24.3 Резины
Резины — пластмассы с редкосетчатой структурой, в которых связующим выступает полимер, находящийся в высокопластическом состоянии. В резинах связующим являются каучуки натуральные или синтетические. Натуральный каучук представляет собой непредельный углеводород, который 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. Затем рыхлый сгусток промывают водой, раскатывают в листы и сушат.
Синтетические каучуки (бутадиеновый, бутадиенстирольный, изопреновый и др.) получают из спирта, нефти, природного газа полимеризацией соответствующих углеводородов.
Каучукам присуща высокая пластичность, обусловленная особенностями строения их молекул. Линейные и слаборазветвленные молекулы каучуков имеют зигзагообразную или спиралевидную конфигурацию и отличаются большой гибкостью. Для повышения упругих и других физико-механических свойств в каучуке (сырой резине) формируют редкосетчатую молекулярную структуру, получая вулканизированную резину. Это осуществляют вулканизацией — путем введения в каучуки химических веществ — вулканизаторов, образующих поперечные химические связи между звеньями макромолекул каучука (рис. 24.2). В зависимости от числа возникающих при вулканизации поперечных связей получают резины различной твердости — мягкие, средней твердости, твердые.
Рис. 24.2 Схема строения молекул сырой (а) и вулканизированной (б) резины
Содержание вулканизирующих веществ (сера, оксиды цинка или магния, пероксиды и нитросоединения) в резинах составляет 5 — 7%, а в твердых резинах, например эбоните, — до 30%.
Пространственно-сетчатая структура вулканизированных резин определяет многие их свойства. Резинам свойственна большая обратимая деформация, достигающая 1000%, при сравнительно низких напряжениях. Под действием приложенной нагрузки свернутые макромолекулы раскручиваются. При разгрузке резины макромолекулы принимают первоначальную зигзагообразную форму.
Нагрев, как правило, снижает прочностные свойства резин. Термическая стабильность резин определяется прочностью химических связей в макромолекулах и их структурой.
Одновременное действие на резины температуры, озона, кислорода, нагрузки, ультрафиолетовых лучей интенсифицирует развитие процессов старения.
При низких отрицательных температурах резины практически полностью утрачивают высокоэластические свойства и переходят в стеклообразное состояние.
Прочность резиновых изделий увеличивается при армировании их стенок стальной проволокой, сеткой, капроновой или стеклянной нитью.
24.4 Силикатные материалы. Стекло
Под силикатными материалами понимают неорганические вещества, основой которых являются соединения кремния.
Самое широкое применение силикатные материалы нашли в строительстве: кирпич, стеновые панели, несущие колонны, балки, перекрытия, оконные стекла, канализационные трубы и др.
В металлургической промышленности силикатные материалы применяют для огнеупорных футеровок домен, изготовления плавильных тиглей, нагревательных и других устройств.
Одним из классов силикатных материалов является силикатное стекло.
Стекло представляет собой аморфное вещество, образующееся при сплавлении оксидов или безоксидных соединений. Стеклообразующими являются оксиды SiO2, В2О3, Р2О5, GеО2 (окисел германия), а также некоторые бескислородные соединения мышьяка, селена, теллура. Химический состав стекла можно изменять в широких пределах. Поэтому и свойства стекла могут бьпь различными.
По химическому составу в зависимости от природы стеклообразующих оксидов различают силикатное, алюмосиликатное, боросиликатное, алюмоборосиликатное и другие виды стекла.
По назначению различают строительное (оконное, стеклоблоки), бытовое (стеклотара, посуда) и техническое (оптическое, электротехническое, химическое и др.) стекло.
Структура и свойства стекла определяются его химическим составом, условиями варки, охлаждения и обработки.
Стекло — термопластичный материал, при нагреве оно постепенно размягчается и переходит в жидкость. В этом состоянии стекломасса перерабатывается в изделия. Ниже температуры стеклования ТС стекло приобретает хрупкость. Для обычного силикатного стекла ТС = 425 — 6000С.
Стекло — жесткий, твердый, но очень хрупкий материал. Хорошо сопротивляется сжатию (σсж = 400 — 600 MIIa), но характеризуется низким вре- менным сопротивлением при испытаниях на растяжение (30 — 90 МПа) и изгиб (50 — 150 МПа).
Механические свойства стекла повышаются при термической и химической обработке. Термическая закалка стекла состоит в нагреве до температур, близких к точке размягчения, и быстром равномерном охлаждении поверхности в потоке воздуха или в масле. При этом в поверхностных слоях возникают напряжения сжатия, и прочность стекла возрастает в 2 — 4 раза.
Важнейшим свойством стекла является прозрачность в диапазоне длин волн видимого света. Обычное листовое стекло пропускает до 90 %, а отражает около 8 % и поглощает около 1 % видимого света. Ультрафиолетовые лучи почти полностъю поглощаются оконным стеклом.
Стекло имеет высокую химическую стойкость в агрессивных средах (за исключением плавиковой кислоты и щелочей).