Глава 4

Резиновые материалы и клеи

4.1. Резина (эластомер) – это смесь различных компонентов. Так же как и пластмассы, резины относятся к высокополимерным материалам. Свойства резиновых изделий определяются различным соотношением компонентов. Компонентами резиновых смесей являются: каучук, вулканизирующие вещества, ускорители вулканизации, активаторы, наполнители, противостарители, смягчители и красители. Использование резины в качестве конструкционного материала становится возможным только после ее вулканизации, то есть образования сетчатой структуры при взаимодействии серы с реакционноспособными двойными связями макромолекул каучука.

При вулканизации, в отличие от подобных процессов для термо- и реактопластов, образуется относительно небольшое количество химических связей между макромолекулами каучука, в результате чего пластичная резиновая смесь переходит в высокоэластическое состояние.

Высокоэластическое состояние резины позволяет изделиям из неё выдерживать значительные деформации, до нескольких сотен процентов. В отличие от пластмасс, у резин (эластомеров) высокопластическое состояние сохраняется в широком диапазоне температур от высоких (выше 100 ˚С) до низких, вплоть до температуры стеклования (ниже 0˚С), при которой практически полностью исключается молекулярная подвижность. Эластичность сочетается с высоким сопротивлением разрыву, истиранию, способностью поглощать колебания, газо - и водонепроницаемостью, химической стойкостью и ценными диэлектрическими свойствами.

Свойства эластомерных композиций можно варьировать в широких пределах путем подбора соответствующего типа каучука, а также других компонентов. Например, для получения резины с высокими прочностными и деформационными свойствами используют либо натуральный, либо синтетический бутадиен-стирольный каучук. При малой степени сшивания молекул (содержание серы до 5%) получают мягкий эластичный и значительно деформируемый материал, обладающий малой твердостью и низкой прочностью, но высоким показателем относительного удлинения (δ до 500%) — мягкая резина.

Для получения резины с высоким показателем твердости, малой деформируемостью и относительным удлинением не более 10% , содержание серы должно составлять от 20 до 45%.

4.2. Каучук

Основой резиновых изделий служит натуральный или искусственный каучук. Технология производства и переработки каучука разработаны раньше, чем технологии получения пластмасс. Натуральный каучук получали только в странах Южной Америки. Еще первобытное население Бразилии использовало этот продукт растительного происхождения для изготовления примитивных сосудов и обуви. Натуральный каучук (НК) представляет собой продукт коагуляции млечного сока (латекса) бразильской гевеи. По химическому строению НК является продуктом полимеризации изопрена регулярной структуры с молекулярной массой от 70000 до 2500000, плотность НК 910...920 .

Натуральный каучук, получаемый из гевеи бразильской, имеет структуру, состоящую на 97,8 % из 1,4 –цис- полиизопрена :

CH₃ CH₃

— CH₂ — C С — CH₂ — С С CH₂ —

H H n

С помощью специальных агентов можно перевести каучук в термостабильное состояние. Натуральный каучук характеризуется высокой морозостойкостью (до - 60 °С), высоким сопротивлением истиранию, газо- и водонепроницаемостью, хорошими диэлектрическими свойствами и высокой эластичностью.

Производство и переработка НК в промышленных масштабах началась с середины 19-го века.

Превращение натурального каучука в материал, пригодный для технических целей, стало возможным, когда Ч. Гудьиром (США, 1839) и Т. Гэнкоком (Великобритания, 1843) был открыт процесс вулканизации.

Вулканизация — технологический процесс резинового производства, при котором пластичный «сырой» каучук превращается в резину. Сущность вулканизации — соединение линейных макромолекул каучука в единую «сшитую» систему, так называемую вулканизационную сетку.

Основная составная часть натурального каучука (91—96%) — углеводород каучука, который рассматривают как полиизопрен (C₅ H₈)_n. Каучук подвергают вулканизации – горячей или холодной для придания материалу требуемой прочности, упругости и т.д.. В результате вулканизации между макромолекулами образуются поперечные связи, число и структура которых зависит от метода вулканизации. Так как вулканизация длительный процесс, то для его ускорения вводят 0,5 - 1,5% ускорителей вулканизации (окись магния, окись цинка и др.). В качестве активаторов ускорителя применяют цинковые белила и магнезию. Для придания необходимых физико-механических свойств резиновым изделиям в композицию вводят наполнители. Наполнители делят на порошкообразные и тканевые. К порошкообразным наполнителям относят сажу, каолин, углекислый марганец, мел, тальк, сернокислый барий и др. Тканевыми силовыми наполнителями служат корд и рукавные ткани.