книги из ГПНТБ / Вульф Б.К. Авиационные неметаллические материалы (пластмассы и резина)

В последнее время разработаны также высокомолекулярные эластичные материалы, относящиеся к группе каучуков, в основе строения которых лежат цепочки атомов с участием серы или

кре мния . Соответственно получается т и о к о л ь н ы й или п о л и с и л о к с а н о в ы й , (силиконовый, кремнийорганический)

каучуки. Этим путем удается в еще более широком диапазоне изменять физико-химические свойства каучука-

Т о и к о л ь н ы й к а у ч у к , на основе тиокола (C2H4S4) „ отличается газонепроницаемостью, бензомаслостойкостью, хо­

рошими герметизирующими свойствами и высокой адгезией к металлам.

Отличительными особенностями с и л и к о н о в о г о к а у ч у - к а (СКТ) являются повышенная теплостойкость, хорошие ди­ электрические качества, стойкость к действию озона и ультрафио­

летовых лучей солнечного света. Он не стареет и не набухает в ор­

ганических растворителях. Свою эластичность силиконовый кау­ чук сохраняет от — 80 до + 270°. Его целесообразно применять

для изготовления уплотнителей, мембран, гибких соединений,

выдерживающих температуры высоких слоев атмосферы и дей­ ствие озона.

В последнее время разработан силиконовый каучук, содер­ жащий фт ор (СКФ). Этот новый материал сочетает лучшие

свойства термостойких фтороуглеродистых пластмасс и кремнийорганических каучуков. Он обладает высокой стойкостью к дей­

ствию масел, авиатоплива и жидкостей гидросистем и особенно рекомендуется для различных уплотнителей и шлангов,

по сопротивлению истиранию превосходящий все известные эла­ стичные материалы.

Из вышеприведенных данных следует, что различные типы синтетического каучука, уступая в отдельных случаях натураль­

ному по показателям прочности и эластичности, значительно превосходят его по сопротивляемости действию нефтепродуктов,

масел и окислителей, по теплостойкости, морозостойкости, газо­ непроницаемости и другим эксплуатационным свойствам.

С. В. Л е б е д е в писал, что «всякая новая форма синтети­

ческого каучука приносит с собой новый комплекс свойств, кото­ рых нет ни у природных, ни у других синтетических каучуков».

Некоторые сравнительные свойства натурального и синте­

тических каучуков (вулканизатов), применяемых при производ­ стве авиационной резины, приведены в табл. 8 .

60

III ПОЛУЧЕНИЕ РЕЗИНЫ

1. Резиновые смеси

Для получения резины каучук смешивают с агентами вул­ канизации (серой, ускорителями), наполнителями, пластифика­ торами, противостарителями, красителями и некоторыми други­ ми веществами, после чего изделия, изготовленные из такой ре­ зиновой смеси подвергают в у л к а н и з а ц и и .

Резина отличается от каучука более высокими механическими'и физико-химическими свойствами, а также меньшей склон­ ностью к старению.

Аг е нт ы в у л к а н и з а ц и и необходимы для осуществле­ ния и ускорения процесса вулканизации. К ним относятся с е р а и органические ускорители (инициаторы), каптакс, тиурам, дифенилгуанидин. Действие инициаторов становится более эффек­ тивным в присутствии некоторых окисей металлов — окиси цин­ ка, окиси магния и других.

В качестве а к т и в н ы х н а п о л н и т е л е й применяют ве­ щества, улучшающие те или иные свойства резины, например, окись цинка, улучшающую прочность при сохранении высокой эластичности, ламповую или газовую сажу, улучшающую сопро-

* Значения физико-механических свойств объяснены ниже (стр. 65).

61

резины, обработанные по методу девулканизации каучука), мел, тальк, сернокислый барий и другие вещества, удешевляющие резину, но мало влияющие на ее свойства.

Количество вводимых в резиновую смесь наполнителей мо­ жет доходить до 100% от веса каучука.

П л а с т и ф и к а т о р ы вводят для получения более мягкой и однородной смеси с целью облегчения ее дальнейшей об­ работки.

В качестве пластификаторов применяют парафин, стеарино­ вую кислоту, канифоль, вазелин, дибутилфталат, трикрезилфосфат, руберакс (оксиленный нефтяной битум) и другие.

Количество пластификаторов колеблется от 2 до 25% и более.

в резиновую смесь в количестве от 1 до 3,5%.

К р а с и т е л и сообщают резине желаемую окраску. Из ми­ неральных красителей чаще всего применяются охра, ультрама­ рин, пятисернистая сурьма. Некоторые наполнители, например сажа или окись цинка, также могут быть использованы в каче­ стве красителей. Из органических красителей применяются азо­ краски и некоторые сернистые красители.

2. Изготовление резиновых изделий

Приготовление резиновой смеси, из которой формуются из­ делия, требует тщательного смешения каучука с наполнителями, пластификаторами, серой и другими составными веществами.

Прежде всего производят п л а с т и к а ц и ю каучука на сме­ сительных вальцах, вращающихся навстречу с различными ско­ ростями. Пластикация сообщает каучуку необходимую пластич­ ность и улучшает его способность смешиваться с другими ве­ ществами.

Затем каучук смешивают с серой и другими составными частями, пользуясь также вальцовочными машинами.

Ф о р м о в к а изделий может производиться различными способами.

62

Л и с т о в у ю р е з ин у получают методом каландрования, т. е. путем пропускания смеси через вращающиеся гладкие ва­ лики-каландры, подогреваемые до 40—80°. -

ны, или путем шприцевания, т. е. пропускания резиновой смеси через шприц-машину, снабженную мундштуком требуемого се­ чения. ,

3. Вулканизация

Вулканизация является важнейшей технологической опера­ цией, обеспечивающей превращение каучука в резину. В резуль­ тате вулканизации увеличиваются прочность и упругость, а так­ же улучшаются физико-химические свойства: сопротивляемость старению и действию различных растворителей, электроизоля­ ционные характеристики и другие.

В большинстве случаев процесс вулканизации состоит в хи­ мическом взаимодействии каучука с серой. Количество вводи­ мой серы составляет для обычной резины 5—7%. В случае твердой резины — эбонита — добавляют около 30—35% серы.

Сера присоединяется к каучуку по месту двойных связей, образуя подобие мостиков, соединяющих между собой цепе­

В результате образуются еще большие т р е х м е р н ы е мо­ лекулы разветвленной формы, характерные для резины (фиг. 27).

.Вследствие уменьшения числа двойных связей, реакционная способность вулканизированного каучука уменьшается, чем можно объяснить большую инертность резины к действию раз­ личных реагентов.

Различают горячую и холодную вулканизацию.

Г о р я ч а я в у л к а н и з а ц и я осуществляется обычно в гид­ ропрессах при температуре 140—145° при давлении 25—75 кг/см2.

63

Время вулканизации для различных марок обычной авиационной резины колеблется в пределах, от 2 до 40 минут. Влияние време­

ни вулканизации на предел прочности резины показано на фиг. 28.

Вулканизированный каучук

Фиг. 27. Схема соединения молекул каучука при вулканизации

Иногда вулканизацию производят в котлах острым паром под давлением 3 ат.

Полисилоксановые резины подвергаются двухстадийной вулканизации: 1 стадия: 10 минут при 150°; 2-я стадия: 6—24 ча­ са при 200—250°.

Для некоторых авиадеталей, например, камер и покрышек, применяют индивидуальные вулканизаторы (фиг. 29).

64

Х о л о д н а я в у л к а н и з а ц и я применяется иногда для тонкостенных изделий и заключается в их обработке в течение нескольких минут 2—3 процентным раствором хлористой серы в сероуглероде или четыреххлористом углероде.

При холодной вулканизации в состав резиновой смеси сера не вводится.

Существуют также другие методы вулканизации, не связан­ ные с применением серы, например, кислородная. В некоторых случаях при химической вулканизации вместо серы в смесь вво­ дят различные окислители, например, перекись бензоила. В по­ следнее время разработаны также ф и з и ч е с к и е ме т о д ы вулканизации, основанные на применении ультрафиолетовых или гамма-лучей.

Резины на основе натрий-бутадиенового, полихлоропренового и кремнийорганического каучуков вулканизируются без добав­ ки серы в резиновую смесь путем простого нагревания.

IV. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ И СВОЙСТВА РЕЗИНЫ

Механические свойства резины обычно характеризуются данными испытания на растяжение и определения твердости.

При испытании на растяжение определяют предел прочности az, относительное удлинение в момент разрыва ег и остаточ­ ное относительное удлинение' 0 г.

Величина

у_°г ez

~ 100

называется п р о и з в е д е н и е м у п р у г о с т и и является ха­ рактеристикой сочетания прочности и эластичной резины.

Для более полной оценки эластичности, значения которой являются особенно важными, если резина используется в каче­ стве амортизационной, проводят специальное испытание на пе­ ременное нагружение— разгрузку. В этом случае получают диа­ грамму типа, изображенного на фиг. 30, характеризующуюся не­ которой петлей гистерезиса (на фиг. 30,в заштрихована).

Величина этой петли представляет разность работ нагру­ жения и разгрузки (например, сжатия — расширения) и служит количественной характеристикой амортизационных свойств ре­ зины при данной температуре испытания.

твердомером ТШМ-2 (метод Джонса) применяют шарик диа­ метром 5 мм и измеряют глубину вдавливания под действием груза в 1 кг. При применении твердомера ТМ-2 (метод Шора) в резину вдавливают тупую иглу и отсчет твердости производят

непосредственно по шкале прибора. Значения твердости по Шо­ ру (ТИР) и Джонсу (ТШР) связаны между собой (кривая на фиг. 31).

а)

Фиг. 30. Гистерезис резины при цикле «сжатие-расширение»:

а — работа сжатия (Асж) ; б — работа расширения (Ар) ; в — петля гисте­ резиса (работа Аг = Асж — Ар) .

Для оценки сопротивляемости резины действию высоких или низких температур ее испытывают, соответственно, на старе­

А *вж = ~ , где Рз — груз, вызывающий удлинение А/ при отрица­ тельной температуре.

66

Существуют и другие методы оценки морозостойкости. Определение н а б у х а е м о с т и резины в различных сре­

дах производят по методу взвешивания образцов до и после на­ бухания. Время пребывания образцов в масле, воде, топливе Т-1, смеси бензина с бензолом и других жидкостях составляет обыч­ но 24 часа,, а температура выбирается в зависимости от предпо­ лагаемых условий эксплуатации.

Свойства авиационной резины, изготовленной из различных каучуков, приведены для некоторых марок по техническим усло­ виям в табл. 9.

V. СТАРЕНИЕ РЕЗИНЫ

Старением называется постепенное изменение свойств ре­ зины с течением времени. Особенно существенным при этом яв­ ляется снижение эластичности и повышение твердости. "

Сущностью старения является окисление каучука под дей­ ствием кислорода воздуха, ускоряющееся под влиянием тепла

исолнечного света.

Врезультате присоединения кислорода по месту двойных

связей молекулы каучука разрываются на части и становятся более короткими; этим можно объяснить потерю эластичности и появление хрупкости и ломкости после старения резины.

Процесс старения, происходящий преимущественно под дей­ ствием ультрафиолетовых лучей, содержащихся в солнечном свете, называют с в е т о в ы м с т а р е н и е м.

Борьба со старением заключается во введении в резиновую

лей солнечных лучей (например, алюминиевой пудры); кроме того, старение можно замедлить, соблюдая правила эксплуата­ ции4 и хранения резиновых изделий.

В наибольшей степени старению сопротивляется резина на основе бутилкаучука и хлоропренового каучука (фиг. 32).

VI. ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗИНЫ В АВИАСТРОЕНИИ

ГТо техническим условиям установлено 10 групп резины, раз­ личающихся составами резиновых смесей, типом каучука и свой­ ствами резин (табл. 10). Каждая группа включает несколько марок резины. В табл. 10 указано общее назначение для резин каждой группы.

998-1, В-14 Нитрильный (СКБ) 4410, 4327

Следует отметить, что данная классификация требует уже в настоящее время расширения, так как не охватывает полно­ стью все многообразие разработанных марок новых резин. В ней,

7 0