ВВЕДЕНИЕ

Наряду с металлом, нефтью, газом и пластмассами каучук превращается в один из важнейших народнохозяйственных и стратегических видов промышленной продукции. Трудно назвать отрасль народного хозяйства, где бы не применялись изделия из каучука и резины. Около 2/3 производимого каучука идет на изготовление шин. Крупнейшими потребителями шин являются авиация, автомобильный транспорт, сельскохозяйственное и дорожное машиностроение.

Технический прогресс в различных отраслях народного хозяйства сопровождается непрерывным ростом потребления резинотехнических изделий. Транспортерные ленты, приводные ремни, муфты сцепления, резиновые валы, баки, трубопроводы, шланги, уплотнители — вот далеко не полный перечень резинотехнических изделий, без которых немыслима современная техника. Резиновые изделия широко применяются в электротехнической и кабельной промышленности; большое значение имеет каучук для изготовления дорожных и гидроизоляционных покрытий, герметиков, заливочных составов, паст, для из­готовления обивки мебели, матрацев, сидений, в производстве клеев, красок и т. д.

В зависимости от происхождения каучук делится на натуральный и синтетический.

Первоначально каучуковые и резиновые изделия производились только из натурального каучука (млечного сока гевеи бразильской). Само название «каучук» происходит от индейских слов «као-учу» — «слезы дерева». На­туральный каучук был привезен европейцами из Латинской Америки. Уже в 1910 г. добыча натурального каучука составляла 97 тыс. т, в 1930 г. - - 839 тыс. т, В 1965 г. — 2362 тыс. т. Перебои в снабжении натуральным каучуком, высокие цены на мировом рынке, с одной стороны, и все возрастающий спрос на изделия из каучука и резины — с другой, диктовали необходимость создания синтетического каучука.

Большое значение для создания синтетического каучука имели работы крупнейших русских ученых А. М. Бутлерова и И.Л. Кондакова, А.Е. Фаворского и Н.Д. Зелинского, но решающую роль сыграли исследования С. В. Лебедева, по методу которого 15 февраля 1931 г. был произведен первый в мире промышленный синтетический каучук.

Современный ассортимент отечественной продукции насчитывает свыше 30 видов синтетического каучука, главными потребителями которого кроме шинной являются промышленности: резинотехнических изделий, искусственной кожи, строительных материалов, асботехнических изделий, а также кожевенно-обувная, кабельная и бумажная.

Модернизация и повышение эффективности производства, внедрение прогрессивной технологии, комплексная механизация и автоматизация, поиски дешевых источников сырья, повышение качества изделий — вот основа увеличения выпуска резины и резиновых изделий, в которых главным компонентом является каучук.

1 Характеристика резинотехнической промышленности

Технология резинового производства включает переработку каучука и изготовление резиновых изделий. Резина — продукт вулканизации каучука, поэтому история развития производства резиновых изделий начинается со времени открытия способа вулканизации каучука, т. е. с 1839 г.; особенно быстро оно начало развиваться с конца XIX столетия одновременно с развитием машиностроения и в первую очередь автомобилестроения.

Каучук стал известен человечеству значительно позднее, чем медь, бронза, железо. Первое знакомство европейцев с каучуком относится к концу XV столетия. Достаточно подробные сведения о получении, свойствах и применении каучука появились только в конце первой половины XVIII века после экспедиции французской Академии наук в Южную Америку. Участники экспедиции установили, что каучук получается из млечного сока тропического дерева, названного бразильской гевеей. Каучук в виде млечного сока использовался местным населением для пропитки тканей, изготовления водонепроницаемой обуви и сосудов для хранения жидкостей.

Применение такого каучука в европейских странах оказалось невозможным, так как еще не были известны методы предотвращения самопроизвольного свертывания млечного сока и выделения из него каучука.

В XVIII столетии были найдены растворители каучуков, после чего начали применять растворы каучука для пропитки тканей и изготовления из него других изделий.

В 1826 г. был открыт способ пластикации натурального каучука. В результате механической обработки на валковых машинах каучук приобретает пластичность и способность формоваться. Позднее стали смешивать каучук, предварительно приведенный в пластичное состояние, с различными порошкообразными веществами для уменьшения поверхностной липкости и экономии каучука при изготовлении из него изделий (прокладок, трубок, водонепроницаемой обуви, плащей).

Изделия из каучука, которые выпускались в то время, были мало пригодны для применения вследствие их липкости.

В 1839 г. был открыт способ вулканизации каучука путем нагревания его смеси с серой. В результате вулканизации коренным образом изменяются свойства каучука: повышается его прочность и эластичность, он становится более стойким к действию различных растворителей, повышается стойкость к нагреванию и изменению температуры, каучук теряет липкость.

В 1932 г. вступил в строй действующих предприятий Ярославский резино-асбестовый комбинат, в состав которого входили крупнейший в Европе шинный завод, завод резиновых технических изделий, регенератный завод, асбестовый завод и ряд других вспомогательных производств. Резиновая промышленность постепенно превращалась в передовую отрасль промышленности. На заводах резиновой обуви была введена конвейерная сборка галош и механизированы различные мелкие трудоемкие операции; на шинных заводах стал применяться полуплоский метод сборки покрышек, что

4

привело к значительному повышению производительности труда и улучшению условий труда сборщиков. Было механизировано производство приводных ремней, транспортерных лент, резиновых рукавов и т. п.

Изменился и ассортимент выпускаемых резиновых изделий. Резиновая промышленность становится составной частью тяжелой промышленности, так как основная масса изделий из резины стала поставляться предприятиям машиностроения для комплектования автомобилей, станков, оборудования, тогда как раньше главную массу продукции резиновой промышленности составляла резиновая обувь.

В 1932 г. было организовано промышленное производство синтетического каучука и начался период освоения его резиновой промышленностью. Эта задача была успешно решена, и натуральный каучук постепенно заменялся синтетическим натрий-бутадиеновым.

Объем выработки синтетических каучуков отечественной про­мышленностью с 1932 года непрерывно возрастал, наряду с этим расширялся их ассортимент.

Резиновой промышленностью были освоены новые синтетические каучуки: в 1949 г. бутадиен-стирольный, в 1955 г. — маслонаполненный бутадиен-стирольный, что дало стране большой экономический эффект вследствие снижения расхода основного сырья (мономеров), в 1959 г. «холодный» маслонаполненный регулированный бутадиен-стирольный каучук, не требующий термопластикации. В последующие годы (1965—1966 гг.) были освоены отечественные синтетические стереорегулярные каучуки. В том числе изопреновый каучук, приближающийся по своим свойствам к натуральному каучуку, и стереорегулярный бутадиеновый каучук, обладающий повышенной эластичностью, высокими износостойкостью и морозостойкостью [5, с.49].

В связи с ростом отечественного машиностроения к резиновым изделиям предъявляются все возрастающие требования. Возникла необходимость в организации производства синтетических каучуков, обладающих морозостойкостью, масло- и теплостойкостью, стойкостью к агрессивным средам. Эта задача была успешно разрешена. Было организовано производство маслостойких хлоропренового и бутадиен-нитрил ьного каучуков, бутилкаучука, обладающего высокой газонепроницаемостью и другими ценными качествами, теплостойкого силоксанового каучука, акриловых каучуков, стойких к действию горячих масел, озона и солнечного света, износостойких и прочных уретановых каучуков, хлорсульфированного полиэтилена (ХСПЭ), обладающего повышенной стойкостью к действию нефтепродуктов и окислению, - и других каучуков [5, с.50].

Большие успехи по совершенствованию технологии и оборудования, автоматизации и механизации производства, разработке новых материалов были достигнуты в резиновой промышленности в последние 30 лет. В эти годы создаются поточные технологические линии, устанавливается более совершенное и производительное оборудование: современные быстроходные резиносмесители и каландры, мощные червячные машины, форматоры-вулканизаторы для автопокрышек, вулканизаторы непрерывного действия в

^

производстве резиновых технических изделий. Были освоены новые виды изделий и новые технологические процессы: скоростное автоматизированное смешение, шины радиальной конструкции, резинотросовые конвейерные ленты, новые конструкции и способы производства резиновых рукавов и др.

Увеличение доли стереорегулярного синтетического изопренового каучука в общем потреблении каучуков, расширение ассортимента каучуков специального назначения, технического углерода (саж), ускорителей и других материалов, совершенствование технологии и конструкции изделий открывают широкие возможности повышения ходимости шин, а также надежности и долговечности резиновых технических изделий.

Каучук и получаемая из него резина являются важнейшими продуктами химической промышленности; находят применение почти во всех отраслях народного хозяйства и имеют большое значение для повышения обороноспособности страны.

Каучуками принято называть полимерные материалы, отличающиеся от остальных полимеров высокой эластичностью, т.е. способностью давать значительные деформации при сравнительно небольших нагрузках. Эластичность каучука объясняется тем, что образующие каучук макромолекулы имеют линейную структуру и находятся в обычных условиях в изогнутом зигзагообразном состоянии или свернуты в спираль. При растяжении концы молекулы раздвигаются и молекулы ориентируются по направлению растягивающего усилия. Если усилие устранить, концы молекул вновь сблизятся. Способность каучука к растяжению обусловливается также способностью его молекул скользить относительно друг друга. Каучук также и пластичен, что проявляется при нагревании [5, с.51].

По назначению каучуки обычно делятся на две группы: универсальные общего назначения, идущие для производства изделий широкого потребления (шин, приводных ремней, транспортных лент, обуви и т. п.), и специального назначения, используемые для производства изделий с особыми свойствами: химически стойких, тепло-, морозе-, масло- и безностойких и т. д.

К каучукам общего назначения относятся натуральный и синтетические каучуки.

Натуральный каучук (НК)—полимер изопрена С₅Н«. Молекула его представляет зигзагообразную углеводородную цепь, в углах которой расположены атомы углерода:

Такое стро..эсть и прочность

полимеру и носит название цыс-1,4-полимера.

Натуральный каучук водостоек, имеет хорошие электроизоляционные свойства, низкую газопроницаемость, малые потери на внутреннее трение при деформации, сравнительно высокую прочность. Эти свойства делают его очень ценным компонентом резин, идущих на изготовление ответственных изделий, и как бы эталоном, по которому оценивают свойства синтетических каучуков.

Синтетические каучуки общего назначения получают главным образом на основе мономеров бутадиена С4Нб, изопрена С5Н₈, стирола СбН₅СН = СН₂ и их композиций. Строение и свойства получаемых полимеров в большой степени зависят от способа получения. Молекулярная структура таких каучуков может быть линейной и разветвленной, регулярного и нерегулярного строения, благодаря чему каучуки одинакового химического состава могут иметь различные свойства.

Бутадиеновые каучуки являются продуктами полимеризации бутадиена. Бутадиеновый каучук марки СКД (СКД — синтетический каучук дивиниловый) содержит до 95% звеньев цисформы. Эластичность каучука СКД близка к эластичности натурального, а некоторые свойства, например износостойкость, на 10—20% выше, чем у натурального. Эти достоинства позволяют отнести каучук СКД к одним из наиболее перспективных каучуков общего назначения.

Бутадиен-стирольные (СКС) и бутадиен-метилстирольные (СКМС) каучуки представляют сополимеры бутадиена и стирола или метилстирола.

Наличие в молекулах полимера 10—30% стирольных звеньев благоприятно влияет на его прочность. Эти каучуки по морозостойкости и стойкости к действию кислорода и водяного пара превосходят натуральные. По объему производства бутадиен-стирольные каучуки в настоящее время зани­мают одно из ведущих мест среди синтетических каучуков общего назначения.

Стереорегулярные изопреновые каучуки являются продуктом полимеризации изопрена. Эти каучуки по химическому составу и структуре идентичны натуральному. Изопреновый стереорегулярный каучук, выпускаемый в СССР под маркой СКИ-3, содержит до 99% звеньев цисформы и по свойствам почти не уступает натуральному.

Хлоропреновые каучуки, получаемые путем полимеризации хлоропрена СН2 = СС1 —СН = СН₂, обладают высокой свето- и озоностойкостью, тепло- и огнестойкостью, стойкостью к действию бензинов, масел, щелочей и кислот. В свя­зи с этим хлоропреновый каучук применяется не только для получения изделий общего назначения, но и специальных изделий, например для обкладки химической аппаратуры, различных уплотнительных деталей и защитных покрытий и т. д. Хлоропреновый каучук выпускается в СССР под торговым названием Наирит (Н). Наирит характеризуется сравнительно низкой себестоимостью.

Для получения специальных каучуков применяются мономеры, содержащие полярные группировки, например нитрилакриловой кислоты, или полярные атомы хлор, фтор.

К каучукам специального назначения, отличающимся от обычных некоторыми специфическими свойствами, относятся следующие виды синтетических каучуков: полиизобутиленовый — стойкий к действию агрессивных сред и имеющий высокие диэлектрические свойства; бутадиен-нитрильные — масло- и бензостойкие; полисульфидные (тиоколы) — масло-и бензостойкие; кремнииорганические — тепло-, морозостойкие и имеющие высокие диэлектрические свойства; фторсодержащие — тепло-, масло-, атмосфере- и огнестойкие, стойкие к действию агрессивных сред; уретановые — озоностойкие и имеющие высокую прочность при растяжении; акрилатные — тепло- и маслостойкие.

7