- •Свойства металлов и сплавов, их измерители
- •Строение металлов и сплавов, их кристаллизация
- •§ 2. Производство и характеристика чугунов Исходное сырье для выплавки чугуна
- •Классификация, ассортимент и маркировка чугунов
- •Чугунные отливки и трубы
- •Ферросплавы
- •§ 3. Производство и характеристика сталей Сырьевые материалы для выплавки стали и способы ее производства
- •Химический состав стали
- •Строение стального слитка и металлургические методы повышения его качества
- •Виды термической и химико-термической обработки стали
- •Классификация и ассортимент стали
- •§ 4. Стальной прокат и металлические изделия Общие сведения и классификация продукции прокатного производства
- •Сортамент стального проката
- •Сортамент металлоизделий промышленного назначения
- •Условия хранения и транспортирования стального проката и металлоизделий
- •§ 5. Цветные металлы и сплавы на их основе
- •Легкие металлы
- •Тяжелые металлы
- •Тугоплавкие металлы
- •Драгоценные металлы
- •§ 6. Неорганические и металлические порошковые материалы и изделия на их основе Значение и применение порошковых материалов и изделий
- •Способы получения и характеристики металлических порошков
- •Aсортимент и маркировка металлических и неорганических порошков
- •Методы получения изделий порошковой металлургии
- •§ 1. Общие сведения о строительных материалах
- •Свойства строительных материалов и изделий
- •§ 2. Природные каменные материалы Значение и классификация природных каменных материалов
- •Классификация и основные свойства важнейших горных пород
- •Материалы и изделия из природного камня
- •Условия хранений и транспортирования материалов и изделий из природного камня
- •§ 3. Стекло и стеклоизделия Общие сведения о стекле и стеклоизделиях
- •Листовые стенломатериалы
- •Троительные изделия из стекла
- •Условия хранения и транспортирования стекла и стеклоизделий
- •§ 4. Керамические материалы и изделия Общие сведения о керамических материалах и их классификация
- •С тоновые керамические материалы
- •Керамические изделий для облицовки и отделки
- •Керамические материалы и изделия различного назначения
- •Условия хранения и трас"ортирования керамических материалов и изделий
- •§ 5. Минеральные вяжущие вещества и материалы на их основе
- •Материалы и изделия на основе минеральных вяжущих веществ
- •Условия хранения и траспортирования минеральных вяжущих веществ и материалов на их основе
- •6. Органические вяжущие вещества и материалы на их основе Состав, свойства и основные виды органических вяжущих веществ
- •§ 7. Лесные и бумажные материалы Значение, состав и свойства древесины
- •Классификация лесных материалов
- •Круглые лесоматериалы
- •Пиломатериалы
- •1 А & л и ц а 14. Маркировка пиломатериалов
- •Изделия и конструкции из древесшны
- •Сырье, полуфабрикаты и производство бумажной продукции
- •Классификация и ассортимент бумажной продукции
- •3.2. Показатели качества товаров
- •3.3. Требования, предъявляемые к товарам
- •3.4. Факторы и условия, влияющие на качество товаров
- •2.3. Ассортимент товаров
- •2.4. Артикулы и прейскурантные номера товаров
- •Глава 2. Классификация и ассортимент товаров
- •Глава 3.
- •3.4. Факторы и условия, влияющие на качество товаров
- •Глава 5. Основные свойства материалов и изделий
- •§ 1. Неорганические кислоты, щелочи и соли
- •Ассортимент, применение, хранение и перевозка кислот
- •§ 2.Пластмассы Общие сведения о полимерах 9) /
- •Сырьевые пластмассы
- •Пленочные полимерные материалы
- •Листовые пластмассы
- •Газонаполненные пластмассы
- •Условия хранения и транспортирования пластмасс
- •§ 3. Каучуки, резина и резиновые
- •Классификация, ассортимент и маркировка резиновых технических изделий
- •Условия хранения и транспортирования каучуков и резиновых технических изделий
- •§ 4. Текстильные волокна и материалы Классификация текстильных волокон и нитей
- •Характеристики текстильных волокон и нитей, их измерители
- •Важнейшие виды натуральных волокон
- •§ 5. Лакокрасочные материалы Назначение, состав и классификация лакокрасочных материалов
- •Условные обозначения лакокрасочных материалов и покрытий
- •Основные лакокрасочные материалы
- •Вспомогательные и подсобные лакокрасочные материалы
- •Условия хранения и транспортирования лакокрасочных материалов
§ 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