- •СОДЕРЖАНИЕ
- •ВВЕДЕНИЕ
- •Вопросы для повторения материала по главе 1
- •Вопросы для повторения материала по главе 2
- •Вопросы для повторения материала по главе 3
- •ГЛАВА 4. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
- •Вопросы для повторения материала по главе 4
- •ГЛАВА 5. НЕФТЯНЫЕ ТОПЛИВА
- •Вопросы для повторения материала по главе 5
- •ГЛАВА 6. СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
- •Вопросы для повторения материала по главе 6
- •ГЛАВА 7. РАБОЧИЕ ЖИДКОСТИ
- •Вопросы для повторения материала по главе 7
- •ГЛАВА 8. ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
- •Вопросы для повторения материала по главе 8
- •ГЛАВА 9. РЕЗИНОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
- •Вопросы для повторения материала по главе 9
- •ГЛАВА 10. ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
- •Вопросы для повторения материалов по главе 10
- •ГЛАВА 11. КЛЕЯЩИЕ МАТЕРИАЛЫ
- •Вопросы для повторения материала по главе 11
- •ГЛАВА 12. ДРЕВЕСИНА
- •Вопросы для повторения материала по главе 12
- •ГЛАВА 13. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
- •Вопросы для повторения материала по главе 13
- •ГЛАВА 14. НАНОТЕХНОЛОГИИ И НАНОМАТЕРИАЛЫ
- •Вопросы для повторения материала по главе 14
- •СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
имеют низкую теплопроводность, теплота концентрируется около места контакта деталей. Для осуществления сварки трением используют токарные или сверлильные станки. Прочность соединения, полученного при оптимальных режимах, близка к прочности свариваемого материала. Для полиэтилена высокого давления рекомендуется скорость вращения 90–120 м/мин, давление 0,2–0,5 МПа. Однако нередко шов имеет пористую структуру и нежелательные утолщения от сжатия свариваемых деталей.
Сварка с применением инфракрасного излучения (ИК) основана на нагреве соединяемых поверхностей за счет поглощения ИК-излучения. Большинство полимеров поглощает ИК-излучение при длине волны более 2,5 мкм. В качестве источника ИК-излучения используют кварцевые лампы, силитовые стержни, нихромовые нагреватели.
При лазерной сварке разогрев соединяемых поверхностей осуществляется лучом лазера, сфокусированным в пятно диаметром около 1 мм, который направлен перпендикулярно к свариваемому пакету. Лазерная сварка нашла применение для соединения пленки толщиной 12–500 мкм. Мощные лазеры позволяют сваривать листы толщиной до 250 мм.
Другим методом получения неразъемного соединения материалов на основе полимеров является склеивание. Склеивание позволяет получать соединения разнородных материалов, например металл–пластмасса, пластмасса–керамика и др.
Склеивание эффективно используют в промышленности, например, для соединения фрикционных накладок к тормозным колодкам автомобилей.
Для склейки отвержденных реактопластов рекомендуются термореактивные клеи. Термопласты по отношению к склеиванию можно разделить на легко склеиваемые (органическое стекло, полистирол, поликарбонат, непластифицированный поливинилхлорид), условно легко склеиваемые (пластифицированный поливинилхлорид, полиэтилентерефталат) и трудно склеиваемые (полиэтилен, полипропилен, фторопласт, полиамиды, полиформальдегид). Для легко склеиваемых пластмасс требуется несложная подготовка поверхностей, для трудно склеиваемых – специальная подготовка поверхности, например фторопласт-4 обрабатывают раствором натрия в жидком аммиаке.
Вопросы для повторения материала по главе 8
1.Какие материалы называют полимерными. Назовите состав, методы получения, основные области применения.
2.Какие материалы называют пластическими массами. Назовите состав, методы получения, основные области применения.
3.Назовите самые известные виды материалов «пластмасс».
4.Перечислите и поясните основные методы изготовления деталей из пластмасс.
5.Поясните схему устройства и особенности изготовления деталей из пластических масс методом прессования.
264
6.Поясните схему устройства и особенности изготовления деталей из пластических масс методом вакуумпрессования.
7.Поясните схему устройства и особенности изготовления деталей из пластических масс методом литья под давлением.
8.Поясните схему устройства и особенности изготовления деталей из пластических масс методом экструзии.
9.Поясните схему устройств и методы получения листовых материалов из пластических масс. Разъясните схему работы механизмов «вальцы» и «каландр».
265
ГЛАВА 9. РЕЗИНОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Резиной называется продукт специальной обработки (вулканизации) смеси каучука и серы с различными добавками. Резины - пластмассы с редкосетчатой структурой, в которых связующим выступает полимер, находящийся в высокопластическом состоянии. В резинах связующим являются каучуки натуральные (НК) или синтетические (СК). Каучукам присуща высокая пластичность, обусловленная особенностями строения их молекул. Линейные и слаборазветвленные молекулы каучуков имеют зигзагообразную или спиралевидную конфигурацию и отличаются большой гибкостью. Чистый каучук характеризуется ползучестью при комнатной температуре и особенно при повышенной, хорошо растворяется в органических растворителях. Такой каучук не может использоваться в готовых изделиях. Для повышения упругих и других физико-механических свойств в каучуке формируют сетчатую молекулярную структуру. Это осуществляют вулканизацией – путем введения в
каучуки химических веществ – вулканизаторов, образующих поперечные химические связи между звеньями макромолекул каучука. В зависимости от числа возникших при вулканизации поперечных связей получают резины различной твердости – мягкие, средней твердости, твердые.
Резина способна к очень большим деформациям, которые почти полностью обратимы. При нормальной температуре резина находится в высокоэластическом состоянии, и ее эластические свойства сохраняются в широком диапазоне температур (от -50 до +150 °С). Резина хорошо растягивается и сжимается в линейном направлении, но очень плохо или почти совсем не поддается объемному сжатию, что также является важной особенностью резины как конструкционного материала. Резина способна выдерживать без разрушения миллионы циклов многократных деформаций растяжения, сжатия, сдвига.
9.1 Натуральный каучук
Решающая роль в формировании основных свойств резин принадлежит каучукам.
По химическому составу и строению натуральный каучук представляет собой углеводородный полимер - полиизопрен (С5H8 )n.
[ – CH2–C=CH–CH2– ] n , где n = 1000 – 4000
|
CH3
Натуральный каучук - мягкий эластичный материал. Хорошо растворяется в органических растворителях (бензине, бензоле, хлороформе и др.), образуя вязкие растворы, применяемые в качестве клеев. Натуральный каучук обычно
266
находится в аморфном состоянии. При длительном хранении возможна его кристаллизация. При t= –700 С НК утрачивает эластичность и становится хрупким. При нагреве выше 80-100°С НК становится пластичным, а при t выше 2000 С он разлагается. Резины на основе НК отличаются высокой прочностью, эластичностью, водо- и газонепроницаемостью, высокими электроизоляционными свойствами.
Натуральный каучук получают из млечного сока (латекса) каучконосных растений, представляющего собой водную дисперсию каучука, содержащую 40 % каучука и 60 % воды (рН=7,2). Он остается стабильным непродолжительное время. Затем начинается понижение рН до 6,9 – 6,6. После чего происходит коагуляция - выделение каучуковой фазы из латекса с помощью органических кислот (муравьиной или уксусной), которые образуются под действием ферментов, постоянно присутствующих в латексе. Затем рыхлый сгусток промывают водой, раскатывают в листы и сушат. (наибольшее распространение получили сорта НК янтарного цвета) Основным мировым промышленным каучуконосом является дерево гевея, выращиваемое на плантациях в тропических странах. Гевея – мощное растение, достигающее 45 м высоты и 0,8 – 1,5 м в диаметре. Плантации гевеи произрастают главным образом в странах Юго-Восточной Азии, на Малайском архипелаге, на острове Цейлон, в Индонезии, а также в Африке. Натуральный каучук имеют немногие страны, поэтому более широкое применение в производстве резин получили синтетические каучуки (СК), отличающиеся разнообразием свойств. СК получают из спирта, нефти, попутных газов нефтедобычи природного газа. По объему мирового потребления НК составляет 30 %, остальное - СК.
9.2 Состав резиновых смесей
Для придания резинам требуемых свойств каучуки смешивают с сыпучими или жидкими органическими и неорганическими веществами. Все эти вещества объединяют общим названием “ингредиенты” что в переводе с латинского означает “входящие в состав“. Резиновая смесь – многокомпонентная однородная система, включающая каучук и другие компоненты, предназначенная для получения резин (резиновых изделий) в результате вулканизации. Состав резиновой смеси с указанием содержания каждого компонента называется рецептом. Таким образом резина представляет собой сложную смесь ,состоящую из каучука и различных ингредиентов:
а) вулканизирующие вещества (сера, селен, оксиды цинка или магния, пероксиды и нитросоединения) непосредственно участвуют в образовании поперечных связей между макромолекулами. Их содержание в резинах составляет 5 – 7 %, а в твердых резинах, например, эбоните – до 30 %.
б) наполнители – высокодисперсные неорганические или органические вещества, которые добавляют в резиновую смесь или в латекс для улучшения технологических свойств и снижения стоимости. Характеризуются размером частиц и их распределением по размерам (полидисперсностью), площадью
267
поверхности частиц (связана с их размером), формой, пористостью и структурностью частиц, химическим составом их поверхности. По воздействию на физико-механические свойства резин различают активные (усиливающие) и неактивные (инертные) наполнители. Активные наполнители (технический углерод, сажа, диоксид кремния, силикаты металлов, органические и минеральные наполнители) увеличивают прочность и износостойкость, твердость резины. Инертные наполнители (тальк, мел) вводят в состав резин с целью их удешевления, улучшения технологических свойств резиновых смесей. Часто в состав резиновой смеси вводят регенерат - продукт переработки старых резиновых изделий и отходов резинового производства. Кроме снижения стоимости регенерат улучшает качество резины.
в) пластификаторы (смягчители) – ингредиенты резиновой смеси, изменяющие технологические свойства смесей и технические свойства резин вследствие повышения подвижности (гибкости) макромолекул каучука. В результате добавления пластификаторов снижается вязкость и возрастает пластичность, уменьшаются теплообразование и затраты энергии на изготовление и переработку резиновых смесей, повышается их сопротивление преждевременной вулканизации и снижается стоимость. Пластифицированные резины обычно имеют пониженную температуру стеклования, повышенные морозостойкость и эластичность, более низкие прочностные характеристики и твердость. Содержание пластификаторов в смесях обычно не превышает 30 (чаще 5 – 15) масс. частей. Требования к пластификаторам: совместимость с каучуком, низкие летучесть и вымываемость, отсутствие токсичности и нежелательных побочных эффектов, приемлимая стоимость. В качестве пластификаторов применяют продукты нефтепереработки (нефтяные масла, битумы нефтяные, хлорпарафины, нефтеполимерные смолы, мазуты); синтетические эфирные пластификаторы, жирные кислоты и их эфиры, продукты растительного происхождения (канифоль, сосновая смола), вазелин технический.
г) противостарители (антиоксиданты) замедляют процесс старения резины, который ведет к ухудшению ее эксплуатационных свойств. Существуют противостарители химического действия (альдоль, неозон) и физического (парафин, воск). Действие первых заключается в том, что они задерживают окисление каучука в результате окисления их самих или за счет разрушения образующихся перекисей каучука. Физические противостарители образуют поверхностные пленки, тем самым затрудняют диффузию кислорода (присоединение кислорода по месту двойных связей в каучуке).
д) красящие вещества (красители) применяются для придания цвета изделию или материалу. Необходимое условие окрашивания - равномерное диспергирование красящего вещества в резиновой смеси. Основные свойства красителей: цвет и белизна (для белых пигментов); плотность и насыпной объем; удельная поверхность, дисперсный состав, химическая стойкость, атмосферо- и светостойкость, термостойкость. Красители могут изменять вулканизационные характеристики резиновых смесей и сопротивление старению резины. Различают неорганические (минеральные) и органические
268
пигменты. Неорганические пигменты могут быть белыми и цветными, к ним относится также технический углерод. Органические пигменты обычно относятся к соединениям органического ряда, имеют высокую красящую способность и яркость.
Разработка резиновой смеси включает: определение основных и дополнительных свойств резины, ответственных за работоспособность изделия, и допустимых значений показателей этих свойств; выбор типа каучука, определение необходимых технологических свойств смеси и допустимых пределов значений показателей этих свойств применительно к процессу изготовления изделия; выбор ингредиентов, обеспечивающих заданные свойства резиновой смеси и резины.
9.3 Вулканизация резины
Натуральные, синтетические каучуки в чистом виде или в виде невулканизированных смесей не находят большого применения. Расход невулканизированного натурального каучука не превышает 3% от общего потребления, причем это количество почти полностью используется для изготовления клеев, изоляционной ленты и медицинского пластыря. Очень широко применяются вулканизированные резиновые смеси (резины).
Вулканизация - операция технологического процесса, в результате которой формируются физико-механические свойства резины. Вулканизация является многостадийным процессом.
В результате вулканизации, которая является заключительной стадией переработки резиновой смеси в изделие, материал мняет состояние, утрачивает пластичность и растворимость, приобретает высокую эластичность в широком интервале температур, прочностные и динамические свойства, твердость.
Вулканизацию проводят с использованием серосодержащих, смоляных, аминных и других вулканизующих систем. Применяется пероксидная и радиационная вулканизация. Наряду с вулканизацией в интервале температур от 140 до 160 С широко применяют высокотемпературную и низкотемпературную вулканизацию.
По технологическим признакам различают непрерывную и двухстадийную вулканизацию, вулканизацию в расплаве солей, в поле токов СВЧ (сверхвысоких частот), в котле, горячим воздухом.
Вулканизационные пресскотлы (автоклав-прессы) имеют конструктивные элементы котла (цилиндрический корпус с крышкой) и гидравлического пресса (гидроцилиндр с плунжером). Плунжер имеет площадку (стол), на которую укладывают прессформы с изделиями. Предварительное прессование, вулканизацию и опускание стола осуществляют так же, как в вулканизационных прессах. Теплоноситель подается в котел для наружного обогрева преесформ, а в случае вулканизации автопокрышек – и в варочную камеру (с помощью специального уплотнительного устройства) для создания необходимого формующего давления и поддержания заданной
269
температуры. Наибольшее распространение получили пресскотлы со съемной крышкой и неподвижным корпусом. Достоинства пресскотлов – несложная конструкция и большая производительность, недостатки – необходимость применения тяжелого физического труда, например, при выгрузке и закладке покрышек в аппарат, а также большой расход теплоносителей из-за низкого коэффициента использования. Вулканизационные пресскотлы применяют для вулканизации автопокрышек, камер, обрезиненных катков и других изделий. В производстве шин эти аппараты вытесняются индивидуальными вулканизаторами и форматорами-вулканизаторами.
Индивидуальные вулканизаторы (рисунок 9.1) – более совершенное оборудование по сравнению с пресс котлами. Они бывают одинарные (для вулканизации одного изделия) и сдвоенные (для одновременной вулканизации двух изделий). Индивидуальные вулканизаторы снабжают гидравлическими или рычажно-механическими приводами.
Специальная кинематика привода обеспечивает сложную траекторию движения верхней половины прессформы при ее открывании – вверх и назад (при этом вулканизованная покрышка отрывается от поверхности пресс-формы благодаря боковому смещению) и плавную траекторию (без бокового смещения) при закрывании. Вручную или с помощью загрузочных механизмов сырую покрышку с вложенной в нее варочной камерой помещают в нижнюю полуформу индивидуального вулканизатора, после чего в варочную камеру подают теплоноситель. Последующая работа аппарата осуществляется автоматически. Пресс-формы вулканизаторов обогревают через паровые рубашки с помощью обогревательных плит или
паровых камер.
Вулканизацию ездовых камер в индивидуальных вулканизаторах производят без варочных камер и при более низком внутреннем давлении. Индивидуальные вулканизаторы применяют для вулканизации автомобильных покрышек, автокамер, ободных лент и различных резино-технических изделий. Вулканизация автокамер может осуществляться на установке, состоящей из ряда установленных вертикально вулканизационных элементов (полуформ), соединенных в общую секцию.
Барабанные вулканизаторы. В этих аппаратах (рисунок 9.2)
вулканизуемое изделие проходят по поверхности нагреваемого паром барабана. Прижимается к нему замкнутой лентой. Лента может быть тканевой,
270
обрезиненной, обрезиненной со стальной сеткой или стальной. Шейки натяжного вала вращаются в подшипниках, корпуса которых с помощью гидравлических механизмов могут перемещаться в горизонтальном направлении.
Барабанные вулканизаторы применяют для вулканизации ремней, лент, прорезиненных тканей и др.
Тоннельные вулканизаторы
состоят из двух тоннелей, внутри которых проходит замкнутый цепной конвейер с закрепленными па нем формами с заготовками. Форму после выхода из тоннеля перезаряжают. Тоннельные вулканизаторы применяют для производства массовых изделий - мячей, игрушек и др.
Камерные вулканизаторы по конструкции напоминают камерные сушилки. Основная чисть такого вулканизатора камера из одной или
нескольких секций, внутри которых перемещаются вулканизируемые изделия массового производства: различные ткани, обувь и др.
Существуют также и многие другие конструкции вулканизаторов, приспособленных под производство конкретных изделий.
Производительность процесса вулканизации зависит от вулканизационных и пластоэластических свойств, которые не должны приводить к преждевременной вулканизации и реверсии вулканизации резин.
При вулканизации имеет место химическое взаимодействие каучука с вулканизирующим веществом (серой, пероксидными или гидропероксидными соединениями) по месту двойной связи:
Линейная молекулярная структура каучука преобразуется в пространственную сетчатую (см. схему ниже):
271
а |
б |
Рисунок 9.3 – Схема строения молекул сырой (а) и вулканизированной (б) резины
Между цепями каучука в присутствии серы возникают моносульфидные -С-S-C- , дисульфидные -C-S-S-C- , полисульфидные -С-S-S-,... -S-C- химические связи.
Реверсия вулканизации. Характеристика механических свойств резин.
Механические свойства в значительной степени зависят от количества введенной серы. При увеличении содержания связанной серы до 15% прочность резины возрастает; при дальнейшем увеличении содержания серы от 15 % до 25 % (что соответствует полуэластичным и жестким резинам) прочность снижается; далее, если количество связанной серы еще более возрастает, прочность вулканизатов вновь увеличивается и резина постепенно становится твердым эбонитом.
|
|
|
|
|
|
Механические |
и |
химические |
|||||
|
|
|
|
|
|
свойства вулканизатов зависят от |
|||||||
|
|
|
|
|
|
типа |
|
каучука |
|
и |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
продолжительности |
|||||
|
|
|
|
|
|
вулканизации. |
|
|
Свойства |
||||
|
|
|
|
|
|
эластомеров |
при |
вулканизации |
|||||
|
|
|
|
|
|
изменяются не монотонно, а по |
|||||||
|
|
|
|
|
|
кинетическим кривым, имеющим |
|||||||
|
|
|
|
|
|
максимум |
или |
|
минимум |
||||
|
|
|
|
|
|
(рисунок 9.4). Предел прочности |
|||||||
|
|
|
|
|
|
при растяжении (кривая 1) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
вулканизатов на основе НК по |
|||||||
Рисунок 9.4 – Изменение свойств |
мере |
вулканизации |
достигает |
||||||||||
максимума. |
После |
|
достижения |
||||||||||
натурального |
каучука |
в |
процессе |
|
|||||||||
вулканизации |
(при |
135 |
°С). 1 |
– предел |
максимума |
предел |
прочности |
||||||
может |
сравнительно |
медленно |
|||||||||||
прочности |
при |
растяжении, |
2 |
– |
|||||||||
снижаться или |
некоторое |
время |
|||||||||||
относительное удлинение, 3 – набухание, 4 – |
сохраняться |
на |
том |
же |
уровне. |
||||||||
эластичность, 5 – твердость |
|
|
|||||||||||
При большой продолжительности вулканизации предел прочности всех смесей из НК уменьшается.
272
Предел прочности при растяжении вулканизатов большинства синтетических каучуков после достижения максимума остается неизменным при довольно длительной вулканизации.
Относительное удлинение резин (кривая 2) из НК по мере вулканизации уменьшается, достигая некоторого минимального значения; при дальнейшей вулканизации относительное удлинение снова начинает возрастать. Относительное удлинение резин на основе бутадиенового и бутадиенстирольного каучуков при вулканизации непрерывно снижается.
Остаточное удлинение вулканизатов НК при увеличении продолжительности вулканизации постепенно уменьшается, достигая минимума; затем оно начинает медленно возрастать. Остаточное удлинение вулканизатов синтетического бутадиенового и бутадиенстирольного каучуков по мере вулканизации непрерывно снижается.
Твердость вулканизатов (кривая 5) в начале вулканизации быстро возрастает, достигая максимального значения, после чего остается почти постоянной.
Наименьшая продолжительность вулканизации, при которой достигаются оптимальные показатели механических свойств резин, называется оптимумом вулканизации. Время, в течение которого сохраняются оптимальные или близкие к ним показатели, носит название плато вулканизации. После перехода через оптимум вулканизации наблюдается более или менее быстрое обратное течение вулканизации, обозначаемое как “реверсия”, которая выражается в ухудшении физико-механических свойств, снижении плотности пространственной сетки. Она характерна для резин на основе НК и ИК (изопреновый синтетический каучук) при повышении температуры вулканизации выше 150 °С или увеличении продолжительности вулканизации. ”Реверсия” обусловлена разрушением образовавшихся поперечных связей, неэффективным расходованием серы и ускорителей в результате их присоединения к каучуку. При повышении температуры скорость распада поперечных связей возрастает быстрее, чем их образование, вызывая снижение густоты вулканизационной сетки.
Механические свойства резины определяют по результатам испытаний на твердость и на растяжение. При вдавливании тупой иглы по величине измеренной деформации оценивают твердость. При испытании на растяжение определяют прочность z (МПа), относительное удлинение в момент разрыва z
(%) и остаточное относительное удлинение z (%).
Величина |
|
– произведение упругости, характеризует |
|
прочность и эластичность.
В процессе эксплуатации под воздействием внешних факторов (свет, температура, озон, кислород, радиация) резины изменяют свои свойства - стареют. Старение резин оценивают коэффициентом старения Кстар., который определяют, выдерживая образцы в термостате при температуре -70оС в течение 144 часов, что соответствует естественному старению резины в течение
273
3 лет: Кстар=Z1/Z2 , где Z1 и Z2 – произведение упругости резины до и после старения. Морозостойкость резины определяется температурой хрупкости, при которой резина теряет эластичность и при ударной нагрузке разрушается хрупко.
9.4 Резины общего назначения, области применения
Важнейшими мономерами в производстве синтетического каучука являются бутадиен и изопрен. К группе резин общего назначения относят вулканизаты неполярных каучуков - НК, СКБ, СКС, СКИ:
а) СКБ - синтетический каучук бутадиеновый (дивинильный) получают полимеризацией газообразного углеводорода бутадиена
CH2=CH-CH=CH2 ( дивинила) в присутствии металлического натрия. Цепочка макромолекул СКБ имеет вид ... СН2 СН СН СН2 ... Это некристаллизующийся каучук, отличающийся пониженной прочностью при растяжении, растворимый в неорганических растворителях. Морозостойкость бутадиенового каучука невысокая и находится в пределах от -40 до -50 °С. СКБ каучук чаще идет на изготовление специальных резин.
б) СКС - бутадиенстирольный каучук получают совместной полимеризацией бутадиена (С4H6) со стиролом (СH2=CH6CH5). Свойства каучука зависят от содержания стирольных звеньев. Увеличение стирола повышает прочность, но понижает морозостойкость каучука. В зависимости от процентного содержания стирола каучук выпускают нескольких марок : СКС-
10, СКС - 30, СКС - 50.
Каучук СКС-30 (содержит 30 % стирола) наиболее универсальный и распространенный, идет на изготовление автомобильных шин, резиновых рукавов и других резиновых изделий. Каучук СКС-10 (содержит 10 % стирола) отличается повышенной морозостойкостью до –77 °С. Каучуки СКС отличаются малой стойкостью к действию органических растворителей (масел и топлива). По диэлектрическим свойствам резины на основе СКС каучуков близки к резинам на основе НК.
в) СКИ - синтетический каучук изопреновый получают полимеризацией изопрена (C5H8) в присутствии щелочных металлов (литий) или комплексных катализаторов. Этот каучук по строению, химическим и физико-механическим свойствам близок к натуральному каучуку. Промышленностью выпускаются каучуки СКИ-3 – для изготовления шин, амортизаторов; СКИ-3Д – для производства электроизоляционных резин; СКИ-3В – для вакуумной техники.
Резины общего назначения могут работать в среде воды, воздуха, слабых растворов кислот и щелочей. Интервал рабочих температур составляет от –30
до 130°С.
274
9.5 Резины специального назначения
Специальные резины подразделяют на несколько видов: маслобензостойкие, теплостойкие, светоозоностойкие, износостойкие, электротехнические, стойкие к гидравлическим жидкостям.
Маслобензостойкие резины - получают на основе каучуков хлоропренового (наирит), СКН (бутадиеннитрильный каучук) и тиокола.
1. Хлоропреновый каучук (наирит) представляет собой продукт эмульсионной полимеризации хлоропрена:
-CH2-CH-CH=CH2 .
|
Cl
Хлоропреновые каучуки имеют линейное строение макромолекул. Присутствие в макромолекуле каучука хлора (37%) придает ему полярность. Вследствие полярности наирит обнаруживает невысокие диэлектрические свойства, стойкость к действию масел и бензина, а также озона и других окислителей, огнестойкость. Хлоропреновые каучуки обладают высокими прочностными свойствами. Их применяют при изготовлении резин для шлангов, прокладок, защитных оболочек кабельных изделий.
2.Бутадиеннитрильный каучук (СКН) получают совместной полимеризацией бутадиена и нитрила акрильной кислоты. В зависимости от содержания нитрила акриловой кислоты бутадиеннитрильные каучуки разделяют на марки СКН-18, СКН-26, СКН-40. Из-за наличия сильнополярной группы ( -CN ) бутадиеннитрильные каучуки имеют дипольную природу и низкие электроизоляционные свойства. Они стойки в бензине и нефтяных маслах и по этим показателям превосходят наирит. По теплостойкости СКН превосходят НК. На основе СКН производят резины для топливных и масляных шлангов, прокладок и уплотнителей мягких топливных баков.
3.Полисульфидный каучук (тиокол) - продукт поликонденсации галогенопроизводных углеводородов с полисульфидами щелочных металлов и
имеет формулу: ...- СН2- СН2-S2- S2-...
Содержание серы в каучуке в зависимости от строения полимера достигает 40-85 %. Каучук полярен. Тиокол устойчив к действию различных топлив и масел, озона, кислорода и солнечного света. Сера придает тиоколу высокую влаго- и газонепроницаемость. Механические свойства резин на основе тиокола невысокие. Резины сохраняют эластичность при t от -400С до -600 C , теплостойкость не выше 700С. На основе тиокола изготавливают жидкие герметики, применяемые для герметизации топливных отсеков самолетов, сборных металлических конструкций в промышленном и гражданском строительстве.
Теплостойкие резины получают на основе каучука СКТ.
275
СКТ - синтетический каучук теплостойкий представляет собой кремнийорганическое (полисилоксановое) соединение с химической формулой
...-Si(CH3)2-O- Si(CH3)2-.... Макромолекула такого каучука имеет линейное строение и содержит в основной цепи чередующиеся атомы кремния и кислорода. Значительная прочность силоксановой связи ( Si - О) придает этим каучукам повышенную термостойкость. Радикалами могут быть соединения CH3 и C6H5. Силоксановый каучук, содержащий только метильную группу CH3 , имеет рабочую температуру от -60 °С до + 250 °С. Замена радикала CH3 на C6H5 повышает его эластичность и морозостойкость до – 80 °С.
Каучуки стойки к действию озона и кислорода, растворяются в ароматических углеводородах и набухают в бензине и маслах, отличаются низкой прочностью. На основе силоксановых каучуков производят резины, предназначенные для изоляции электрических кабелей и для герметизирующих и уплотняющих прокладок.
Светоозоностойкие резины вырабатывают на основе насыщенных каучуков – фторсодержащих (СКФ), этиленпропиленовых (СКЭП), бутилкаучука.
1.Фторсодержащие каучуки (СКФ) получают совместной полимеризацией ненасыщенных фторированных углеводородов (CF2=CFCl, СH2=CF2 и др.). Фторсодержащий каучук - полностью насыщенный полимер. Промышленность выпускает фторкаучуки марок СКФ-32 и СКФ-26, химические формулы которых имеют вид:
-CF2-CFCl- CH2 -CF2 - n СКФ-32-СH2-CF2-CF2-CF- n СКФ-26
|
СF3
Каучуки отличаются повышенной стойкостью к тепловому старению, атмосферному воздействию, сильным окислителям, маслам, растворителям, высоким температурам (до 3000 С). Они не горят и устойчивы к действиям микроорганизмов. Вместе с тем эти каучуки обнаруживают низкую морозостойкость (-250 С), низкую эластичность и малую стойкость в большинстве тормозных жидкостей.
2.СКЭП - сополимер этилена с пропиленом - представляет собой белую каучукообразную массу, которая обладает высокой прочностью и эластичностью, очень устойчива к тепловому старению, имеет хорошие диэлектрические свойства. Кроме СКЭП выпускают тройные сополимеры СКЭПТ.
Резины на основе фторкаучуков и этиленпропилена стойки к действию сильных окислителей (HNO3, H2O2 и др.), применяются для уплотнительных изделий, диафрагм, гибких шлангов и т.д., не разрушаются при работе в атмосферных условиях в течение нескольких лет.
3.Бутилкаучук (БК) получают совместной полимеризацией изобутилена с небольшим количеством изопрена (2 – 3 %). В бутилкаучуке мало
276
