12. Эластомеры и полимеры

Эластомеры (резина и резиноподобные материалы)– применяются для изготовления шлангов и различных уплотняющих прокладок. Основные свойства: давление пара (газоотдача) и упругость (допустимое сжатие и остаточная деформация) в основном в функции температуры и силы сжатия.

Резина из натурального каучука, полученного из сока дерева гевея, состоит изC_nH_m,H₂O, смол, белка и минеральных включений. Процесс изготовления каучука включает операции: тщательная промывка сока и разминание на специальных машинах до получения пластического состояния; смешивание с различными наполнителями в зависимости от назначения резины (газовая сажа, окись цинка, жиры, масла, вар); смешивание с серным цветом и вулканизация при нагреве до 130÷140^оС с ускорителями (гексаметилететрамин, ксантогенаты), которые не только ускоряют вулканизацию, но и приводят к снижению содержания серы до 1,5%. После вулканизации образуются поперечные сетчатые молекулы, увеличивающие упругость, состоящие из углеродной цепи с серой в качестве мостиков.

Для уменьшения газоотдачи резины рекомендуется перед использованием обезгаживать её несколько часов в высоком вакууме при температуре 70^оС. Если шланги будут контактировать с парами ртути, то необходимо освободить их внутреннюю поверхность от серы, пропуская через них в течение 1 часа нагретый до 70^оС 20% раствор КОН с последующей промывкой дист. Н₂О и сушкой чистым воздушным потоком. Нельзя (!) использовать шланги из вулканизированной резины для подведения наполняющих и защитных газов и в готовых приборах. Диапазон рабочих температур рассматриваемой резины от 20 до 70^оС. Н₂О, С₂Н₅ОН и ацетон сырой каучук не растворяют, растворяютH₂SO₄, эфир, бензол, четырёххлористый углерод, бензин, керосин, толуол (после набухания). Реагируют с этой резиной щелочноземельные металлы и ионизованные парыHg. Резинастареет под действием тепла, света, О₂и особенно О₃.

Синтетическая резина на углеродной основеобладает рядом положительных свойств (маслоустойчивость, повышенная прочность на истирание и др.). Она выпускается под маркой неопрен (у нас – совпрен) – это хлоробутадиенполимер, сера для полимеризации не используется – широко применяется в вакуумной технике, особенно в качестве уплотняющего материала. Неопрен менее газопроницаем, чем натуральная резина. Свежий неопрен также рекомендуется обезгаживать (несколько часов при 90^оС).

Силиконовая резина(силиконовый каучук) – высокополимерный диметилполисилоксан со сруктурой

Главное отличие от описанной выше синтетической резины заключается в расширении рабочих температур в низкую и высокую область.

Силиконовая резина изготавливается путём гидролиза тщательно очищенного диметилдихлорсилана (получается из песка SiO₂и органических хлорных соединений) и многократной конденсации полученного таким образом силиконового масла с кислыми или щелочными катализаторами. Для получения оптимальной механической прочности используются активные наполнители (аэрозоли), для большей твёрдости – неактивные наполнители (диатомовые земли), полное содержание примесей от 25 до 60 вес.%.

Изделия необходимой формы получают путём машинной формовки или пропусканием через пресс-машину, после чего они вулканизируются при 120÷250^оС (от несколько часов до 10 мин) в зависимости от наполнителей. Для ускорения вулканизации применяются ускорители (органические примеси). Далее изделия подвергают старению – при нагреве 150^оС в течение 12 часов (получение наименьшей остаточной деформации) и далее при 200^оС, 12 часов (для улучшения механических, электрических и химических свойств).

Основное преимущество Si-резины заключается в том, что по прочности на разрыв ( при температуре > 125^оС) она превосходит С-резину (последняя уже не работает), кроме этого она может многократно использоваться после снятия нагрузки, имеет лучшую устойчивость против атмосферного воздуха, нечувствительна к воздействию минеральных масел. Но она неустойчива к концентрированным кислотам и щелочам – при их воздействии происходит расщепление связиSi–О, т.е. идёт деполимеризация.

Фторуглероды.

Преимущества: химическая стойкость (появились сначала в атомной энергетике), эластичность, относительно низкое давление паров. Недостатки: меньшая упругость и ограниченная стабильность (холодная текучесть), высокая стоимость.

Тефлон (тетрафторхлорэтилен)– получают из хлороформа иHFпу-

FF

CC

FF

тём отщепления НClи полемирезации под высоким давлением с катализатором – получается бело-зеленоватый и воскообразный порошок. Перерабатывается холодной формовкой под давлением (140атм) (химия не действует на порошок) с последующим спеканием при 327^оС (0,5÷6 часов), получается вязкая, беспористая масса, из которой вырабатываются (поступают в продажу) листы, стержни, трубки, шланги, плёнки, волокна, порошок (или взвеси и лаки с содержанием тефлона 35÷65%).

Свойства тефлона: 1) он не имеет определённой точки плавления, упругость сохраняется от -100 до 300^оС, при 327^оС - точка превращения – кривая теплового расширения испытывает изгиб, при температурах выше 327^оС начинает уменьшаться прочность на растяжение, из кристаллического переходит в аморфное состояние, затем переходит в состояние студня и при 400^оС распадается на жидкие фторсодержащие (ядовитые) состояния; 2) обладает хорошими скользящими свойствами, из него делают хорошие сальники, но нужно уплотнения всё время подтягивать (увеличивать усилия); 3) он имеет заметно меньшую газоотдачу по сравнению с синтетическими резинами и в 10 раз меньшую по сравнению с натуральной резиной; 4) давление паров тефлона в 10 раз меньше давления паров натуральной резины; 5) обладает высоким удельным сопротивлением и небольшими диэлектрическими потерями; 6) обладает исключительной химической стойкостью; 7) это не горючий материал; 8) растворяется только в расплавленных щелочных металлах; 9) до 250^оС не ядовит, только с 250^оС (315 – заметно) выделяет ядовитыеF-содержащие соединения; 10) его нельзя склеить, соединить можно при давлении 3-5атм при 327÷366^оС - работу обязательно проводить в вытяжном шкафу; 11) тефлон можно модифицировать, графит, например, увеличивает прочность на сжатие и теплопроводность, уменьшает тепловое расширение.

Политрифторхлорэтилен– изделия также получаются из порошка путём спекания под давлением, при этом нужна температура 240÷280^оС. При быстром охлаждении после формования получается прозрачное изделие, при медленном охлаждении получается помутневший материал. Формула материала

ClF

CC

FF

Отечественные фторполимеры рассмотрены в [20], а возможности применения лаковых фторполимеров в [7, 11, 21, 22, 23] и в методических рекомендациях по выполнению лабораторных работ.