10.4.3 Каучук и резина

Каучуком называют эластичные высокомолекулярные соединения, способные существенно изменять форму (деформироваться) под влиянием внешних сил и быстро принимать прежние очертания, когда действие этих сил устраняется. Эластичность или упругие свойства каучука объясняются тем, что образующие его макромолекулы линейной структуры находятся в обычных условиях в изогнутом, свернутом в спираль или закрученном состоянии, поэтому легко сжимаются или растягиваются, а при снятии нагрузки вновь принимают прежнюю форму. Упругие свойства и прочность каучуки сохраняют в широком интервале температур. Наряду с металлом, нефтью, газом и пластмассой, каучук относят к числу важнейших народнохозяйственных стратегических видов промышленной продукции, мировое потребление которого превысило 6 млн. т/г.

Каучуки разделяют на натуральные (НК) и синтетические (СК). В течение длительного времени получали натуральный каучук из млечного сока (латекса) тропического дерева гевеи. Натуральный каучук представляет высокомолекулярный полимер изопрена (С₅Н₈)n, степень полимеризации которого превышает 2000, молекулярная масса равна 136000–140000.

Высокая стоимость натурального каучука, возрастающий спрос на резинотехнические изделия диктуют необходимость создания синтетических каучуков. Современный ассортимент отечественной продукции насчитывает свыше 300 видов СК. Решающую роль в его появлении сыграли работы С.В. Лебедева, по методу которого в 1931 г. был произведен первый в мире синтетический каучук.

Ведущую роль в мировом производстве СК играют бутадиенстирольный (БСК) и изопреновый (ИК) каучуки.

Полимеризацию БСК осуществляют в водной среде при 5–50 ⁰С, используя батарею последовательно соединенных полимеризаторов, в которую подается заранее приготовленная эмульсия бутадиена (С₄Н₆) со стиролом (С₆Н₈), водой и эмульгатором (например, канифольным мылом). В полимеризаторах емкостью 11–20 м³, снабженных мешалками с частотой вращения 50–1450 об/мин. происходит процесс превращения бутадиена и стирола в латекс. Из латекса выделяют не прореагировавшие мономеры и другие примеси, затем к нему добавляют коагулянты (хлористый натрий и кальций) для выделения каучука. Последний отделяют от раствора, промывают, обезвоживают, формируют в виде лент, которые после сушки горячим воздухом сворачивают в рулон. Синтетический каучук имеет среднюю молекулярную массу 200000 – 300000.

Изопреновый каучук получают полимеризацией изопрена (С₅Н₈) при 30–40⁰С в присутствии катализаторов (метил или комплексного металлоорганического соединения).

Общим недостатком синтетических каучуков являются низкая термостойкость, размягчаемость, невысокие механические свойства и неустойчивость к органическим растворителям, которые в меньшей степени присущи резиновым изделиям.

Резина – продукт взаимодействия каучука с другими веществами (вулканизация). При ее производстве осуществляется поперечное сшивание линейных макромолекул каучука молекулами серы с образованием более крупных макромолекул с сетчатой структурой. В зависимости от количества серы различают мягкую резину (2–4%), жесткую – полуэбониты (12–13%) и эбониты (30–50%).

Во многих случаях в резиновую смесь вводят регенерат – отходы переработки использованных резиновых изделий в виде крошки, которые удешевляют стоимость и повышают пластичность выпускаемого материала.

Основным способом соединения резиновых деталей является склеивание резиновыми клеями, получаемыми при растворении каучука в органических растворителях (бензине, бензоле и др.).