6.8. Резины.

Резина – высокоэластичное, прочное соединение, но менее пластичное, чем каучук, получаемое при повышенной температуре в процессе вулканизации каучука с серой и различными добавками: ускорителями процесса вулканизации, мягчителями, противостарителями, активными и пассивными наполнителями, красителями. Добавляемые ингредиенты улучшают технологические свойства обрабатываемой смеси, повышают качество получаемых резиновых изделий.

Вулканизация каучука с серой, другими компонентами протекает при повышенной температуре. Атомы серы вступают в химическое взаимодействие с линейными молекулами каучука по месту двойных связей и «сшивают» их друг с другом. В результате образуется гигантская пространственная молекула, имеющая три измерения. Поскольку резина является многокомпонентной системой, в состав которой входит несколько веществ не участвующих в процессе вулканизации, то образующуюся пространственную структуру резины следует рассматривать как редко сетчатую. На макро-уровне резина является однородным материалом с набором характерных свойств. На микро-уровне в резине имеется матрица из вулканизированного каучука, в которой находятся внедрения неорганических веществ и органических молекул. Для обеспечения необходимых свойств резины количественные соотношения компонентов должны находиться в оптимальных соотношениях. Если к каучуку добавить больше серы, чем нужно для образования резины, то при вулканизации линейные молекулы окажутся «сшитыми» в очень многих местах и материал утратит эластичность, станет твёрдым – получится эбонит. Превышение оптимальных концентраций неорганических микро-внедрений приведёт к потере механической прочности резины и её разрушению при эксплуатации.

Для получения высококачественной резины, которую можно переработать в различные изделия, в реакционную смесь вводят несколько компонентов, каждый из которых выполняет свои функции.

Ускорители вулканизации – улучшают свойства вулканизаторов, сокращают время вулканизации и расход основного сырья, препятствует перевулканизации. В качестве ускорителей используются неорганические соединения (оксид магния MgO, оксид свинца PbO и другие) и органические: дитиокарбаматы (производные дитиокарбаминовой кислоты), тиурамы (производные диметиламина), ксантогенаты (соли ксантогеновой кислоты) и другие. Введения ускорителей в определённых случаях позволяет проводить вулканизацию вообще без нагревания (холодная вулканизация). Добавки ускорителей позволяют уменьшить количество вводимой серы.

Активаторы ускорителей вулканизации облегчают реакции взаимодействия всех компонентов резиновой смеси. В основном в качестве активаторов применяют оксид цинка.

Антиокислители (стабилизаторы, противостарители) вводят в резиновую смесь для предупреждения «старения» каучука (фенолы, воск, фенил-β-нафтиламин). С течением времени кислород присоединяется к оставшимся в молекулах резины двойным связям и усиливает тем самым образование сетчатых молекул, при этом резина теряет свои характерные качества и становится твердой и ломкой.

Наполнители повышают физико-механические свойства резин и увеличивают объём исходного сырья. Введение наполнителей сокращает расход каучука и снижает стоимость резины. В соответствии с функциями выделяют две группы наполнителей:

1. активные наполнители, которые улучшают качество каучука: прочность, износостойкость, сопротивление истиранию. К ним относятся активная газовая сажа, окись цинка, каолин (разновидность глины). Поверхностно активную газовую сажу получают сжиганием газа при недостатке кислорода.

2. инертные наполнители, которые увеличивают вес продукта, например, сажа, CaCO₃, BaSO₄, гипс CaO*2H₂O, тальк 3MgO*4SiO₂*2H₂O, оксид кремния SiO₂.

Правильный выбор наполнителей, их количественных соотношений с каучуком во многом определяет качество резины.

Пластификаторы (мягчители) – вещества, которые улучшают технологические свойства резины, облегчают её обработку (понижают вязкость системы), обеспечивают возможность увеличения содержания наполнителей. Введение пластификаторов повышают динамическую выносливость резины, сопротивление «стиранию». В качестве пластификаторов используются продукты переработки нефти (мазут, гудрон, парафины), вещества растительного происхождения (канифоль), жирные кислоты (стеариновая, олеиновая) и другие.

Технология производства резины осуществляется по следующим основным этапам:

1. Приготовление резиновой смеси, состоящей из каучука, вулканизирующих веществ, ускорителей вулканизации, активаторов, наполнителей, стабилизаторов и других наполнителей.

2. Изготовление полуфабрикатов, которое может проводиться одновременно с приготовлением резиновой смеси и включает следующие операции: а) развеска каучуков и ингредиентов; б) пластикация каучука; в) прорезинивание тканей, каландрирование, шприцевание; г) раскрой прорезиненных тканей и резиновых листов, сборка изделий из полуфабрикатов.

3. Вулканизация, после которой из сырых резиновых смесей получают готовые резиновые изделия. Вулканизацию проводят или после формования из резиновой смеси соответствующих изделий (труб, рукавов, листов и других), или одновременно с процессом формования изделий. Вулканизация протекает при нагревании.

Образование в процессе вулканизации пространственного полимера приводит к изменению свойств материала. Резина имеет более высокую прочность, чем исходный каучук. Каучук, хотя и медленно, растворяется в бензине, резина лишь набухает в нём. Свойства резины определяются также типом исходного сырья. Например, резина из натурального каучука характеризуется хорошей эластичностью, маслостойкостью, износостойкостью, в то же время мало устойчива к агрессивным средам; резина из каучука СКД имеет даже более высокую износостойкость, чем натуральный каучук. Бутадиен-стирольный каучук СКС способствует повышению износостойкости. Изопреновый каучук СКИ определяет эластичность и прочность резины на растяжение, а хлоропреновый – стойкость её к действию кислорода.

Резиновые материалы имеют существенное значение для обувной промышленности. В зависимости от структуры обувную резину делят на непористую (монолитную) и пористую.

Непористую резину изготовляют на основе бутадиенового каучука. Отличается высокой устойчивостью к истиранию. Резина не пропускает воду и практически в ней не набухает, является воздухо- и паронепроницаемой. Уступает коже по морозостойкости и теплопроводности, что снижает теплозащитные свойства обуви. Непористая резина бывает подошвенная, кожеподобная, и транспарентная.

Кожеподобная резина изготовляется на основе каучука с высоким содержанием стирола (до 85%), что придаёт резинам твёрдость. Толщина резины может быть уменьшена до 2,5 – 4,0 мм при сохранении хороших защитных функций. Эксплуатационные свойства кожеподобной резины сходны с натуральной кожей. Она обладает высокой твёрдостью и пластичностью. Кожеподобная резина хорошо окрашивается при отделке обуви, имеет высокую износостойкость, благодаря хорошему сопротивлению, истиранию и устойчивости к многократным изгибам. Недостатком этой резины являются высокая теплопроводность и отсутствие необходимой воздухонепроницаемости. Кожеподобную резину выпускают трёх разновидностей: непористой структуры с плотностью 1,28г/см³, пористой структуры, имеющую плотность 0,8-0,95г/см³, и пористой структуры с волокнистым наполнителем, плотность которых не выше 1,15г/см³.

Транспарентная резина представляет собой полупрозрачный материал с высоким содержанием натурального каучука. Отличается высоким сопротивлением к истиранию и твёрдостью, по износостойкости превосходит все виды резин. Разновидностью транспорентной резины является стиронип, содержащий большее количество каучука. Сопротивление многократному изгибу у стиронипа в три с лишним раза выше, чем у обычных непористых резин. Стиронип применяется при изготовлении обуви клеевого метода крепления.

Резина пористой структуры имеет замкнутые поры, объём которых в зависимости от вида резины колеблется от 20 до 80 % её общего объёма. Эти резины имеют ряд преимуществ по сравнению с непористыми резинами: повышенные мягкость, гибкость, высокие амортизационные свойства, упругость.