Лекція 34. Вулканізація каучуку

Для того щоб регулювати властивості резини і відповідно отримувати вулканізацію з різними властивостями крім каталізаторів вулканізації вводять і інші добавки: тягчителів, налагітелів. Якщо вулканізацію проводять при температурі 130-160^оС – гаряча вулканізація. Якщо при кімнатній температурі за допомогою хлоридної сірки (S₂Cl₂) — холодна вулканізація. На практиці частіше використовують процес гарячої вулканізації так як, при цьому отримують вироби з більш цінними властивостями. В процесі вулканізації проходить хімічна взаємодія каучуку з сіркою, що підтверджується тим, що сірку не можна відділити від каучуку методом розчинення і наступним екстрагуванням. Крім того при вулканізації спостерігається тепловий ефект який дорівнює кількості вмісту сірки. Для того щоб отримати резину високої еластичності в каучук вводять невелику кількість сірки (2-3%), а також застосовують активатори і цінорителі. Активатори сильно впливають на приєднання сірки і різко підвищують швидкість вулканізації. Прискорювачі взаємодіючи з сіркою дозволяють отримати проміжні сполуки при взаємодії з каучуком. Для того щоб оцінити ступінь взаємодії каучуку з сіркою та з іншими компонентами використовують так званий коефіцієнт вулканізації Кв.

Кв= ( 30 )

Цей коефіцієнт являє собою кількість зв’язаної сірки яка знаходиться в резині виражену у відсотках до кількості каучуку.

S - зв’язаний каучук в гр.(мас)

А - кількість каучуку в (масах)

В залежності від тривалості вулканізації підвищується кількість зв’язаної сірки, і відповідно підвищується Кв. У м’яких резин Кв = 1,5 -3%, а для ебонітів він значно вищий. Мінімальна кількість сірки яка повинна бути в каучуку і приводить до підвищення коефіцієнту пружності при розтягуванні модуля пружності по відношенню до вихідного стану 0,1-0,15 (мас) % . Для позначення ступеня вулканізації використовують різні методи визначниками функціональних властивостей вулканізату в тому числі межа міцності при розтягуванні відносно виробу, модуль пружності, набухання та інші властивості.

Зміна властивостей каучуку при вулканізації

Відомо, що у процесі вулканізації відбувається поступова зміна різних фізичних і хімічних властивостей, а також механічних. Ці зміни відбуваються з різною швидкістю на початку вулканізації дані властивості змінюються швидко а після того повільніше.

1. Підвищення руйнує напругу при розтягуванні, пластичність повністю зникає. Якщо обробити каучук на вальцях то стан 10-15 кг /см² (1-1,5 МПа) після вулканізації пружність розриву становить 35кг/см². Вулканізований каучук легко відновлює свою форму після дії зовнішніх сил так як він володіє еластичністю, що являється найбільш важливою властивістю для резини. Для вулканізованого каучуку є найбільш цінною властивістю пластичність, що дає можливість переробки його в різні види виробів. Якщо розглядати правило Гука то перед розривом у вулканізованого каучуку поява текучості відсутня.

2. Підвищення температури і теплостійкості. Під дією температури вулканізовані каучуки в значно меншій ступені змінюють свої фізико-механічні показники ніж не вулканізовані каучуки. Вулканізовані каучуки мають підвищену температуростійкість, а також значно кращі зберігаючи властивості, після тривалого нагрівання натуральний каучук сильно пом’якшується при температурі 90^оС і твердіє при температурі 0^оС. При тривалому нагріванні не вулканізований каучук підлягає необоротним структурним змінам внаслідок чого, його фізико-механічні властивості змінюються незворотно. В той час вулканізацію натуральний каучук легко витримує тривале нагрівання при температурі 100^оС і не стає жорстким при температурі 0^оС. Вулканізований синтетичні каучуки також менш чутливі до змін температури і тривалого нагріву.

3. Каучук втрачає здатність розчинятися і тільки набухає в розчинниках. Величина набухання залежить від ступеня вулканізації природних каучуків та від інших складових резини.

4. Вулканізований каучук стає більш стійким до дії хімічних реагентів так як підвищується його хімічна активність. А зміни всіх властивостей каучуку при вулканізації проходить поступово по мірі нагрівання.

Рис. 26. Зміна властивостей натурального каучуку під час вулканізації.

Для характеристики зміни властивостей вулканізації користуються так званими кривими, які показують зміни фізико - механічних показників з часу вулканізації. Характер і швидкість зміни властивостей бувають різними і залежать від природи каучуку. Ці лінії показують на зміни властивостей натурального каучуку під час вулканізації при температурі 135^оС.