Поведение резин при внешних воздействиях.

При вулканизации линейная молекулярная структура полимера (каучука) преобразуется в пространственно-сетчатую, что влечет изменения его физико-химических свойств:

Влияние вулканизации.

1. Практически полностью исчезают вязкотекучие деформации течения и одновременно резко возрастают прочность и эластичность. Так, например, НК и СКБ имеют предел прочности _в  1,5 и 0,3 МПа, а их вулканизаты – соответственно 35 и 15 МПа.

Для резины характерны большие обратимые деформации (порядка до 1000%) при сравнительно низких напряжениях. Эти деформации обусловлены раскручиванием свернутых макромолекул под действием поля внешних сил. Скорость развития деформации под нагрузкой, процесс их восстановления при разгрузке зависят от структуры полимера и температуры. Деформации имеют релаксационный характер, развиваются медленно и отстают по фазе от напряжения. На диаграмме циклического нагружения и деформирования резины образуется петля гистерезиса (рис.1), Площадь петли имеет максимум, если скорость деформирования соответствует скорости теплового движения звеньев. При очень больших и при очень маленьких скоростях нагружения площадь петли гистерезиса стремится к нулю. Площадь петли гистерезиса характеризует величину внутреннего трения и степень разогрева материала при циклическом нагружении в шинах, муфтах, амортизаторах. При разгрузке резин наблюдается остаточная деформация, которая складывается из не успевшей

восстановиться замедленной высокоэластичной деформации и из деформации течения в результате частичных разрывов поперечных химических связей при нагружении.

При отрицательных температурах резины могут полностью утратить высокоэластические свойства вследствие перехода в стеклообразное состояние; жесткость резины возрастает на несколько порядков (рис.2). Величина деформации при заданном уровне напряжений и температуры описывается термомеханическими кривыми (см. лаб. работу №1).

При вулканизации также возрастают твердость и сопротивление износу.

2. У мягких высокоэластичных резин на основе непредельных каучуков в молекуле после вулканизации сохраняются более половины неиспользованных двойных связей. Эти менее устойчивые связи являются очагами термоокислительной, фото и механодеструкции. Старение мягких резин из ненасыщенных каучуков идет по двум основным механизмам:

а) Деполимеризация (распад сетки). Под влиянием жестких квантов света необратимо разрываются двойные связи основной цепи и блокируются альдегидными группами, содержащими кислород или озон из окружающей атмосферы.

Схема:

H H  CH2  CH = CH - CH2    CH2  C + C - CH2  O O

б) Дополнительная сшивка (структурирование) через свободные радикалы, образовавшиеся из атмосферного кислорода, по остаточным двойным связям основной цепи каучука, что приводит к снижению эластичности и прочности, к образованию поверхностных трещин.

Резина на основе насыщенных каучуков (без двойных связей) устойчива к старению и агрессивным средам.

3. Многие каучуки растворимы в растворителях; резины только набухают в них, по правилу: неполярные резины набухают в неполярных растворителях, топливах и жидкостях; а полярные – в полярных.

Набухание резин на основе различных каучуков зависит от параметра растворимости, характеризующего соотношение полярностей каучука и растворителя, степени сетчатости резины и активности молекул жидкости.

Влияние нагрева.

4. Повышается теплостойкость. Например, НК течет при 90C, а его вулканизат работает при температуре 100-120C.

Однако, длительный нагрев вызывает понижение прочности свойств резины. При нагреве выше 150C, особенно при одновременном действии ультрафиолетовых лучей, озона, кислорода, химически активных веществ и нагрузки протекают процессы старения резины. Например, потеря прочности у резин общего назначения наступает через 1-10 ч.