Процесс получения резины

Что такое резина: из чего делают, сферы применения

10 октября 2018 г.

Резина – широко известный материал, который применяется практически во всех сферах человеческой жизни. Медицина, сельское хозяйство, промышленность не могут обойтись без этого полимера. Во многих производственных процессах также используется резина. Из чего делают этот материал и в чем его особенности, описано в статье.

Что такое резина

Резина являет собой полимер с высокой эластичностью. Его структура представлена хаотично расположенными цепочками углерода, скрепленными атомами серы.

В нормальном состоянии углеродные цепочки имеют скрученный вид. Если резину растянуть, цепочки углерода раскрутятся. Способность растягиваться и быстро возвращаться в прежнюю форму сделала незаменимым во многих сферах такой материал, как резина.

Из чего делают ее? Обычно резину получают путем смешивания каучука с вулканизирующим веществом. После нагрева до нужной температуры смесь густеет.

Отличие каучука от резины

Каучук и резина – высокомолекулярные полимеры, полученные натуральным или синтетическим способом. Эти материалы отличаются физико-химическими свойствами и способами производства. Натуральный каучук являет собой вещество, изготовленное из сока тропических дерев — латекса. Он вытекает из коры при ее повреждении. Синтетический каучук получают путем полимеризации стирола, неопрена, бутадиена, изобутилена, хлоропрена, нитрила акриловой кислоты. При вулканизации искусственного каучука образуется резина.

Из чего делают разные типы каучуков? Для отдельных видов синтетических материалов применяют органические вещества, позволяющие получить материал, идентичный натуральному каучуку.

Резина является универсальным материалом, который обладает следующими свойствами:

  1. Высокая эластичность – способность к большим обратным деформациям в широком диапазоне температур.
  2. Упругость и стабильность форм при малых деформациях.
  3. Аморфность – легко деформируется при незначительном нажатии.
  4. Относительная мягкость.
  5. Плохо поглощает воду.
  6. Прочность и износостойкость.
  7. В зависимости от типа каучука резина может характеризоваться водо-, масло-, бензо-, термостойкостью и стойкостью к действию химических веществ, ионизирующих и световых излучений.

Резина со временем утрачивает свои свойства и теряет форму, что проявляется разрушением и снижением прочности. Срок службы резиновых изделий зависит от условий использования и может составлять от нескольких дней до нескольких лет. Даже при длительном хранении резина стареет и становится непригодной к эксплуатации.

Производство резины

Резина изготовляется методом вулканизации каучука с добавлением смесей. Обычно 20-60% перерабатываемой массы составляет каучук. Другие компоненты резиновой смеси – наполнители, вулканизующие вещества, ускорители, пластификаторы, противостарители. В состав массы могут также добавляться красители, душистые вещества, модификаторы, антипирены и другие компоненты. Набор компонентов определяется требуемыми свойствами, условиями эксплуатации, технологией использования готового резинового изделия и экономическими расчетами. Таким способом создается высококачественная резина.

Из чего делают резиновые полуфабрикаты? Для этой цели на производствах применяется технология смешивания каучука с другими компонентами в специальных смесителях или вальцах, предназначенных для изготовления полуфабрикатов, с последующей порезкой и раскройкой. В производственном цикле используются прессы, автоклавы, барабанные и тоннельные вулканизаторы. Резиновой смеси придается высокая пластичность, благодаря которой будущее изделие приобретает необходимую форму.

Изделия из резины

На сегодняшний день резина используется в спорте, медицине, строительстве, сельском хозяйстве, на производстве. Общее количество изделий, изготовляемых из резины, превышает более 60 тыс. разновидностей. Наиболее популярные из них — уплотнители, амортизаторы, трубки, сальники, герметики, прорезиненые покрытия, облицовочные материалы.

Изделия из резины массово используются в производственных процессах. Этот материал также незаменим в производстве перчаток, обуви, ремней, непромокаемой ткани, транспортных лент.

Большая часть производимой резины используется для изготовления шин.

Резина в производстве шин

Резина является основным материалом в производстве автомобильных шин. Этот процесс начинается с приготовления резиновой смеси из натурального и синтетического каучука. Затем к резиновой массе добавляется силика, сажа и другие химические компоненты. После тщательного перемешивания смесь отправляется по конвейерной ленте в печь. На выходе получаются резиновые ленты определенной длины.

На следующем этапе происходит обрезинивание корда. Текстильный и металлический корд заливается горячей резиновой массой. В такой способ изготавливается внутренний, текстильный и брекерный слой шины.

Из чего делают резину для шин? Все производители автомобильных шин используют разные рецептуры и технологии изготовления резины. Для придания готовому изделию прочности и надежности могут добавляться разные пластификаторы и усиливающие наполнители.

Для производства шин используют натуральный каучук. Его добавление в резиновую смесь уменьшает нагревание покрышки. Большую часть резиновой смеси занимает синтетический каучук. Этот компонент придает шинам упругость и способность выдерживать большие нагрузки.

Резина и каучуки. Классификация. Свойства

СОСТАВ И КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЗИН

Основой всякой резины служит каучук натуральный (НК) или синтетический (СК), который и определяет основные свойства резинового материала. Для улучшения физико-механических свойств каучуков вводятся различные добавки (ингредиенты).
Таким образом, резина состоит из каучука и ингредиентов, рассмотренных ниже.

  • Вулканизирующие вещества (агенты) участвуют в образовании пространственно-сеточной структуры вулканизата.

Обычно в качестве таких веществ применяют серу и селен, для некоторых каучуков перекиси. Для резины электротехнического назначения вместо элементарной серы (которая взаимодействует с медью) применяют органические сернистые соединения.
Ускорители процесса вулканизации; полисульфиды, оксиды свинца, магния и другие влияют как на режим вулканизации, так и на физико-механические свойства вулканизатов. Ускорители проявляют свою наибольшую активность в присутствии оксидов некоторых металлов, называемых поэтому в составе резиновой смеси активаторами.

  • Противостарители (антиоксиданты) замедляют процесс старения резины,который ведет к ухудшению ее эксплуатационных свойств.

Существуют противостарители химического и физического действия. Действие первыхзаключается в том, что они задерживают окисление каучука в результате окисления их самих или за счет разрушения образующихся перекисей каучука.
Физические Противостарители образуют поверхностные защитные пленки, они применяются реже.

  • Мягчители (пластификаторы) облегчают переработку резиновой смеси,увеличивают эластические свойства каучука, повышают морозостойкость резины.

В качестве мягчителей вводят парафин, вазелин, стеариновую кислоту, битумы, дибутилфталат,растительные масла.

  • Наполнители по воздействию на каучук подразделяют на активные (усиливающие) и неактивные (инертные).

Активные наполнители (углеродистая сажа и белая сажа) повышают механические свойства резин: прочность, сопротивление истиранию, твердость.
Неактивные наполнители (мел, тальк, барит) вводятся для удешевления стоимости резины.
Часто в состав резиновой смеси вводят регенерат — продукт переработки старых резиновых изделий и отходов резинового Производства. Кроме снижения стоимости регенерат повышает качество резины, снижая ее склонность к старению.

  • Красители минеральные или органические вводят для окраски резин.

Некоторые красящие вещества (белые, желтые, зеленые) поглощают коротковолновую часть солнечного спектра и этим защищают резину от светового старения.

Свойства резины

Подавляющее большинство каучуков является непредельными, высокополимерными (карбоцепными) соединениями с двойной химической связью между углеродными атомами в элементарных звеньях макромолекулы. (Некоторые каучуки получают на основе насыщенных линейных полимеров.)
Молекулярная масса каучуков исчисляется в 400 000—450 000. Структура макромолекул линейная или слаборазветвленная и состоит из отдельных звеньев, которые имеют тенденцию свернуться в клубок, занять минимальный объем, но этому препятствуют силы межмолекулярного взаимодействия, поэтому молекулы каучука извилистые (зигзагообразные). Такая форма молекул и является причиной исключительно высокой эластичности каучука (под небольшой нагрузкой происходит выпрямление молекул, изменяется их конформация).

Вулканизация

По свойствам каучуки напоминают термопластичные полимеры. Наличие в молекулах каучука непредельных связей позволяет при определенных условиях переводить его в термостабильное состояние. Для этого по месту двойной связи присоединяется двухвалентная сера (или другое вещество), которая образует в поперечном направлении как бы «мостики» между нитевидными молекулами каучука, в результате чего получается пространственно-сетчатая структура, присущая резине (вулканизату). Процесс химического взаимодействия каучуков с серой в технике называется вулканизацией.

Многие каучуки растворимы в растворителях, резины только набухают в них и более стойки к химикатам.
езины имеют более высокую теплостойкость (НК размягчается при температуре 90 °С, резина работает при температуре свыше 100°С).
На изменение свойств резины влияет взаимодействие каучука с кислородом, поэтому при вулканизации одновременно происходят два процесса: структурирование под действием вулканизующего агента и деструкция под влиянием окисления и температуры.
Преобладание того или иного процесса сказывается на свойствах вулканизата. Это особенно характерно для резин из НК.
Для синтетических каучуков (СК) процесс вулканизации дополняется полимеризацией: под действием кислорода и температуры образуются межмолекулярные углеродистые связи, упрочняющие термостабильную структуру, что дает повышение прочности.

Термическая устойчивость вулканизата зависит от характера образующихся в процессе вулканизации связей. Наиболее прочные, а следовательно, термоустойчивые связи —С—С—, наименьшая прочность у полисульфидной связи —С—C—С.
Современная физическая теория упрочнения каучука объясняет повышение его прочности наличием сил связи (адсорбции и адгезии), возникающих между каучуком и наполнителем, а также образованием непрерывной цепочно-сетчатой структуры наполнителя вследствие взаимодействия между частицами наполнителя.
Возможно и химическое взаимодействие каучука с наполнителем.

Классификация резины по назначению

По назначению резины подразделяют на резины общего назначения и резины специального назначения (специальные).

  • Резины общего назначения

К группе резин общего назначения относят вулканизаты неполярных каучуков — НК, СКБ, СКС, СКИ.

Н К — натуральный каучук является полимером изопрена (С5Н8)n. Он растворяется в жирных и ароматических растворителях (бензине, бензоле, хлороформе, сероуглероде и др.), образуя вязкие растворы, применяемые в качестве клеев. При нагреве выше 80—100 °С каучук становится пластичным и при 200 °С начинает разлагаться. При температуре —70 °С НК становится хрупким. Обычно НК аморфен. Однако при длительном хранении возможна его кристаллизация.

СКБ — синтетический каучук бутадиеновый (дивинильный) получают по методу С. В. Лебедева. Формула полибутадиена (С4Н6)n. Он является некристаллизующимся каучуком и имеет низкий предел прочности при растяжении, поэтому в резину на его основе необходимо вводить усиливающие наполнители. Морозостойкость бутадиенового каучука невысокая (от —40 до —45 °С).
СКС — бутадиенстирольный каучук получается при совместной полимеризацией бутадиена (С4Н6) и стирола (СН2=СН—С6Н5). Это самый распространенный каучук общего назначения.

СКИ — синтетический каучук изопреновый — продукт полимеризации изопрена (С5Н8). Получение СКИ стало возможным в связи с применением новых видов катализаторов. По строению, химическим и физико-механическим свойствам СКИ близок к натуральному каучуку. Промышленностью выпускаются каучуки СКИ-3 и СКИ-ЗП, наиболее близкие по свойствам к НК; каучук СКИ-ЗД, предназначенный для получения электроизоляционных резин, СКИ-ЗВ — для вакуумной техники.
Резины общего назначения могут работать в среде воды, воздуха, слабых растворов кислот и щелочей. Интервал рабочих температур составляет от —35 до 130 °С. Из этих резин изготовляют шины, ремни, рукава, конвейерные ленты, изоляцию кабелей, различные резинотехнические изделия.

Резины специального назначения

Специальные резины подразделяют на несколько видов: маслобензостойкие, теплостойкие, светоозоностойкие, износостойкие, электротехнические, стойкие к гидравлическим жидкостям.

Маслобензостойкие резины получают на основе каучуков хлоропренового (наирит), СКН и тиокола.
Наирит является отечественным хлоропреновым каучуком. Хлоропрену соответствует формула СН2==ССI—СН=СН2.
Вулканизация может проводиться термообработкой даже без серы, так как под действием температуры каучук переходит в термостабильное состояние.
Резины на основе наирита обладают высокой эластичностью, вибростойкостью, озоностойкостью, устойчивы к действию топлива и масел, хорошо сопротивляются тепловому старению. (Окисление каучука замедляется экранирующим действием хлора на двойные связи.)
По температуроустойчивости и морозостойкости (от —35 до —40 °С) они уступают как НК, так и другим СК.
Электроизоляционные свойства резины на основе полярного наирита ниже, чем у резины на основе неполярных каучуков.
(За рубежом полихлоропреновый каучук выпускается под названием неопрен, пербунан-С и др.).

СКН — бутадиеннитрильный каучук — продукт совместной полимеризации бутадиена с нитрилом акриловой кислоты —СН2—СН =СН—СН2—СН2—СНСN—
Резины на основе СКН обладают высокой прочностью ((в = 35 МПа), хорошо сопротивляются истиранию, но по эластичности уступают резинам на основе НК, превосходят их по стойкости к старению и действию разбавленных кислот и щелочей. Резины могут работать в среде бензина, топлива, масел в интервале температур от -30 до 130 °С.
Резины на основе СКН применяют для производства ремней, конвейерных лент, рукавов, маслобензостойких резиновых деталей (уплотнительные прокладки,манжеты и т. п.).
Тиоколы – торговое название полисульфидных каучуков.
Из смеси каучука с серой, наполнителями и другими веществами формуют нужные изделия и подвергают их нагреванию. При этих условиях атомы серы присоединяются к двойным связям макромолекул каучука и «сшивают» их, образуя дисульфидные «мостики». В результате образуется гигантская молекула, имеющая три измерения в пространстве — как бы длину, ширину и толщину. Полимер приобретает пространственную структуру. Если к каучуку добавить больше серы, чем нужно для образования резины, то при вулканизации линейные молекулы окажутся «сшитыми» в очень многих местах, и материал утратит эластичность, станет твёрдым — получится эбонит. До появления современных пластмасс эбонит считался одним из лучших изоляторов.

Полисульфидный каучук, или тиокол, образуется при взаимодействии галоидопроизводных углеводородов с многосернистыми соединениями щелочных металлов:

…—СН2—СН2—S2—S2— …
Тиокол вулканизуется перекисями. Присутствие в основной цепи макромолекулы серы придает каучуку полярность, вследствие чего он становится устойчивым к топливу и маслам, к действию кислорода, озона, солнечного света. Сера также сообщает тиоколу высокую газонепроницаемость (выше, чем у НК), поэтому тиокол — хороший герметизирующий материал.

Механические свойства резины на основе тиокола невысокие.
Эластичность резин сохраняется при температуре от —40 до —60 °С.
Теплостойкость не превышает 60—70 °С. Тиоколы новых марок работают при температуре до 130 °С.
Акрилатные каучуки — сополимеры эфиров акриловой (или метакриловой)кислоты с акрилонитрилом и другими полярными мономерами — можно отнести к маслобензостойким каучукам.
Каучуки выпускают марок БАК-12, БАКХ-7, ЭАХ.
Для получения высокопрочных резин вводят усиливающие наполнители.
Достоинством акрилатных резин является стойкость к действию серосодержащих масел при высоких температурах; их широко применяют в автомобилестроении.Они стойки к действию кислорода, достаточно теплостойки, обладают адгезией к полимерам и металлам.
Недостатками БАК являются малая эластичность,низкая морозостойкость, невысокая стойкость к воздействию ; горячей воды и пара.

Износостойкие резины получают на основе полиуретановых каучуков СКУ.
Полиуретановые каучуки обладают высокой прочностью, эластичностью, сопротивлением истиранию, маслобензостойкостью. В структуре каучука нет ненасыщенных связей, поэтому он стоек к кислороду и озону, его газонепроницаемость в 10—20 раз выше, чем газопроницаемость НК.
Рабочие температуры резин на его основе составляют от —30 до 130°С.

Уретановые резины стойки к воздействию радиации. Зарубежные названия уретановых каучуков — , вулколлан, адипрен, джентан, урепан.
Резины на основе СКУ применяют для автомобильных шин, конвейерных лент, обкладки труб и желобов для транспортирования абразивных материалов, обуви и др.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕЗИН И КАУЧУКОВ

Общие понятия

Механические свойства каучуков и резин могут быть охарактеризованы комплексом свойств.
К особенностям механических свойств каучуков и резин следует отнести:

  • высокоэластический характер деформации каучуков;
  • зависимость деформаций от их скорости и продолжительности действия деформирующего усилия, что проявляется в релаксационных процессах и гистерезисных явлениях;
  • зависимость механических свойств каучуков от их предварительной обработки, температуры и воздействия различных немеханических факторов (света, озона, тепла и др.).

Различают деформационно-прочностные, фрикционные и другие специфические свойства каучуков и резин.

К основным деформационно-прочностным свойствам относятся: пластические и эластические свойства, прочность при растяжении,относительное удлинение при разрыве, остаточное удлинение после разрыва,условные напряжения при заданном удлинении, условно-равновесный модуль,модуль эластичности, гистерезисные потери, сопротивление раздиру, твердость.

К фрикционным свойствам резин относится износостойкость, характеризующая сопротивление резин разрушению при трении, а также коэффициент трения.

К специфическим свойствам резин относятся, например, температура хрупкости, морозостойкость, теплостойкость, сопротивление старению.

Очень важным свойством резин является сопротивление старению (сохранение механических свойств) после воздействия света, озона, тепла и других факторов.

Механические свойства резин определяют в статических условиях, т. е. при постоянных нагрузках и деформациях, при относительно небольших скоростях нагружения (например, при испытании на разрыв), а также в динамических условиях, например, при многократных деформациях растяжения, сжатия, изгиба или сдвига. При этом особенно часто резины испытывают на усталостную выносливость и теплообразование при сжатии.

Усталостная выносливость характеризуется числом циклов деформаций, которое выдерживает резина до разрушения. Для сокращения продолжительности определения усталостной выносливости испытания проводят иногда в условиях концентрации напряжений, создаваемых путем дозированного прокола или применения образцов с канавкой.

Теплообразование при многократных деформациях сжатия определяется по изменению температуры образца резины в процессе испытания в заданном режиме (при заданном сжатии и заданной частоте деформаций).

Пластические и эластические свойства

Пластичностью называется способность материала легко деформироваться и сохранять форму после снятия деформирующей нагрузки. Иными словами, пластичность — это способность материала к необратимым деформациям.

Эластичностью называется способность материала легко деформироваться и восстанавливать свою первоначальную форму и размеры после снятия деформирующей нагрузки, т. е. способность к значительным обратимым деформациям.

Эластическими деформациями, в отличие от упругих, называются такие обратимые деформации, которые характеризуются значительной величиной при относительно малых деформирующих усилиях (низкое значение модуля упругости).

Пластические и эластические свойства каучука проявляются одновременно; в зависимости от предшествующей обработки каучука каждое из них проявляется в большей или меньшей степени. Пластичность невулканизованного каучука постепенно снижается при вулканизации, а эластичность возрастает.
В зависимости от степени вулканизации соотношение этих свойств каучука постепенно изменяется. Для невулканизованных каучуков более характерным свойством является пластичность, а вулканизованные каучуки отличаются высокой эластичностью. Но при деформациях невулканизованного каучука наблюдается также частичное восстановление первоначальных размеров и формы,т. е. наблюдается некоторая эластичность, а при деформациях резины можно наблюдать некоторые неисчезающие остаточные деформации.

Упругая деформация практически устанавливается мгновенно при приложении деформирующего усилия и также мгновенно исчезает после снятия нагрузки; обычно она составляет доли процента от общей деформации. Этот вид деформации обусловлен небольшим смещением атомов, изменением межатомных и межмолекулярных расстояний и небольшим изменением валентных углов.

Высокоэластическая деформация резин увеличивается во времени по мере действия деформирующей силы и достигает постепенно некоторого предельного (условно-равновесного) значения. Она так же, как и упругая деформация, обратима; при снятии нагрузки высокоэластическая деформация постепенно уменьшается, что приводит к эластическому восстановлению деформированного образца.
Высокоэластическая деформация, в отличие от упругой,характеризуется меньшей скоростью, так как связана с конформационными изменениями макромолекул каучука под действием внешней силы. При этом происходит частичное распрямление и ориентация макромолекул в направлении растяжения. Эти изменения не сопровождаются существенными нарушениями межатомных и межмолекулярных расстояний и происходят легко при небольших усилиях. После прекращения действия деформирующей силы вследствие тепловогодвижения происходит дезориентация молекул и восстановление размеров образца.
Специфическая особенность механических свойств каучуков и резин связана с высокоэластической деформацией.

Пластическая деформация непрерывно возрастает при нагружении и полностью сохраняется при снятии нагрузки. Она характерна для невулканизованного каучука и резиновых смесей и связана с необратимым перемещением макромолекул друг относительно друга.

Скольжение молекул у вулканизованного каучука сильно затруднено наличием прочных связей между молекулами, и поэтому вулканизаты, не содержащие наполнители, почти полностью восстанавливаются после прекращения действия внешней силы.
Наблюдаемые при испытании наполненных резин неисчезающие деформации являются следствием нарушения межмолекулярных связей, а также следствием нарушения связей между каучуком и компонентами, введенными в нею, например вследствие отрыва частиц ингредиентов от каучука. Неисчезающие остаточные деформации часто являются кажущимися вследствие малой скорости эластического восстановления, т. е. оказываются практически исчезающими в течение некоторого достаточно продолжительного времени.

Твердость резины

Твердость резины характеризуется сопротивлением вдавливанию в резину металлической иглы или шарика (индентора) под действием усилия сжатой пружины или под действием груза.

Для определения твердости резины применяются различные твердомеры.
Часто для определения твердости резины используется твердомер ТМ-2 (типа Шора), который имеет притупленную иглу, связанную с пружиной, находящейся внутри прибора.
Твердость определяется глубиной вдавливания иглы в образец под действием сжатой пружины при соприкосновении плоскости основания прибора с поверхностью образца (ГОСТ 263—75). Вдавливание иглы вызывает пропорциональное перемещение стрелки по шкале прибора.
Максимальная твердость, соответствующая твердости стекла или металла, равна 100 условным единицам.
Резина в зависимости от состава и степени вулканизации имеет твердость в пределах от 40 до 90 условных единиц.
С увеличением содержания наполнителей и увеличением продолжительности вулканизации твердость повышается; мягчители (масла) снижают твердость резины.

Теплостойкость

О стабильности механических свойств резины при повышенных температурах судят по показателю ее теплостойкости. Испытания на теплостойкость производят при повышенной температуре (70 °С и выше) после прогрева образцов при температуре испытания в течение не более 15 мин (во избежание необратимых изменений) с последующим сопоставлением полученных результатов с результатами испытаний при нормальных условиях (23±2°С).

Количественной характеристикой теплостойкости эластомеров служит коэффициент теплостойкости, равный отношению значений прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве и других показателей, определенных при повышенной температуре, к соответствующим показателям, определенным при нормальных условиях. Чем ниже показатели при повышенной температуре по сравнению с показателями при нормальных условиях, тем ниже коэффициент теплостойкости.

Полярные каучуки обладают пониженной теплостойкостью.
Наполнители значительно повышают теплостойкость резин.

Износостойкость

Основным показателем износостойкости является истираемость и сопротивление истиранию, которые определяются в условиях качения с проскальзыванием (ГОСТ 12251—77) или в условиях скольжения по истирающей поверхности, обычно, как и в предыдущем случае, по шлифовальной шкурке (ГОСТ 426—77).
Истираемость ( определяется как отношение уменьшения объема образца при истирании к работе, затраченной на истирание, и выражается в м3/МДж .
Сопротивление истиранию ( определяется как отношение затраченной работы на истирание к уменьшению объема образца при истирании и выражается в МДж/м3 .

Истирание кольцевых образцов при качении с проскальзыванием более соответствует условиям износа протекторов шин при эксплуатации и поэтому применяется при испытаниям на износостойкость протекторных резин.

Теплообразование при многократном сжатии

Теплообразование резины при многократном сжатии цилиндрических образцови характеризуется температурой, развивающейся в образце вследствие внутреннего трения (или повышением температуры при испытании).

Морозостойкость резины

Морозостойкость—способность резины сохранять высокоэластические свойства при пониженных температурах. Свойства резин при пониженных температурах характеризуются коэффициентом морозостойкости при растяжении, температурой хрупкости и температурой механического стеклования.
Коэффициент морозостойкости при растяжении (ГОСТ 408—66) представляет собой отношение удлинения образца при пониженной температуре к удлинению его (равному 100%) при температуре 23±2°С под действием той же нагрузки.

Резина считается морозостойкой при данной температуре, если коэффициент морозостойкости выше 0,1.
Температура хрупкости Тхр—максимальная минусовая температура, при которой консольно закрепленный образец резины разрушается или дает трещину при изгибе под действием удара! ГОСТ 7912—74). Температура хрупкости резин зависит от полярности и гибкости макромолекул, с повышением гибкости молекулярных цепей она понижается.

Температурой механического стеклования называется температура, при которой каучук или резина теряют способность к высокоэластическим деформациям.
По ГОСТ 12254—66 этот показатель определяется на образцах,замороженных при температуре ниже температуры стеклования. Образец резины цилиндрической формы нагружают (после предварительного замораживания) и затем медленно размораживают со скоростью 1 °С в минуту и находят температуру, при которой деформация образца начинает резко возрастать.

Сопротивление старению и действию агрессивных сред

Старением называется необратимое изменение свойств каучука или резины под действием тепла, света, кислорода, воздуха, озона или агрессивных сред, т.е. преимущественно немеханических факторов.
Старение активируется, если резина одновременно подвергается воздействию механических нагрузок.

Испытания на старение производят, выдерживая резину в различных условиях (на открытом воздухе, в кислороде или воздух при повышенной температуре; в среде озона или при воздействии света и озона).
При атмосферном старении на открытом воздухе или термическом старении в среде горячего воздуха (ГОСТ 9.024—74) результат испытания оценивают коэффициентом старения, который представляет отношение изменения показателей каких-либо свойств, чаще всего предела прочности и относительного удлинения при разрыве к соответствующим показателям до старения. Чем меньше изменения свойств при старении и коэффициент старения, тем выше сопротивление резины старению.
Сопротивление действию различных сред (масел, щелочей, кислот и др.) оценивается по изменению свойств — предела прочности при растяжении и относительного удлинения при разрыве в 1этих средах.
Оно характеризуется коэффициентом, представляющим отношение показателя после воздействия агрессивной среды к соответствующему показателю до ее воздействия.

ДОЛГОВЕЧНОСТЬ И УСТАЛОСТНАЯ ВЫНОСЛИВОСТЬ РЕЗИН

  • Долговечность резин в условиях статической деформации

Прочность любого твердого тела понижается с увеличением продолжительности действия напряжения и поэтому разрушающая нагрузка не является константой твердого тела.
Разрушающая нагрузка — условная мера прочности только при строго определенных скорости деформации и температуре. Снижение прочности материала, находящегося в статически напряженном состоянии, называется статической усталостью. Продолжительность пребывания тела в напряженном состоянии от момента нагружения до разрушения называется долговечностью материала под нагрузкой.
При температурах ниже ТХР полимеры ведут себя подобно хрупким твердым телам.

  • Долговечность резины в условиях динамических деформаций

Снижение прочности материала вследствие многократных деформаций называется динамической усталостью или утомлением.
Сопротивление резин утомлению или динамическая выносливость выражается числом циклов деформации, необходимым для разрушения образца.
Максимальное напряжение в цикле деформации, соответствующее разрушению образца в условиях многократных деформаций, называется усталостной прочностью, а время, необходимое для разрушения резины в условиях многократных деформаций, — динамической долговечностью.
Наиболее распространенным режимом испытаний на многократное растяжение является режим постоянных максимальных удлинений, который осуществляется на машине МРС-2. Это испытание проводится при постоянной амплитуде и заданной частоте (250 и 500 цикл/мин), а также при постоянном максимальном и среднем значениях деформации.

Влияние структуры и состава резин на ее долговечность.
Как правило, резина имеет высокую усталостную выносливость, если она обладает высокой прочностью, малым внутренним трением и высокой химической стойкостью. Влияние структуры или состава резины на эти свойства различно. Влияние типа каучука, характера вулканизационной сетки наполнителей, пластификаторов,антиоксидантов также неоднозначно.
Методы испытания долговечности выбираются с учетом реальных условий эксплуатации резины, видов и условий деформаций, имеющих решающее значение.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Вклад участников

Сотников Виталий Александрович

Резина

У этого термина существуют и другие значения, см. Резина (значения). Образование резины вулканизацией полиизопрена (натурального каучука) серой

Рези́на (от лат. resina «смола») — эластичный материал, получаемый вулканизацией каучука.

Применяется для изготовления шин для различного транспорта, уплотнителей, шлангов, транспортёрных лент, медицинских, бытовых и гигиенических изделий и др.

Получают из натурального или синтетического каучука методом вулканизации — смешиванием с вулканизирующим веществом (обычно с серой) с последующим нагревом.

Модуль упругости E=1-10 МПа при малых деформациях, коэффициент Пуассона μ=0,4-0,5, соотношение модуля упругости E и модуля сдвига G следующее E=3G.

История

История резины начинается с открытием американского континента. Издревле коренное население Центральной и Южной Америки, собирая млечный сок т. н. каучуконосных деревьев (гевеи), получали каучук. Ещё Колумб обратил внимание, что применявшиеся в играх индейцев тяжёлые монолитные мячи из чёрной упругой массы, отскакивают намного лучше, чем известные европейцам кожаные. Кроме мячей, каучук применялся в быту: изготовления посуды, герметизация днищ пирог, создание непромокаемых «чулков» (правда способ был довольно болезненным: ноги обмазывались каучуковой массой и держались над костром, в результате получалось непромокаемое покрытие); применялся каучук и как клей: с помощью него индейцы приклеивали перья к телу для украшения. Но сообщение Колумба о неизвестном веществе с необычными свойствами осталось незамеченным в Европе, хотя, несомненно, что конкистадоры и первые поселенцы Нового света широко использовали каучук.

Появление в Европе

По-настоящему Европа познакомилась с каучуком в 1738 г., когда вернувшийся из Америки путешественник Ш. Кодамин представил французской академии наук образцы каучука и продемонстрировал способ его получения. Первое время практического применения в Европе каучук не получил.

Первое применение

Первым и единственным применением в течение примерно 80 лет было изготовление ластиков для стирания следов карандаша на бумаге. Узость применения каучука обусловливалась высыханием и твердением каучука.

Непромокаемая ткань

Лишь в 1823 году шотландский химик и изобретатель Чарльз Макинтош нашёл способ возвращения каучуку свойства эластичности. Он изобрёл также водонепроницаемую ткань, получаемую пропиткой плотной материи раствором каучука в керосине. Из этой материи стали изготовлять непромокаемые плащи (получившие по фамилии изобретателя ткани нарицательное название «макинтош»), галоши, непромокаемые почтовые сумки.

Но эти изделия из каучука имели существенный недостаток — затвердевали на холоде и размягчались в жару.

Изобретение резины

В 1839 году американский изобретатель Чарльз Гудьир нашёл способ температурной стабилизации эластичности каучука — смешиванием сырого каучука с серой и последующим нагревом. Этот метод получил название вулканизация, и, вероятно, является первым промышленным процессом полимеризации. Продукт, получаемый в результате вулканизации, был назван резиной. После открытия Гудьира резина стала широко использоваться в машиностроении в качестве различных уплотнителей и рукавов и в зарождающейся электротехнике, индустрия которой остро нуждалась в хорошем изоляционном эластичном материале для изготовления кабелей.

Каучуковая лихорадка

Основная статья: Каучуковая лихорадка

Развивающееся машиностроение и электротехника, а позже автомобилестроение потребляли всё больше резины. Для этого требовалось всё больше сырья. Из-за увеличения спроса в Южной Америке стали возникать и быстро развиваться огромные плантации каучуконосов, выращивающие монокультурно эти растения. Позже центр выращивания каучуконосов переместился в Индонезию и Цейлон.

Шинная и резиновая промышленность в дореволюционной России

Производство автомобильных шин, резинотехнических изделий и резиновой обуви в дореволюционной России в основном было сосредоточено в трёх городах: Санкт-Петербурге — «Треугольник» (ныне «Красный треугольник»), в Риге — «Проводник» и «Россия» и в Москве — «Богатырь» (позже «Красный богатырь»), «Вулкан» (ныне «Альфапластик»).

Производство синтетических каучуков

После того, как резина стала широко применяться и природные источники каучука не могли покрыть возросшие потребности, стало ясно, что надо найти замену сырьевой базе в виде каучуконосных плантаций. Проблема усугублялась тем, что плантациями монопольно владели несколько стран (основной из них была Великобритания), кроме того, сырьё было достаточно дорогим из-за трудоёмкости выращивания каучуконосов и сбора каучука и больших транспортных расходов.

Поиск альтернативного сырья шёл двумя путями:

  • Поиск растений-каучуконосов, которых можно было бы культивировать в субтропическом и умеренном климате. В США инициаторами этого направления были Томас Эдисон и Генри Форд. В России и СССР над этой проблемой работал Николай Вавилов.
  • Производство синтетических каучуков из нерастительного сырья. Начало этому направлению дали опыты Майкла Фарадея по исследованию химического состава и структуры каучука. В 1878 году Гюстав Бушарда открыл реакцию превращения изопрена в каучукоподобную массу. В 1910 году Иван Кондаков открыл реакцию полимеризации диметилбутадиена.

Интенсивно производство синтетических каучуков стало развиваться в СССР, который стал пионером в этой области. Это было связано с острой нехваткой резины для интенсивно развивающейся промышленности, отсутствием эффективных природных каучуконосов на территории СССР и ограничением поставок каучуков из-за рубежа. Проблема налаживания крупнотоннажного промышленного производства синтетической резины была успешно решена, несмотря на скептицизм некоторых зарубежных специалистов (самый известный из них — Эдисон).

Применение

Резина используется в производстве автомобильных, мотоциклетных и велосипедных шин, резино-технических изделий, — это транспортёрные ленты, приводные ремни, напорные и напорно-всасывающие рукава, дюритовые изделия, технические пластины, резиновые кольца различных уплотнителей, виброизоляторов и вибродемпферов, а также резиновых напольных покрытий и резиновой обуви например, сапог, галош.

Из резины изготавливаются презервативы (средство контрацепции), медицинские и защитные перчатки, специальные костюмы для войск РХБЗ и гражданской обороны (шлем-маски противогазов, ОЗК, Л-1 и т. д.).

Производство резинотехнических изделий

Прорезиненные ткани изготавливают из льняной, хлопчатобумажной или синтетической ткани пропиткой резиновым клеем (специальная резиновая смесь, растворённая в бензине, бензоле или другом подходящем легколетучем органическом растворителе. После испарения растворителя получается прорезиненная ткань.

Для получения резиновых трубок и уплотнителей с различными профилями сырую резину пропускают через шприц-машину, в которых разогретая (до 100—110°) смесь продавливается через профилирующую головку. В результате получают профиль или трубу, которые затем вулканизируют либо в вулканизационном автоклаве при повышенном давлении либо в вулканизационной «трубе» при нормальном давлении в среде циркулирующего горячего воздуха, либо в расплаве солей.

Изготовление дюритовых рукавов — резиновых шлангов, армированных волокнистой или проволочной оплёткой происходит следующим образом: из каландрованной резиновой смеси вырезают полосы и накладывают их на металлический дорн, наружный диаметр которого равен внутреннему диаметру изготавливаемого рукава. Края полос смазывают резиновым клеем и прикатывают роликом, затем накладывают один или несколько парных слоев ткани либо оплетают металлической проволокой и промазывают их резиновым клеем, а сверху накладывают ещё слой резины. Далее собранную заготовку бинтуют увлажнённым бинтом и вулканизируют в автоклаве.

Производство автомобильных покрышек

Основная статья: Автомобильная шина

Автомобильные камеры изготовляют из резиновых труб, шприцованных или склеенных вдоль камеры. Существует два способа изготовления камер: формовый и дорновый. Дорновые камеры вулканизируют на металлических или изогнутых дорнах. Эти камеры имеют один или два поперечных стыка. После стыкования камеры в месте стыка подвергают вулканизации. При формовом способе камеры вулканизируют в индивидуальных вулканизаторах, снабженных автоматическим регулятором температуры. После изготовления во избежание склеивания стенок, внутрь камеры вводят молотый тальк.

Автомобильные покрышки собирают на специальных станках из нескольких слоев особой ткани (корд), покрытой резиновым слоем. Тканевый каркас, то есть скелет шины, тщательно прикатывают, а кромки слоев ткани заворачивают. Снаружи каркас покрывают двумя слоями металлокордного брекера, затем в беговой части покрывают толстым слоем резины, называемым протектором, а на боковины накладывают более тонкий слой резины. Собранную таким образом шину (сырую шину) подвергают вулканизации. Перед вулканизацией на внутреннюю часть сырой шины наносят антиадгезионную специальную разделительную смазку (окрашивают) для исключения прилипания к раздувающей диафрагме и лучшего скольжения диафрагмы во внутренней полости шины при формовании.

Хранение резиновых изделий

Шкафы для резиновых изделий должны иметь плотно закрывающиеся дверцы, гладкую внутреннюю поверхность. Жгуты, зонды хранятся в подвешенном состоянии на съемных вешалках, расположенных под крышкой шкафа. Резиновые грелки, накладные круги, пузыри для льда хранят слегка надутыми. Съемные резиновые части приборов необходимо хранить отдельно. Эластичные катетеры, перчатки, бужи, резиновые бинты, напальчники хранят в плотно закрытых коробках, пересыпав молотым тальком. Резиновые бинты пересыпают тальком по всей поверхности и хранят в скатанном виде.

Отдельно хранят прорезиненную ткань в рулонах, горизонтально подвешенную на стойках. Можно хранить её на полках, уложенной не более чем в 5 рядов. Эластичные лаковые бужи, катетеры, зонды хранят в сухом месте. Изделия бракуются, если появляется их клейкость и размягчение.

При потере эластичности резиновых перчаток их помещают в теплый 5%-ный раствор аммиака на 15 мин, затем разминают и помещают на 15 минут в 5%-ном водно-глицериновом растворе с температурой 40—50 °С.

Разновидности резин

Резины делятся по назначению:

  • маслобензостойкие;
  • кислотостойкие;
  • агрессивостойкие;
  • теплостойкие;
  • температуростойкие;
  • озоностойкие;
  • токопроводящие;

См. также

  • Латекс
  • Паронит

Примечания

Ссылки

  • Н. Корзинов. Битва за резину
  • Новый резиновый материал.
  • Выставка Шины, РТИ, Каучуки. Москва, ЦВК «Экспоцентр».
  • Характеристики резины
  • Резина

Для улучшения этой статьи желательно:

  • Переработать оформление в соответствии с правилами написания статей.
  • Проставив сноски, внести более точные указания на источники.

Как делают автомобильные шины? Технология производства

Говоря об автомобильной резине, мы редко задумывается из чего и как делают этот товар. А между тем всё не так просто, как может показаться на первый взгляд. Технология производства покрышек включает множество этапов и нюансов. Начальной стадией создания автомобильных шин является разработка их профиля и рисунка протектора посредством специализированных компьютерных программ объёмного моделирования. Далее компьютер просчитывает и анализирует эффективность шины в различных ситуациях и условиях эксплуатации, после чего устраняются недостатки, пробные образцы нарезаются на специальных станках вручную и тестируются в реальных условиях.

В результате испытаний происходит сбор информации для сравнения с показателями лидеров рынка того же класса, после чего осуществляется финальная доводка, предшествующая запуску на конвейер и массовому производству.

Изготовление резиновой смеси

Материал, из которого изготовлена покрышка, имеет первостепенное значение. Следует понимать, что шины различных производителей существенно отличаются в первую очередь свойствами резины, состав которой зачастую является коммерческой тайной. Столь серьёзный подход объясняется тем, что резиновая смесь определяет технические характеристики шин, включая:

  • Уровень сцепления с дорогой.
  • Долговечность и надежность.
  • Сезонность и износостойкость.

Состав резины современных автопокрышек включает множество материалов и компонентов: всевозможных присадок и химических соединений, которые и определяют свойства и поведение шин. Подбором и комбинацией этих элементов занимаются целые лаборатории в каждой компании, ведь именно химические добавки и их дозировка позволяют изделию превзойти конкурентов. Базой же для всех служит обычная резина, состав которой ни для кого не является секретом. Она состоит из:

  1. Каучука, который бывает изопреновым (натуральным) и синтетическим, и является основой резиновой смеси (от 40 до 50 процентов состава).
  2. Технического углерода (промышленная сажа), благодаря молекулярным соединениям которого шина имеет не только чёрный цвет, но и становится прочной и устойчивой к износу и температурам (от 25 до 30 процентов состава).
  3. Кремниевой кислоты, повышающей показатели сцепления покрышки с влажным покрытием, и применяемой в основном иностранными шинниками (примерно 10 процентов состава).
  4. Смол и масел, выступающих вспомогательными составляющими для обеспечения мягкости и эластичности изделия (около 10-15 процентов состава).
  5. Вулканизирующих агентов, роль которых чаще всего отводится соединениям серы и специальным активаторам.

Отметим, что российский каучук признан лучшим во всём мире, а потому востребован и применяется большинством ведущих мировых компаний-производителей. А поскольку синтетический каучук уступает натуральному по всем показателям, то в этой области РФ останется лидером ещё очень долго.

Производство компонентов

Технологический процесс создания шины, кроме прочего, включает в себя несколько параллельных этапов изготовления её компонентов, среди которых:

  • Прорезиненная лента – это первичная заготовка для изготовления протектора, разрезаемая в зависимости от требуемого размера.
  • Брекер и каркас – элементы, несущие ответственность за устойчивость к порезам, прорывам и прочим повреждениям. Также брекер и каркас отвечают за жёсткость всей конструкции покрышки.
  • Борт шины — является наиболее жёсткой её частью, и обеспечивает герметичность при монтаже на обод колеса.

В качестве материала для каркаса и брекера современных шин служит либо металлокорд, либо стекловолокно. Последнее применяется при изготовлении покрышек класса «премиум», в то время как металлокорд незаменим в моделях, предназначенных для оснащения грузового автотранспорта.

Сборка и вулканизация

Заключительным этапом производства автопокрышки является сборка. Данная технологическая процедура выполняется методом наложения слоев каркаса, боковин, борта и протекторной части, и осуществляется на специальном сборочном барабане. После компоновки и придания нужной формы все составляющие элементы соединяются в монолитную конструкцию посредством процедуры вулканизации. Далее изделие проходит необходимые проверки, маркируется и отправляется на рынки по всему миру.

Видео по теме:

Dimka7171 ›
Блог ›
Из чего делают шины

ИЗ ЧЕГО ДЕЛАЮТ ШИНЫ ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ?

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ШИН

Главным материалом для шины является резина. Она бывает разной и может изготавливаться как из синтетического, так и из натурального каучука. Наиболее часто встречаются шины изготовленные из синтетического каучука, так как он прост в разработке и намного дешевле и по качестве не уступает натуральному каучуку.

Второй по количественным показателям элемент состава шины – углерод технический (сажа). На его долю приходится примерно 30% всей смеси. Для чего используется углерод? По сути, это скрепляющий компонент смеси, действующий на молекулярном уровне. Без использования сажи шины были бы недолговечными, непрочными и отличались бы повышенным износом.

автомобильные шины делают из одних и тех же материалов
Сегодня вместо технического углерода используется сера. Но выбор того или иного компонента – скорее, вопрос экономической целесообразности. С технологической точки зрения разница невелика.
Еще одна альтернатива техническому углероду – кремниевая кислота. Она используется в качестве замены сажи по причине, что последняя постоянно дорожает. Впрочем, это решение вызывает определенные споры в кругу профессионалов, и связаны они с тем, что кремниевая кислота при низкой прочности обладает более высокой способностью к сцеплению с мокрой поверхности дороги. То есть, теряя в износостойкости, мы обретаем лучшее сцепление.

В качестве добавок для приготовления компаундов применяются различные масла и смолы. Они выполняют смягчающую функцию, что особенно важно при производстве зимней резины.

Факт присутствия в резине кремниевой кислоты, крахмала кукурузы или других добавок, на которых делается реклама — ничего не значит. Важно изобрести, а потом и соблюсти рецепт, который бы с применением этих компонентов обеспечил превосходные характеристики авто шины. А это удается не всем производителям.

Можно подвести итог, что автомобильные шины изготавливаются либо из резины, либо из других материалов, но с добавлением каучука. У производителей шин имеется свой оптимальный химический состав, который определяет различные характеристики. Один производитель делает упор на срок службы, другой — на скоростные характеристики, а третий — на поведение шины на мокрой дороге. Эти характеристики определяют цену и качество покрышки.