ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ

3.Классификация стандартов на каучуки, применяемых в резиновой

Резина как многокомпонентная система Резина представляет собой многокомпонентную систему, состоящую из полимерной основы

(каучука) и различных химических ингредиентов, выполняющих конкретные функции. Основной компонент резиновой смеси — это каучук, который образует полимерную матрицу, обеспечивающую эластичность и прочность изделия. Остальные ингредиенты вводятся для того, чтобы целенаправленно регулировать технологические и эксплуатационные свойства резиновых изделий.

Основные компоненты резиновой смеси:

Полимерная основа (каучук):

Является главной составляющей резиновой смеси и отвечает за основную функциональность материала (эластичность, прочность, устойчивость к воздействию окружающей среды).

Может быть натуральным (получаемым из растений) или синтетическим (продуктом нефтеперерабатывающей промышленности).

Вулканизующие агенты:

Обеспечивают формирование сетчатой структуры каучука, превращая вязкую и пластичную смесь в твёрдый, прочный и эластичный материал.

Наиболее распространённый вулканизующий агент — элементарная сера, но также могут использоваться органические пероксиды, фенолформальдегидные смолы и другие вещества.

Ускорители и активаторы вулканизации:

Ускоряют процесс вулканизации и улучшают качество полученного вулканизата.

ускорители (например, сульфенамиды, тиурамы) и активаторы (оксид цинка, стеариновая кислота).

Наполнители:

Улучшают механические свойства резин, увеличивают прочность, износостойкость и другие характеристики.

технический углерод, мел, каолин, диоксид кремния.

Пластификаторы (мягчители):

Снижают вязкость резиновой смеси, облегчают её переработку и делают готовое изделие более мягким и эластичным.

минеральные масла, сложные эфиры, парафины и другие вещества.

Противостарители:

Защищают резину от негативного воздействия внешней среды (ультрафиолет, озон, влажность, механические нагрузки).

антиоксиданты, антиозонанты, светостабилизаторы и другие препараты.

Модификаторы:

Служат для улучшения технологических свойств резиновых смесей (например, адгезии, текучести, обрабатываемости).

диспергаторы, модификаторы адгезии, антигравитационные присадки и другие компоненты. Значение резиновой промышленности Резиновая промышленность играет важную роль в современной технике и экономике, поскольку

резина используется практически во всех сферах жизнедеятельности человека:

Транспорт: автомобильная промышленность (шины, ремни, прокладки), железнодорожный транспорт, авиастроение.

Строительство: гидроизоляция, утепление, звукоизоляция.

Медицина: перчатки, трубки, имплантаты.

Энергетика: кабели, изоляторы, трансформаторы.

Промышленность: подшипники, сальники, рукава, конвейерные ленты.

Быт: обувь, спортивные товары, мебель, детские игрушки.

2. Ингредиенты резиновых смесей

Ингредиенты необходимы для улучшения технологических и эксплуатационных характеристик резиновых изделий, а также для обеспечения возможности переработки резиновых смесей в конечный продукт.

1. Вулканизующие агенты

Инициируют реакции сшивания (вулканизации) полимерных цепей каучука, превращая вязкую смесь

втвёрдую, прочную и эластичную резину.

Элементарная сера: наиболее распространённое вещество, создающее серные поперечные связи.

Органические пероксиды: создают углерод-углеродные связи, придающие дополнительную термостойкость.

Фенолформальдегидные смолы: используются для специализированных резин, например, бутилкаучука.

2. Ускорители вулканизации

Эти вещества ускоряют процесс вулканизации, сокращая время выдержки и улучшая качество вулканизата.

Сульфенамиды: современные ускорители, обеспечивающие высокие скорости вулканизации и длительный индукционный период.

Тиурамы: класс ускорителей, известный своим сильным эффектом ускорения вулканизации.

Меркаптаны: часто комбинируются с другими ускорителями для повышения эффективности.

3.Активаторы вулканизации

Необходимы для активации процесса вулканизации и улучшения качества вулканизатов.

Оксид цинка: традиционный активатор, улучшающий прочность и сопротивление раздиру.

Стеариновая кислота: усиливает эффект оксида цинка, улучшает распределение активных центров.

4.Наполнители

Они нужны для улучшения механических свойств резиновых изделий, таких как прочность, износостойкость и твёрдость.

Технический углерод: наиболее распространённый активный наполнитель, существенно улучшающий свойства резин.

Диоксид кремния (белая сажа): альтернативный активный наполнитель, часто используемый для экологически чистых и прозрачных резин.

Мел, каолин, тальк: менее активные наполнители, служащие для экономии затрат и улучшения технологических свойств резиновых смесей.

5.Пластификаторы (мягчители)

Предназначены для уменьшения вязкости резиновых смесей, улучшения обрабатываемости и придания дополнительной эластичности готовым изделиям.

Минеральные масла: широко используются в резиновых смесях на основе природных и синтетических каучуков.

Комплексные эфиры: повышают морозостойкость и эластичность резин.

Парафины: могут выступать в роли лёгкого пластификатора и мягчителя.

6. Противостарители

Служат для защиты резиновых изделий от старения под воздействием тепла, света, озона и механических нагрузок.

Антиоксиданты: предупреждают разрушительное действие кислорода и озона.

Антиозонанты: защищают резину от повреждения озоном.

Светостабилизаторы: защищают изделия от фотодеструкции.

7.Цветовые и специальные добавки

Используются для придания цвета. Красители и пигменты: для окраски резин.

Противогрибковые и антибактериальные добавки: используются в медицинских и пищевых изделиях.

Антистатики: предотвращают накопление статического заряда.

3.Классификация стандартов на каучуки, применяемых в резиновой промышленности

1. Международные стандарты

ISO (International Organization for Standardization) — международная организация по стандартизации, разрабатывающая общие правила и нормы для различных отраслей, включая каучуки.

ASTM International (American Society for Testing and Materials) — американская ассоциация,

занимающаяся разработкой стандартов на материалы, включая каучуки и резиновые изделия.

DIN (Deutsches Institut für Normung) — немецкий институт стандартизации, чьи стандарты признаны во всём мире.

2.Национальные стандарты

ГОСТ (Государственный стандарт) — российские государственные стандарты, действующие на территории России и других постсоветских республик.

EN (European Standards) — европейские стандарты, разработанные Европейским комитетом по стандартизации (CEN).

JIS (Japanese Industrial Standards) — японские промышленные стандарты, принятые на национальном уровне Японии.

3.Производственные стандарты компаний

4.Категории стандартов на каучуки

Техническая документация на каучуки: требования к качеству сырья, способы идентификации и маркировки каучуков.

Методы испытаний: методики измерения физико-механических свойств, устойчивости к старению, химических и эксплуатационных характеристик.

Нормы и рекомендации по производству: соблюдение определённых условий переработки и хранения каучуков и резиновых изделий.

4.Понятие о базовом рецепте резиновой смеси.

1.Выделение ключевых характеристик изделия

Перед созданием рецепта необходимо точно сформулировать требования к конечному продукту, учитывая факторы:

Рабочие условия (температура, нагрузка, среда эксплуатации).

Функциональные характеристики (прочность, эластичность, стойкость к износу).

Эстетические требования (цвет, текстура, прозрачность).

2.Выбор типа каучука

Каучук является основой резиновой смеси и определяет ключевые свойства будущего изделия.

Натуральный каучук: характеризуется высокой эластичностью и прочностью

Синтетические каучуки: синтетический изопреновый (СКИ-3), бутадиеновый (СКД), бутадиен-стирольный (СКС), бутилкаучук

3.Подбор ингредиентов

Вулканизующие агенты: сера, пероксиды, фенолформальдегидные смолы.

Ускорители и активаторы вулканизации: сульфенамиды, тиурамы, оксид цинка.

Наполнители: технический углерод, диоксид кремния, мел, каолин.

Пластификаторы: минеральные масла, сложные эфиры, парафины.

Противостарители: антиоксиданты, антиозонанты, светостабилизаторы.

Количество каждого ингредиента рассчитывается исходя из необходимого эффекта и экономичности рецептуры.

4.Проверка и коррекция рецепта

Лабораторные испытания: проверяется соответствие заявленных характеристик резиновой смеси.

Тестирование на производстве: проводятся производственные испытания с целью подтверждения готовности рецептуры к промышленному внедрению.

Проверка качества резиновых изделий в реальных условиях эксплуатации.

5.Документирование рецепта

Окончательная версия рецепта фиксируется документально, оформляется как нормативнотехнический акт, утверждаемый руководством предприятия. Документ обязательно содержит следующую информацию:

Название и назначение изделия.

Полный список ингредиентов с указанием количества.

Методы подготовки компонентов и условия смешивания.

Контрольные тесты и нормативы качества.

5. Способы представления рецептов резиновых смесей.

Рецепт резиновой смеси — это совокупность ингредиентов и их количественного соотношения, необходимое для получения резиновых изделий с заданными свойствами.

1. Расчёт в массовых долях (частях на 100 частей каучука)

Внём указывается количество каждого ингредиента на каждые 100 граммов каучука.

Каучук (СКИ-3) — 100 частей

Сера — 2,5 части

Технический углерод — 50 частей

Пластификатор — 10 частей

Такой расчёт удобен при изменении состава смеси, поскольку изменение одного ингредиента не требует пересчета остальных компонентов.

2. Расчёт в массовых процентах

Здесь общее количество всех компонентов принимается за 100%, и каждому ингредиенту присваивается соответствующий процент.

Каучук (СКИ-3) — 60%

Сера — 1,5%

Технический углерод — 30%

Пластификатор — 8,5%

Преимущество такого представления — удобство сравнения долей компонентов в общей массе смеси, недостаток — неудобство внесения изменений в рецептуру.

3. Расчёт в объемных единицах

Рецептуры могут выражаться в объемных долях, когда важен учет объёма ингредиентов. Однако такой способ встречается редко, тк большинство ингредиентов резиновых смесей сложно перевести в точные объёмы.

4. Рабочая рецептура

Задаётся количество ингредиентов на одну загрузку оборудования. В рабочем рецепте указывают точное количество каждого ингредиента в граммах или килограммах на каждую партию смеси.

Каучук (СКИ-3) — 100 кг

Сера — 2,5 кг

Технический углерод — 50 кг

Пластификатор — 10 кг

5.Некоторые рецепты могут включать дополнительные инструкции и пояснения, такие как последовательность ввода ингредиентов, условия перемешивания, температура обработки и другие технологические моменты.

5. Технологические и физико-механические испытания резин

Цель испытаний — оценить их качество, соответствие заявленным требованиям и пригодность для эксплуатации в конкретных условиях.

1. Физико-механические испытанияОпределение прочности при растяжении: испытание проводится для оценки

максимальной нагрузки, которую выдерживает образец резины до разрыва. Предел прочности на разрыв (МПа) = сила (Н) / площадь поперечного сечения (мм²)

Оценка удлинения при разрыве:

разрывом.

e = Dl / l0 × 100, где:

Dl — изменение расчётной длины образца в момент разрыва, мм; l0 — расчётная длина, мм.

Изучение модуля упругости: измеряется нагрузка, необходимая для достижения определённого уровня деформации. Модуль упругости характеризует жёсткость материала.

Анализ коэффициента Пуассона: позволяет выяснить, насколько сильно ширина образца меняется при его растяжении.

Испытание на усталость: образцы подвергаются многократным циклическим нагрузкам для определения стойкости к постепенному разрушению под воздействием повторяющихся усилий.

2.Эксплуатационные испытания

Тестирование на износостойкость: для оценки стойкости резиновых изделий к истиранию и другим видам физического износа.

Исследования морозостойкости: способность резиновых изделий сохранять свойства при

низких температурах.

Определяют термостойкость: долго резина способна функционировать при повышенных температурах без потери своих свойств.

Изучают химическую стойкость: устойчивость резиновых изделий к воздействию агрессивных сред (топлива, масел, кислот, щелочей).

Проведение тестов на огнестойкость: резина устойчива к огню и сгоранию.

3.Технологические испытания

Определения текучести резиновой смеси: способность смеси проходить через отверстия и формироваться в нужную форму

Контроль вязкости: насколько пластична смесь при переработке.

Проверка однородности распределения ингредиентов: насколько равномерно

ингредиенты распределены в смеси

Мониторинг поведения смеси при смешивании и вулканизации: контролируют

изменения свойств резиновой смеси на каждой стадии технологического цикла.

6. Деформационные свойства каучуков и резин

7. Прочность резин - способность материала выдерживать внешние нагрузки без разрушения или чрезмерной деформации.

8. Морозостойкие свойства резин — это способность сохранять эластичность, прочность и эксплуатационные свойства при низких температурах.

Потеря эластичности начинается при достижении температуры стеклования, когда резина переходит из высокоэластичного состояния в стеклообразное и становится хрупкой.

натуральные и синтетические каучуки (например, изопреновый, бутадиеновый) имеют низкую температуру стеклования и, соответственно, высокую морозостойкость.

Наличие двойной связи: ненасыщенные каучуки (с наличием двойных связей) обладают лучшей морозостойкостью, чем насыщенные.

Наполнители: введение технического углерода улучшает морозостойкость, поскольку он действует как внутренний обогрев, препятствуя быстрому замерзанию резины.

Пластификаторы: использование подходящих пластификаторов (например, сложных эфиров) снижает температуру стеклования и повышает морозостойкость.

Противостарители: некоторые антиоксиданты и светостабилизаторы укрепляют морозостойкость резин.

Частое перемещение между теплом и холодом негативно влияет на морозостойкость, так как приводит к повреждению внутренней структуры материала.

Длительное пребывание при минусовых температурах постепенно ухудшает свойства резины.

9. Износостойкость резин — это способность резиновых изделий сохранять свои механические и эксплуатационные свойства под воздействием внешних факторов, таких как трение, механические нагрузки, абразивные материалы и агрессивные среды.

Полибутадиеновый и бутадиен-стирольный каучуки обладают высокой износостойкостью.

Добавление технического углерода повышает износостойкость резиновых изделий.

Пластификаторы снижают прочность резин.

Количество и характер поперечных связей в резиновой матрице влияют на износостойкость. Вулканизованная резина с умеренной степенью сшивания обычно обладает лучшим балансом между эластичностью и износостойкостью.

Размер и форма частиц наполнителя влияют на стойкость к износу.

Величина и частота механических нагрузок влияют на износ изделий.

Песок, грязь, металлические частицы (абразивы) ускоряют износ.

Экстремальные температуры (высокие или низкие) приводят к изменениям в структуре резины, что отражается на её износостойкости.

10. Термостойкость резин — это способность резиновых изделий сохранять свои эксплуатационные и механические свойства при воздействии высоких температур.

Насыщенные каучуки (бутилкаучук, этилен-пропиленовый каучук) обладают высокой термостойкостью, так как в их молекуле отсутствуют двойные связи, подверженные разрушению при нагреве.

Ненасыщенные каучуки (натуральный каучук, бутадиеновый каучук) теряют свои свойства быстрее при высоких температурах из-за наличия двойных связей, которые могут подвергнуться разрушению.

Силиконовые и фторкаучуки, специально разработаны для работы при высоких температурах и демонстрируют высокую термостойкость.

Степень сшивания резин влияет на термостойкость. Недостаточная вулканизация ведет к потере прочности при нагреве, а чрезмерная вулканизация снижает эластичность и долговечность. Введение активного технического углерода или диоксида кремния улучшает термостойкость, а мел, каолин могут её снижать.

Тип вулканизующего агента (пероксиды, серные системы) также влияет на термостойкость. Пероксидная вулканизация обычно обеспечивает лучшие показатели термостойкости. Антиоксиданты и другие стабилизаторы защищают резину от термического старения, сохраняя её свойства при высоких температурах.

Продолжительное воздействие высоких температур приводит к постепенному разрушению резиновых изделий.

11.Химическая стойкость резин — это способность резиновых изделий сохранять свои эксплуатационные и механические свойства при взаимодействии с агрессивными химическими средами (топливо, масла, кислоты, щелочи, растворители и другие химические вещества). Ненасыщенные каучуки (натуральный каучук, бутадиеновый каучук) менее устойчивы к химическим воздействиям из-за наличия двойных связей Силиконы обладает высокой химической стойкостью, особенно к воздействию спиртов, кислот и щелочей.

Фторкаучуки обладают самой высокой химической стойкостью, выдерживая нефть, топливо, кислоты, растворители серные вулканизаты менее устойчивы к химическим воздействиям, так как сера сама по себе

является уязвимой при контакте с химикатами.

Пероксидная вулканизация придает резиновым изделиям повышенную химическую стойкость за счёт образования углерод-углеродных связей, наполнители (технический углерод, диоксид кремния) улучшают химическую стойкость, но мел, каолин снижают устойчивость к химическим воздействиям.

пластификаторы (например, сложные эфиры) могут вымываться из резиновых изделий при контакте с химическими средами 12.Огнестойкость резин — способность резиновых изделий противостоять воздействию

огня и открытого пламени, а также способность самостоятельно прекращать горение после удаления источника зажигания.

Натуральный каучук, бутадиеновый каучук легко воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня.

Фторкаучуки и силиконовые каучуки обладают высокой огнестойкостью.

Антипирены - специальные добавки, которые вводят в резиновые смеси для повышения огнестойкости.

Хлорсодержащие антипирены Фосфорсодержащие антипирены

Лучше всего подходят пероксидные системы вулканизации, так как они формируют более термостойкие и огнестойкие структуры.

введение наполнителей (например, технический углерод, белый пигмент). пластификаторы могут усилить воспламеняемость резин

13. Радиационная стойкость резин — это способность резиновых изделий сохранять свойства при воздействии ионизирующего излучения (радиация).

натуральный каучук, бутадиеновый каучук и бутадиен-стирольный каучук, подвержены негативному воздействию радиации из-за наличия двойных связей, которые легко расщепляются под воздействием излучения.

силиконовые каучуки, обладают значительно большей радиационной стойкостью, так как в их молекулах отсутствуют двойные связи Использование серной вулканизации обладают невысокой радиационной стойкостью, так как

серные поперечные связи разрушаются под воздействием радиации.

вулканизированная пероксидами, обладает более высокой радиационной стойкостью, так как формируются углерод-углеродные связи, устойчивые к воздействию радиации. Антирадиаторы: специальные добавки, которые защищают резиновые изделия от радиационного поражения. Например, добавки на основе фосфора и бора могут повышать радиационную стойкость резин.

технический углерод и кремнезем могут защитить её от радиации.

14. Электрические свойства резин определяют их способность проводить электрический заряд или сопротивляться прохождению электрического тока. Ненасыщенные каучуки обладают хорошей диэлектрической прочностью и низкими показателями электрической проводимости.

Силиконы можно использовать в качестве изоляционных материалов. Фторкаучуки имеют очень высокую диэлектрическую прочность

Недостаточно вулканизированные резины могут терять диэлектрическую прочность, а излишне вулканизированные могут становиться хрупкими

Наполнители и добавки Технический углерод при введении в большом количестве значительно повышает электрическую проводимость резин

Диоксид кремния может улучшить диэлектрические свойства резин. высокие температуры могут ухудшить электрические свойства резин

повышенная влажность воздуха может привести к снижению диэлектрических свойств, особенно в резиновых изделиях с недостаточно высокой вулканизацией.

15.Теплофизические свойства резин характеризуют их способность передавать и удерживать тепло, а также реагировать на температурные изменения Показывает, насколько быстро резина проводит тепло. Обычно резина обладает низкой теплопроводностью, что делает её хорошим теплоизолятором.

Натуральный каучук обладает низкой теплопроводностью (~0,1 Вт/(м·K)).

Силиконовые каучуки имеют чуть более высокую теплопроводность (~0,2 Вт/(м·K)) и часто используются в изоляции проводов и кабелей.

Температура стеклования - резина переходит из высокоэластичного состояния в стеклообразное. Для нормальной работы резиновых изделий важно, чтобы температура эксплуатации была выше температуры стеклования:

Полибутадиеновый каучук: имеет низкую температуру стеклования (-100°C), что обеспечивает хорошую морозостойкость.

Фторкаучуки: обладают высокой температурой стеклования (+100°C), что позволяет использовать их в условиях высоких температур.