильная промышленность и сельскохозяйственное машиностроение. Степень насыщенности резиновыми изделиями – один из основных признаков совершенства,

надёжности и комфортабельности массовых видов машиностроительной продукции. В составе механизмов и агрегатов современных автомобиля и трактора имеются сотни наименований и до тысячи штук резиновых деталей, причём одновременно с увеличением производства машин возрастает их резиноёмкость. Я остановлюсь на обувных товарах, выпускаемых на основе резины.

Обувные резины – это обширная группа искусственных материалов для низа обуви. Процесс производства этих резин состоит из следующих операций:

1) Подготовка материалов включает сушку, измельчение и просеивание исходных материалов, а также проверку их качества. Каучук распаривают, измельчают, перетирают. В результате повышается пластичность каучука и однородность резиновой смеси.

2) Приготовление резиновой смеси состоит в смешивании всех компонентов наполнителей, вулканизирующих веществ, ускорителей вулканизации, активаторов, мягчителей, противостарителей, красителей и других. Сначала к каучуку добавляют мягчители, а в последнюю очередь вулканизирующие вещества и порообразователи. Для предания полученной резиновой смеси формы плоских листов производят её листование на вальцах.

3) Каландрирование (формование) – метод производства сырых резиновых заготовок в виде непрерывной ленты нужной толщины и ширины. Каландрирование улучшает физико-химические свойства резиновой смеси, от него зависит расход резиновых смесей и качество изделий.

4) Штампование резиновых заготовок для получения отдельных деталей обуви, производят на штампах-прессах специальными резаками.

5) Вулканизация – завершающая операция производства резины. Резину выпускают в виде пластин, штампованных и формованных деталей: подошв, каблуков, подошв с каблуками и другое.

Резиновая промышленность — один из важнейших поставщиков комплектующих деталей и изделий для многих отраслей народного хозяйства. Р. — незаменимый материал в производстве шин, различных амортизаторов и уплотнителей; её применяют также для изготовления конвейерных лент, приводных ремней, рукавов, разнообразных изделий бытового назначения, в частности обуви. Из Р. изготовляют изоляцию кабелей, эластичные электропроводящие покрытия, протезы (например, искусственные клапаны сердца), детали наркозных аппаратов, катетеры, трубки для переливания крови и многое др. Объём мирового производства изделий из Р. в 1974 превысил 20 млн. т. Наиболее крупные потребители Р. — шинная промышленность (свыше 50%) и промышленность резинотехнических изделий (около 22 % ).

>1. Способы получения резины и резиновых изделийПодготовил: Семенов Дмитрий
Студент группы №23

11.

Трудно представить сегодняшнюю насыщенную и технологичную жизнь
человека, без такого материала как резина. А ведь еще несколько веков назад о
резиновых изделиях высокого качества можно было только мечтать. Теперь же
этот материал незаменим в медицине, промышленности, технике, бытовой
повседневной жизни.
Резины широко используют в технике, сельском хозяйстве, быту, медицине,
строительстве, спорте. Ассортимент резиновых изделий насчитывает более 60
тыс. наименований. Среди них: шины, транспортные ленты, приводные
ремни, рукава, амортизаторы, уплотнители, сальники, манжеты, кольца и др.,
кабельные изделия, обувь, ковры, трубки, покрытия и облицовочные
материалы, прорезиненные ткани, герметики и др. Более половины объема
вырабатываемой резины используется в производстве шин.
Таким образом, щедрая природа и научные факторы смогли дать миру такой
материал как резина, которая позволяет развивать современные технические и
медицинские наработки, улучшая их своими природными свойствами. На
сегодняшний день, резина – это один из самых прочных, выносливых и
универсальных материалов человечества.

Резина. Виды резины, строение, свойства, области применения

⇐ ПредыдущаяСтр 45 из 106Следующая ⇒

Резинами называются эластичные многокомпонентные материалы на основе каучука. Эластичность резин, т.е. способность к очень большим (500 — 800 %) обратимым деформациям, является наиболее ценным их свойством. Резины имеют очень низкий модуль упругости (Е = 1…10МПа) и легко деформируются под действием относительно небольших напряжений; их коэффициент Пуассона близок к 0,5. Для резин характерно σΒ = 10… 60 МПа и очень большое относительное удлинение в момент разрыва образцов — до 900 — 1000%. Трещины в резинах распространяются медленно; сопротивление раздиру (ГОСТ 262-93) изменяется от 20 до 150 кН/м.

После разрыва образца имели остаточное относительное удлинение 20 — 30 %, т.е. менее 5 % максимального удлинения перед разрывом. Это остаточное удлинение в основном является необратимой деформацией из-за разрывов поперечных связей и проскальзывания макромолекул, чем меньше остаточное удлинение, тем выше качество резины.

Резиновые изделия при эксплуатации испытывают напряжения, которые значительно меньше временного сопротивления. Под нагрузкой часть подводимой к изделию механической энергии преобразуется в тепловую. Гистерезисные потери возникают при однократном цикле нагружения. Особое значение они приобретают при многократном циклическом нагружении (рис. 20.1).

Рис. 20.1. Зависимость напряжения в резине от деформации при растяжении

В массивных изделиях температура резины повышается на 100 °С и более.

Гистерезисный разогрев резины сопровождается снижением ее прочности и усилением окислительного старения. Как следствие, сокращается срок эксплуатации изделий, а в некоторых случаях возможно и их разрушение. Гистерезисные потери обеспечили использование резины в качестве основного материала для амортизаторов. Энергия вибраций, сотрясений или ударов поглощается при деформировании резиновых элементов амортизационных устройств.

Резины изготавливают на основе натуральных и синтетических каучуков с температурами стеклования ниже 0°С. Основной операцией превращения каучука в резину является вулканизация, когда линейные молекулы термопластичного каучука соединяются поперечными химическими связями. Молекулярная структура резины представляет собой объемную сетку, способную к высокоэластичным деформациям благодаря невысокой плотности поперечных связей. По сравнению с каучуком резина прочнее, не склонна к необратимым деформациям под нагрузкой и не растворяется, а лишь набухает в тех растворителях, в которых растворим каучук.

У резин общего назначения интервал рабочих температур составляет -50 … + 150 °С. При нагреве выше 150°С резина быстро разрушается, а при охлаждении ниже -50 °С теряет эластичность. Для более низких и более высоких температур разработаны специальные резины — морозостойкие и теплостойкие соответственно.

В зависимости от расположения ближайших групп атомов по отношению к двойным связям возможны различные конфигурации молекул каучука (рис. 20.2).

Рис. 20.2. Конфигурации молекул каучуков:

а- 1,4-транс; б- 1,4-цис

При одинаковом химическом составе изомеры каучука различаются гибкостью, т.е. по числу возможных конформаций одни изомеры значительно превосходят другие. Например, натуральный каучук (1,4-цис) отличается от гуттаперчи (1,4-транс) повышенной эластичностью.

Сохранение основного множества двойных связей в объемной молекулярной сетке резины является причиной ее быстрого старения. Особенно разрушительно действует озон, старение ускоряется при нагреве и при одновременном действии окислителей и механических напряжений. В результате старения резина с поверхности покрывается сеткой трещин. В частности, при знакопеременном цикле нагружения резина одновременно подвергается окислению и механическому разрушению. Разрывы связей в молекулах каучука и рекомбинация осколков молекул уменьшают эластичность резины и сопровождаются постоянным растрескиванием ее поверхностных слоев.

В зависимости от сопротивления старению резины подразделяют на три группы: стойкие (не содержащие двойных связей); умеренно-стойкие и нестойкие. Стойкими являются резины на основе этиленпропиленовых, кремний-органических и фторкаучуков, а также хорсульфированного полиэтилена. Они нечувствительны к озону ни при его равновесной концентрации в воздухе, равной (2 — 4) · 10–6 %, ни при увеличении этой концентрации до 0,1 — 1,0 %. Эффект старения становится заметным у них лишь через годы.

К умеренностойким относятся резины на основе хлоропренового и бутилового каучуков и тиоколов. В этих материалах трещины начинают развиваться после нескольких месяцев выдержки.

Нестойкими являются резины общего назначения, которые производят в массовом количестве. Это натуральная резина и резины на основе изопреновых, бутадиен-стирольных, бутадиен-нитрильных и ряда других каучуков. Трещины возникают у них после непродолжительного растяжения, изгиба или кручения. Повышение концентрации озона в воздухе до 10–2 – 10–4 % влечет растрескивание поверхности этих материалов при 20-25 °С уже через 1 ч выдержки. Поверхностные трещины способствуют в дальнейшем разрушению и понижают износостойкость резин.

Резины в силу податливости при механическом воздействии устойчивы против многих видов абразивного изнашивания. В то же время они изнашиваются «скатыванием». При трении микронеровности резины деформируются, сворачиваются в скатку и отрываются от поверхности. Скорость изнашивания резин резко увеличивается при нагреве выше 150 °С. Изнашивание развивается под действием касательных напряжений, надрывающих поверхностный слой и тем интенсивнее, чем больше коэффициент трения. Микротрещины, возникшие из-за старения, увеличивают износ.

Как полимерный материал резина характеризуется газо- и водонепроницаемостью, химической стойкостью (за исключением сильных окислителей). Резины незначительно поглощают воду (натуральная резина — до 2 % Н2О). Исключительно важное значение имеет стойкость резин к маслу и моторному топливу. Резины общего назначения, включая натуральную резину, нестойки к этим веществам, набухают в них и быстро теряют прочность. Специальные резины — бутадиен-нитрильные, полиуретановые, полисульфидные, хлоропреновые, а также резины на основе фторкаучуков являются маслостойкими. Резина на основе бутилового каучука превосходит прочие по газонепроницаемости, ее основное применение — камеры автомобильных шин.

В рабочем интервале температур механические свойства резин изменяются: эластичность резин уменьшается при приближении к tCT и при температурах выше 100 °С из-за термического разрушения и старения. При кратковременном нагреве до 120 °С (чтобы исключить старение) прочность всех без исключения резин уменьшается вдвое. Теплостойкими являются резины на основе этиленпропиленовых, кремнийорганических и фторкаучуков (до 300 — 400 °С вместо 150°С для обычных резин). Резина является диэлектриком.

Свойства резины изменяются в зависимости от выбора компонентов, соотношения между ними и условии вулканизации. В состав резины входят: каучук, 8-30% пластификатора для подготовки сырой резины к формованию, наполнитель в виде тонкодисперсного порошка, вулканизатор для соединения молекул каучука поперечными связями, антиоксидант

Наполнители подразделяют на активные (сажа, оксид кремния) и инертные (мел, тальк и др.). Активные наполнители в виде специально подготовленного высокодисперсного порошка взаимодействуют с молекулами каучука и повышают прочность резины. Инертные наполнители удешевляют резину, не повышая ее прочности. В сырую резину вводят регенерат (8 — 30 %) — мелкоизмельченные отходы и старые резиновые изделия, что тоже ее удешевляет. Чем больше содержание активного наполнителя и вулканизатора, тем выше прочность, модуль упругости и потери на гистерезис. Чем больше содержание пластификатора, тем слабее межмолекулярное взаимодействие, ниже прочность и меньше потери на гистерезис.

Технология изготовления резиновых изделий включает пластикацию каучука вместе с пластификаторами, смешивание компонентов и получение сырой резины, формирование, сборку и вулканизацию изделий. Пластикация представляет собой многократное деформирование сырой резины. В результате пластикации смесь нагревается, средняя молекулярная масса уменьшается вдвое из-за механической деструкции и получается податливый вязкий материал, который легко смешать с другими составляющими, а затем из сырой резины сформировать изделие. Вулканизацию проводят при 140 — 180 °С в пресс-формах или автоклавах. Выдержку делают максимально короткой для уменьшения термического разрушения резины (с этой целью применяют ускорители вулканизации). Вулканизатором обычно является сера, ее добавляют в количестве 5 — 6 %, сохраняя эластичность резины. При концентрации серы 30 — 50 % частота поперечных связей так велика, что эластичность полностью исключается; полученный после вулканизации твердый материал называют эбонитом.

Каучуки легко совмещаются с другими веществами — стиролом, акрилонитрилом, изобутиленом. В резинах общего назначения эластичный компонент обычно является сополимером, например бутадиен-стирольный каучук. При увеличении содержания стирольных или нитрольных звеньев в молекулах каучука понижается морозостойкость резины. В изделиях из резины часто используют армирующие элементы из волокон и тканей для увеличения прочности.

Номенклатура резиновых изделий исключительно широка. Для машиностроения главное значение имеют шины для средств транспорта, амортизаторы, приводные ремни, рукава, различные прокладки и манжеты, подшипники скольжения. Резину используют как материал штампов для листовой штамповки. Для производства резиновых изделий применяют резины общего назначения и специальные. К первым относят натуральную резину и практически одинаковую с ней по свойствам изопреновую резину, бутадиен-стирольные резины, превосходящие по сопротивлению изнашивания натуральную резину.

К специальным резинам относятся: а) морозостойкие резины, сохраняющие эластичность до -70 …-100 °С; это кремнийорганические резины и резины со специальными пластификаторами, например бутадиен-нитрильные, пластифицированные себацинатами; б) теплостойкие резины — этиленпропиленовые (до 200 — 300 °С), фтор-каучуковые (до 300°С), кремнийорганические (до 250 °С); в) маслостойкие резины на основе хлоропреновых, бутадиен-нитрильных, фторкаучуков, а также полисульфидных (тиоколов) и полиуретановых каучуков; г) радиационно стойкие резины, наполненные соединениями свинца или бария для поглощения γ-излучения.

Исключительная ценность уникальных свойств резины сделала необходимой комплексную проверку ее свойств по стандартным способам. Кроме испытаний на растяжение и раздир оценивают морозостойкость, сопротивление термическому старению, стойкость в жидких средах и другие свойства резины.

Добавить комментарий

Закрыть меню