Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ТОВАРОзнавство лекц.DOC
Скачиваний:
45
Добавлен:
30.04.2019
Размер:
1.73 Mб
Скачать

§ 3. Каучуки, резина и резиновые

, ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ

<)\Л

^ V Состав, свойства и основные виды каучуков

Каучук—это эластичный полимерный материал, по­лучаемый коагуляцией (свертыванием, сгущением) ла­текса каучуконосных растений (натуральный каучук) или полимеризацией различных мономеров (синтетиче­ские каучукн).

Натуральный каучук получают из млечного сока тропического дерева гевеи бразильской или из других растений, где он содержится в виде отдельных включе­ний в клетках коры или листьев. Однако производство

каучука из таких растений экономически нецелесооб­разно.

Латекс извлекают подсочкой гевеи, достигшей пяти­летнего возраста. Одно дерево дает в среднем 2—3 кг каучука в год.

Для получения каучука латекс подвергают желата-нированию (свертыванию), добавляют муравьиную или уксусную кислоту, промывают водой и прокатывают в листы, которые затем коптят.

Натуральный каучук подразделяют на 8 типов включающих 35 сортов.

Наиболее ценным и распространенным типом нату­рального каучука является смокед-шит (копченый лист), изготавливаемый в виде более или менее прозрачных листов янтарного цвета с рифленой поверхностью.

Менее распространенный тип—светлый креп. При его получении к млечному соку перед желатинированл-ем добавляют для отбелки бисульфит натрия. Листы такого каучука непрозрачны, имеют кремовый оттенок.

§9

Наименее ценный тип—пара-каучук, добываемый из дикорастущей гевеи старинным кустарным способом.

Натуральный каучук представляет собой полимер изопрена. Его плотность 910—920 кг/м3, морозостой­кость (температура стеклования)—70°С, теплостой­кость +200 °С. В воде, спирте, ацетоне, жирных кисло­тах практически не растворяется и не набухает. Раство­рим а бензине, бензоле, толуоле, ксилоле, сероуглероде. Растяжение натурального каучука сопровождается вы­делением, сжатие—поглощением тепла. Необратимая часть теплового эффекта—причина нагрева натураль­ного каучука и резин, изготавливаемых на его основе. Так, температура массивных резиновых шин при боль­ших скоростях может достигать +200 °С.

Взаимодействие натурального каучука с кислородом, озоном и другими окисляющими агентами приаодит к его старению, т. е. снижению пластичности, повыше­нию хрупкости, появлению трещин.

Широкое использование натурального каучука на­чалось с 1839 г., когда была открыта его способность вулканизироваться, т. е. превращаться в резину.

В настоящее время основная масса натурального ка­учука перерабатывается в резину. Кроме этого, он ис­пользуется для получения клеев и лаков (растворы в бензине, бензоле, хлороформе, сероуглероде), как за­менитель гуттаперчи, в качестве присадки к смазочным маслам, для производства пластмасс, прочной упаковки для пищевых продуктов и других целей.

Синтетический каучук с 30-х годов нынешнего столе­тия вытесняет натуральный. Это обусловлено более вы­сокими качественными характеристиками последних и экономической эффективностью их производства, широ­кой доступностью и дешевизной используемого сырья, а также растущими потребностями, удовлетворить ко­торые за счет натурального каучука не представляется возможным.

Однако производство и потребление натурального каучука по-прежнему перспективно. Это объясняется тем, что синтетический каучук не может использоваться без добавок натурального, особенно для получения ре­зиновых технических .изделий максимальной прочности, твердости, эластичности и износостойкости, а также ис­черпанием запасов нефти и ее удорожанием (для про­изводства современной шины необходимо 30 л нефти,

РО

в том числе 20 л—в качестве сырья и 10 л—в каче­стве энергетического топлива). Альтернативой этому является доказанная возможность использования в ка­честве сырья для производства синтетических каучуков угля.

Теоретические основы промышленной разработки синтетических каучуков были заложены в основном вы­дающимися отечественными учеными А. М. Бутлеровым, И. Л. Кондаковым, И. И. Остромысленским, А. Е. Фа­ворским и др. Особенно большое значение имели иссле­дования С. В. Лебедева, послужившие основой промыш­ленного производства синтетических каучуков.

Первый в мире опытный завод по выпуску бутадие­нового синтетического каучука был пущен в СССР в 1933 г. В соответствии с решениями XXVII съезда КПСС в 1990 г. выпуск синтетических каучуков должен соста­вить 2,7—2,9 млн. т.

Отечественный каучук выпускается общего и специ­ального назначения. Его ассортимент насчитывает более 30 типов, включающих свыше 220 марок.

К синтетическим каучуком общего назначения отно­сятся бутадиеновые (СКД; СКВ), бутадиен-стирольные (СКС, СКМС), изопреновые (СКИ), этилен-пропилено-вые (СКЭП, СКЭПТ), хлоропреновые (наирит), бутил-каучук (БК) и др.

К синтетическим, каучуком специального назначения принадлежат бутадиен-нитрильные (СКП), полисуль­фидные, кремнийорганические (СКТ), уретановые (СКУ), фторосодержащие (СКФ), силоксановые, метнл-винилпиридиновые (МБП) и др.

Бутаоиеновые (оивиниловые) каучуки выпускаются стереорегулярные (СКД) и нестереорегулярные (СКВ). Их плотность 900—920 кг/м3, температура стеклования —52°С...—122°С.

Более прочными, эластичными, износо- .и морозостой­кими являются стереорегулярные бутадиеновые каучуки. Они применяются для изготовления шин, транспортерных лент, износо- и морозостойких изде-л.ий.

Нестереорегулярные бутадиеновые каучуки используются в производстве технических и бытовых резиновых изделий. Однако ввиду низкого предела проч­ности при растяжении и невысокой морозостойкости их выпуск резко снижается.

91

Ёутадиен-стирольные (дивинил-стирольные) каучуки являются важнейшими каучуками общего назначения. Их плотность 900—990 кг/м3. Отличаются стойкостью к ионизирующему излучению и кислотам.

Бутадиен-стирольные— СК.С (бутадиен-метилсти-рольные—СК.МС) каучуки выпускаются марок СКС-10 (СКМС-10), СКС-30 (СКМС-30), СКС-50 (СКМС-50), СКМС-30 АР КМ и др., где цифра—содержание связан­ного стирола, %, А—низкотемпературная полимериза­ция (около +5°С), К—применение канифольного эмульгатора, М— маслонаполненный каучук.

С повышением содержания стирола увеличивается прочность каучука при растяжении, сопротивление раз­рыву, снижается температура хрупкости, однако умень­шается эластичность и износостойкость.

Бутадиен-стирольные каучуки применяются в произ­водстве автомобильных покрышек и камер, масло-, бен-зо-, светоозоностойких и газонепроницаемых резиновых технических изделий.

Изопреновые синтетические каучуки (СК.И-30, СК.И-30В) обладают высокой прочностью, эластичностью, низким теплообразованием, хорошим сопротивлением старению, стойкостью к воде и спиртам. Однако не стой­ки к действию кислот, щелочей, хлороформа, толуола, склонны к кристаллизации при растяжении (при темпе­ратуре свыше О °С) или без растяжения (при темпера­туре ниже 0°С). Их плотность 910—920 кг/м3, темпера­тура стеклования —70 °С.

Изопреновые синтетические каучуки применяются вместо натуральных в производстве шин, изделий шир­потреба, транспортерных лент, изоляции кабелей и в других целях.

Этилен-пропиленовые каучуки, обладают высокой эластичностью и прочностью, сочетающимися с хорошей озоно-, морозо- .и теплостойкостью, устойчивостью к дей­ствию органических растворителей, кислот и щелочей, отличными диэлектрическими характеристиками. Их плотность 850—870 кг/м3, температура стеклования —55...—70°С.

Этилен-пропиленовые каучуки применяются для изо­ляции проводов и кабелей (СК.ЭП), в производстве хи­мически стойких шлангов, уплотнителей и других рези­новых технических изделий.

Хлоропреновый каучук (наирит) отличается высокой

92

эластичностью и прочностью на разрыв, истирание и удар, стойкостью к разрастанию порезов и действию многократных деформаций, масло-, бензо-, озоно- и теп­лостойкостью, негорючестью. Однако у него относитель­но высокая плотность (l200—i240 кг/м3), повышенная кристаллизуемость при низких температурах и недо­статочная морозостойкость (температура стеклования —40°С).

Наирит используется главным образом в производст­ве конвейерных лент, ремней, рукавов, оболочки прово­дов и кабелей, защитных покрытий, а также клеев и ла-тексов.

Бутилкаучук обладает низкой газопроницаемостью, стойкостью к действию воды, спиртов, эфиров, дихлор­этана, нитробензола, озона, кислорода, света и тепла. Его плотность 920 кг/м3.

Бутилкаучук применяется в производстве шин, про­резиненных тканей и резиновых технических изделий, стойких к действию высоких температур и агрессивных сред.

Ьутадиен-нитральные (дивинил-нитрильные) каучуки обладают высокими бензо-, масло- и теплостойкостью (до 4-150 °С), а также плотностью (940—1020 кг/м3). Они выпускаются марок СКН-18, СКН-26, СКН-40, СК.ТН, где цифра—содержание связанного акрилонит-рила, %, Т—повышенная теплостойкость. С увеличени­ем содержания связанного акрилопитрила повышается прочность, износо-, масло- и бензостойкость каучуков, однако ухудшается эластичность и морозостойкость. Бу-тадиен-нитрильные каучуки применяются в качестве пластификатора в производстве пластмасс, а также для изготовления масло- и бензостойких резиновых техни­ческих изделий.

Полисульфидный каучук (тиокол) выпускается в твердом и жидком состоянии. Обладает стойкостью к растворителям, озону, кислороду, солнечному свету, хорошей газо-, влагонепроницаемостью, статичностью при хранении. Его плотность 127—160 кг/м3, температу­ра стеклования —23...—57 °С. Тиокол используется для изготовления герметиков, масло- и бензостойких уплот­нителей и рукавов, а также для гуммирования резер­вуаров для хранения топлива. Резины, изготовляемые на его основе, отличаются невысокими механическими свойствами.

93

Кремнийорганические каучука (СКТ, СКТФ, СКТФВ, СК.ТФТ, СК.ТВ) представляют собой прозрачный желе­образный продукт плотностью 960—980 кг/м3, темпера­турой стеклования 130°С. По морозостойкости и элек­троизоляционным свойствам превосходят все син­тетические каучуки. Физиологически инертны. Они применяются в качестве электроизоляционного и герме­тизирующего материала, в медицинской и авиационной промышленности, а также для изготовления резиновых технических изделий, эксплуатируемых при температу­рах—ЮО...+250°С.

Уретановые каучуки (СКУ-7, СКУ-8, СКУ-50, ску-ПФ, СК.У-ПФЛ) выпускаются твердые (вальцуемые и термоэластопласты) и жидкие (литьевые) плотностью 930—1260 кг/м3, температура стеклования —44 °С. Их особенностью являются устойчивость к действию масел, топлив, растворителей, ультрафиолетового и ионизиру­ющего излучений, озона, а также высокая удельная энергия когезии, благодаря чему 'резины на их основе отличаются уникальной прочностью и сопротивлением истиранию. Уретановые каучуки используются для изго­товления массивных шин, конвейерных лент, уплотните­лей, амортизаторов, искусственной кожи, подошв обуви, основы ковровых изделий.

Фторосодержащие каучуки (СК.Ф-26, СКФ-32, СК.Ф-260, СКФ-460) отличаются высокой термостойкостью (до +250 °С и выше), устойчивостью к действию многих агрессивных сред и к тепловому старению. Они негорю­чи, стабильны при хранении, нетоксичны. Их плотность 180—186 кг/м3, температура стеклования —20 °С. Фтор-каучуки являются дорогостоящим материалом и приме­няются для изготовления уплотнительных деталей, ис­пользуемых в химической промышленности, авиацион­ной и космической технике.

^хл Состав, свойства и классификация резины

\^

Резина (от лат. resina—смола) —эластичный мате­риал, образующийся в результате специальной обработ­ки (вулканизации) смеси каучука, вулканизирующих веществ (агентов) и различных добавок (ингредиентов). Вулканизация—это процесс химического взаимодей­ствия каучука с агентами или его превращение в резину под действием ионизирующего излучения. В качестве

94

агентов используется сера, селен, органические переки­си, тиурам (органические сернистые соединения). При максимально возможном насыщении каучука серой (около 30%) образуется твердый материал—эбонит.

Ингредиенты вводятся ib состав резины для улучше­ния ее физико-химических свойств. К ним относятся ускорители (активаторы), противостарители (антиокси-данты), мягчители (пластификаторы), наполнители и красители.

Ускорители (полисульфиды, окислы цинка, магния и др.) вводятся в состав резиновой смеси для изменения режимов вулканизации и свойств вулканизаторов, про­тивостарители—для замедления процессов старения резины, мягчители (парафин, вазелин, битумы, стеари­новая кислота, растительные масла, дибутилфталат) об­легчают переработку резины, увеличивают эластичность и морозостойкость, красители (минеральные или орга­нические) используются для окраски резины. Наполни­тели вводятся в состав резины для повышения ее меха­нических свойств (углеродистая и белая сажа (кремне-кислота), окись цинка и др.) или удешевления ее стоимости (мел, тальк, барит, резиновый регенерат) в виде порошка или тканей — корд, асбестовая ткань и др. (рис. 2).

Резине присущи высокая эластичность, чему способ­ствуют извилистая (зигзагообразная) форма молекул каучука, малая сжимаемость, стойкость к истиранию и

§5

химическим реагентам, газо- и водонепроницаемость, хорошие электроизоляционные свойства, небольшая плотность, способность к большим деформациям при сравнительно низких напряжениях, причем такие дефор­мации почти полностью обратимы. Недостатком резины является резко выраженная зависимость механических свойств от температуры: при повышенных температурах она теряет прочность, а при пониженных—становится хрупкой (переходит в стеклообразное состояние).

Кроме того, под действием кислорода, озона и дру­гих окисляющих реагентов резина стареет, т. е. стано­вится хрупкой и ломкой, покрывается сетью трещин, что ограничивает срок ее эксплуатации.

Резина применяется в основном для производства шин (свыше 50%), резиновых технических изделий (около 22 %), кабелей, герметиков, клеев, одежды, обу­ви и др.

Различают резины общего и специального назначе­ния. К резинам общего назначения относятся вулканиза-ты натурального, бутадиенового, бутадиен-стирольного, изопренового, этилен-пропиленового, хлорепренового и некоторых других каучуков. Специальные резины, под­разделяются на маслобензостойкие, термостойкие (ин­тервал рабочих температур от —60 до +250 °С), моро­зостойкие (температура стеклования —75 °С и ниже), светоозоностойкие, износостойкие, электротехнические (электроизоляционные и электропроводные) и др.

По структуре резины подразделяются на монолитные и пористые, в том числе губчатые и микропористые, по составу — наполненные и ненаполненные (каучуков не менее 95—98%), по агрегатному состоянию—на пасто­образные и твердые, в том числе мягкие, эластичные, средней твердости, твердые, высокой твердости и жест­кие (эбониты).

В маркировке резины отражаются ее тип в зависи­мости от теплового старения (Т07, Т10, Т12, Т15, Т17, Т20, Т22, Т25), класс—в зависимости от степени набу­хания после пребывания в специальной нефтяной жид­кости (К1, К2, КЗ, К4, К5, Кб, К7), а также дополни­тельная информация о твердости, пределе прочности, морозо- и маслостойкости, сопротивлении разрыву и до.

96