33. Поняття про процес вулканізації. Тверда і м’яка гума. Властивості гуми. Маркування і застосування.

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, мас високі діелектричні характеристики. Завдяки ньому гума мас досить широке застосування для виготовлення різноманітна виробів: шин для різних видів транспорту, труб для перекачування редких та газових речовин, приводних пасів і кон­веєрних стрічок, ущільнювальних елементів (сальників, прокладок, ман­жет). амортизаторів, електроізоляційних елементів, водоплавних засобів тощо.

Гума с продуктом переробки каучуки. 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 с етиловий спирт, ацетилен, бутан, етилен, бензол, ізобутилен та ім

Серед синтетичних найбільш поширені такі каучуки: бутадієновий, бутадіснсгирольний, бутадіе ннітрнльний. ізопрсновий та ін.

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

Бутадіснстирольний каучук - продукт полімеризації бутадієну і стиро­лу С_<1Н_І СН=СН₂ Із нього виготовляють покришки, камери, ущільню­вачі, амортизатори.

Бупиїдісшчтри льй каучук - продукт полімеризації тадіеиу і нітрилу акрилової кислоти СН₂=СН-С. На його основі дістають гуму для виго­товлення бскзостійких виробів, прокладок, а також деталей з робочою температурою до 140 ‘С.

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

Каучук (натуральний або синтетичний) с осьовою гуми. Компонента­ми гумових сумішей також с

вулканізаційні речовини, що надають гумі потрібної твердості, міцнос­ті, пружності та інших властивостей (арка, 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 нитриту каучуку та надають гумі потрібних фізико-механічких властностей. Наповнювачі бувають порошкові (сажа, оксиди силіцію або титану, крейда, тальк) і тканинні (корл. бельтинг, інші тканими):

пластифікатори підвищують еластичність та морозостійкість гуми, полегшують змішування каучуку з порошковими добавками (стеаряїнова 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 гу ма, яку лобакляють у су­міш для нніотовлсння недуже важливих виробів

Основними параметрами гуми, які характеризують ЇЇ фізико-механічні іишсшвосгі, с;

границя міцності ІЗ...38 МПа при температурі 20 °С;

відносне видовження у момент розриву 500 . 700%;

твердість: м'яка - М; середньої твердості С, підвищеної твердості 11.

коефіцієнт старіння відношення відносного видовження після на грівання при температурі 70 Х протягом 144 год до Його початкового видовження;

коефіцієнт морозостійкості відношення видовження трмтка при за­морожуванні до видовження при нормальній іемпсратурі;

стійкість гуми до різних рідин.

Кожний тип іуми задовольняє певні вимоги. Теплостійка іума маг бути стійкою на повітрі до 90 ^ЬС, а в середовищі водяної пари - до 140 °С Морозостійка іума мас зберігати свої власшвосіі до мінус 45 “С. Будь- яка гу ма маг бути термостійкою при температу рі 30...+50 °С.

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

І.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 иа вальцях змішують з порошкоподібними компонентами (наповнювачем, вулканізаційними речовинами, прискорювачами вулканізації та ін.) і одер­жують однорідну пластичну і малолружну масу - сиру гуму. Вона легко <)юрмугться, розчинятися 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 гу мову суміш температура су міші не повинна перевищу­вати температуру плавлення сірки, тобто 115 °С.

Виробництво виробів з гуми. Листові напівфабрн-

кати та вироби з іу ми лістаюіь каландруванням сирої гуми. вироби скла­дної форми видавлюванням, пресу ванням. литтям під тиском.

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

Д ія одержання гумових листів або стрічок пешиоі товщини сиру гумо­ву суміш З (рис. VII 25) пропускають між верхніми валками калаидрів Верхній та середній валки калаилра підігрівають ло 50...90*С, а нижній охолоджують до 15 *С. Листову гуму, ию виходить з каландра, намоту­ють на дерев'яний барабан І.

Прогумовують тканину також на каландрах. У цьому випадку гумова суміш 3 провальцьовується одночасно віирасться в тканину, що бсшс- рервмо поласться з барабана 2 в а юр між нижніми валками.

Лнсгова і ума, або прогумована тканина, попала« лапі на розкрій. Складні фасонні заготовки вирубують або аирі «акпь за шаблоном.

Видавлюння (шприцювання) застосовують для виготовлення гумових профітів: труб, стрічок, профілів іншої форми Для цьою сиру іумову суміш «Допомогою черв'ячною і винта перемішують у підиртгому цилін­дрі і видавлюють крізь отвір певного перерізу аналогічно екструзії пласт­мас (див. рис. VI 1.5).

ІІресування полягає у формуванні виробів складної форми і сирої гуми або прогумованої ткамиин. іноді з арматурними елементами. В підігрітій формі під тиском . Схема цього пронесу аналогічна схемі пре­сування пластмас (лив. рис. \'11.8). Пресуванням дістають гі 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 МІ 1а аналогічно янпю пластмас (див. рис. VII.4).

Вулканізація - цс процес обробки відформованого з сирої гуми ви­робу з метою підвищення його міцності, твердості та інших фізнко-меха-нічнмх властивостей Вулканізацію проводять в автоклавах або котлах при температу рі 130...150 ^СС і тиску 0,1... 0.4 МПа. В цих умовах вулкані­зуючі речовини (сірка та ш.) 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 % Б. то дістають м'яку гуму; при 12...20% 5 мають напівтверду гуму , а якщо сірки більше ніж 25 %, то гумова суміш перетворюється в твердий матеріал ебоніт.

34. Схема виробництва алюмінію. Маркування, властивості і застосування.

Алюмі́ній (Al) (рос. алюминий, англ. aluminium, нім. Aluminium) — хімічний елемент III групи періодичної системи, його атомний номер 13, відносна атомна маса 26,9815. В природі існує єдиний стабільний ізотоп 27Al. Третій за вмістом елемент (і найпоширеніший метал) земної кори (після кисню і кремнію), що становить приблизно 8% від її маси

Алюміній — сріблясто-білий легкий метал, добрий провідник тепла і електрики, пластичний, легко піддається механічній обробці.

Кристалічна структура і атомний радіус

Алюміній має кубічну гранецентровану кристалічну ґратку (просторова група Fm3m). Найближча відстань між двома атомами становить 2,863Å. Прийнятий період кристалічної ґратки алюмінію a = 4,0414 Å при кімнатній температурі[6]. Кристалічна ґратка стабільна при температурах від 4К і до температури плавлення 933К. Параметр ґратки дуже слабо змінюється від наявності домішок.

Атомний радіус алюмінію визначений як половина між найближчими атомами-сусідами в кристалічній структурі і рівний 1,43Å. В кристалічній структурі алюмінію металічний зв'язок.

Густина

Теоретична густина алюмінію обрахована за параметрами його кристалічної гратки становить 2,69872 г/см³. Експериментальні дані густини для полікристалічного алюмінію 99,996% чистоти становлять 2,6989 (при 20 °C) г/см³, а для монокристалів — на 0,34% вище.

Так, густина розплавленого алюмінію чистотою 99,996% на 6,6% менше, ніж у твердого металу, і при температурі 973 К становить 2357 кг/м³ і майже лінійно знижується до 2304 кг/м³ при температурі 1173 К.

Термічне розширення

Коефіцієнт термічного розширення α відпаленого алюмінію чистотою 99,99% при температурі 293 К становить 23·10−6 і практично лінійно зростає до 37,3·10−6 К−1 при температурі 900 К.

Теплопровідність

Теплопровідність повністю відпаленого алюмінію в твердому стані знижується з ростом температури від 2,37 (298 К) до 2,08 Вт·см−1·К−1 (933,5 К) і при температурах вище 100 К вона малочутлива до чистоти металу.

При нагріванні алюмінію і переході його з твердого стану в рідкий у нього різко зменшується теплопровідність: з 2,08 до 0,907 Вт·см−1·К−1, а далі з ростом температури вона збільшується і при температурі 1000 °C складає вже 1,01 Вт·см−1·К−1.

Електропровідність

Питомий опір алюмінію високої чистоти (99,99%) при температурі 20 °C становить 2,6548·10−8. Провідність алюмінію сильно залежить від його чистоти, причому вплив різних домішок залежить не тільки від концентрації цієї домішки, а й від того чи вона знаходиться в твердому розчині чи поза ним. Найбільш сильно підвищують опір алюмінію домішки хрому, літію, мангану, магнію, титану іванадію.

Алюміній отримують електролізом розчину глинозему (техн. Al2O3) в розплавленому кріоліті Na3[AlF6] при 950–960 °C. Склад електроліту 75-90% за масою Na3[AlF6], 5-12% AlF3, 2-10% CaF2, 1-10% Al2O3, молярне відношення NaF/AlF3 = 2,20-2,85 .

Промисловий комплекс з отримання алюмінію включає виробництво глинозему з алюмінієвих руд, кріоліту та інших фторидів, вуглецевих анодних і футеровочних матеріалів і власне електролітичне отримання алюмінію.

Електроліз проводять в апаратах катодом в яких служить дно ванни, анодом — попередньо обпалені вугільні блоки або самообпалюючі електроди, поміщені в розплавлений електроліт. У розплаві відбуваються такі реакції:

Na3[AlF6] ↔ 3Na+ + 2F− + AlF−4

AlF−4 ↔ F− + AlF3

AlF3 ↔ F− + AlF+2

AlF+2 ↔ F− + AlF2+

AlF2+ ↔ F− + Al3+

Al2O3 ↔ AlO+ + AlO−2,      AlO−2 ↔ Al3+ + 2O2−

AlO+ ↔ Al3+ + O2−,      Al3+ + 3e → Al

2O2− — 4e → O2

Розплавлений алюміній при температурі електролізу важчий, ніж електроліт, тому накопичується на дні ванни. На аноді виділяється O2, який взаємодіє з вуглецем анода, який вигорає, утворюючи СО та СО2.

Густина струму на аноді 0,7-0,9 А/см², на катоді — 0,4-0,5 А/см², для різних типів електролізерів сила струму становить 100–250 кА, робоча напруга 4,2-4,5 В.

Для отримання 1 т чорнового алюмінію витрачається 14500-17500 кВт·год електроенергії, 1925–1930 кг глинозему, 500–600 кг анодного матеріалу, 50-70 кг фтористих солей. Добова продуктивністьоднієї ванни середньої потужності — від 550 до 1200 кг алюмінію. Алюміній відбирають з електролізера один раз на 1-2 доби.

Алюміній високої чистоти (не більше 0,05% домішок) отримують електролітичним рафінуванням чорнового алюмінію, який містить до 1% домішок. В якості електроліту найчастіше використовують розплав Na3[AlF6], BaCl2 (до 60%) NaCl (до 4%). Для отримання алюмінію особливої чистоти (не більше 0,001% домішок) застосовують зонну плавку.

Алюміній розливають в злитки, які потім переробляють в листи, фольгу, профілі, дріт. Він добре зварюється, піддається куванню, штампуванню, прокатці, волочінню і пресуванню, а також обробляється методами порошкової металургії.

Застосування

Завдяки таким властивостям, як мала густина, висока тепло- і електропровідність, висока пластичність і корозійна стійкість, достатньо високі міцністні властивості (особливо в сплавах) і багатьом іншим цінним якостям, алюміній отримав винятково широке розповсюдження в різноманітних галузях сучасної техніки і відіграє найважливішу роль серед кольорових металів. Його широкому розповсюдженню сприяє найнижча вартість серед всіх кольорових металів

Важливою особливістю застосування алюмінію в техніці є те, що він досить складно піддається пайці та лудінню. Хімічно стійка оксидна плівка, утворювана на його поверхні, важко видаляється за допомогою звичайних флюсів.[7] З огляду на це, починаючи з кінця 1930-х років, ведеться пошук нових методів пайки, спеціально призначених для алюмінію та його сплавів, одним з яких єультразвукове паяння із застосуванням м'яких припоїв.[8][9]

Чистий алюміній застосовується у виробництві фольги, яка широко використовується для виробництва електролітичних конденсаторів і пакувальних матеріалів для харчових продуктів. Завдяки дешевизні і високій провідності, меншій густині алюміній майже повністю витіснив мідь з виробництва провідникової продукції (дроти, кабелі, шинопроводи та ін.) Також алюміній застосовують у виготовленні корпусів і охолоджувачів діодів, спеціальної хімічної апаратури.

Покриття з алюмінію наносять на стальні вироби для підвищення їх корозійної стійкості. Способи нанесення: розпилення (для захисту стальних виробів, що експлуатуються в приморських зонах, на хімічних підприємствах); занурення в розплав (для отримання алюмінованих стальних стрічок); плакіювання прокатуванням (біметалічні стрічки); вакуумне напилення (для алюмінування стрічок зі сталі, тканин, паперу і пластмас, інструментальних дзеркал); електрохімічний спосіб (для отримання матеріалів і виробів з захисно-декоративними властивостями).

Алюміній в електротехніці

Одним з найважливіших споживачів алюмінію є електротехнічна промисловість.

Основна кількість провідникової продукції — голі, обмоткові і ізольовані проводи, кабелі в одно- і багатожилковому виконанні виробляють за двохстадійною технологією: спочатку на алюмінієвих заводах з рідкого сплаву отримують заготовку діаметром 9-10 мм, а потім на кабельних заводах волочінням її доводять до потрібного діаметру.

Електрична провідність відпаленого алюмінію чистотою 99,6% становить 62% провідності відпаленої міді, межа міцності рівна 0,84-2,04 МН/м² в залежності від ступеня відпалення. При потребі вищих міцністних характеристик використовують сплави з підвищеним вмістом легуючих елементів. Для високовольтних ліній електропередачі використовують алюмінієві проводи, зміцнені стальним дротом чи з стальним сердечником.

Шинопроводи виробляють з різноманітних алюмінієвих сплавів чи з алюмінію марки АЕ. Перерізи шин сягають великих розмірів — їх ширина і товщина рівні відповідно 800 і 450 мм, а їх вартість складає лиш третину від вартості еквівалентних мідних шин.

Алюміній у вигляді фольги товщиною 0,00635 мм використовують в сильнострумних статичних конденсаторах для покращення коефіцієнта потужності, а також для телефонних кабелів, радіаторівдля охолодження великих напівпровідникових випрямиників та в багатьох інших виробах.