Разница между натуральным и вулканизированным каучуком

07.06.2020

// Резиновые смеси Каучук природного происхождения — это хороший исходный материал для получения деталей не всегда. Это сопряжено с минимальным показателем его эластичности, которая сильно зависит от температуры вокруг. Каучук переходит в твердое состояние при температуре близкой к 0 градусов, а при понижении далее он переходит в хрупкое состояние. Показатель температуры выше +30 градусов приводит к размягчению материала, а его последующий нагрев вызывает расплавление. После этого охлаждение не приводит к восстановлению его первоначальных характеристик. Еще одна особенность природного каучука – высокая степень его растворения органическими составами. Чтобы закрепить конкретные преимущества каучука, попутно избавить его от недостатков, используется такой подход, как вулканизация.

Как появился каучук?

Хроника появления каучука в странах Европы каучука началась тогда, когда Колумб в 1493 году привез с нового континента диковинные сокровища. Среди них оказался удивительно прыгучий мяч, который сделали местные туземцы из млечного сока дерева гевеи. Этот сок индейцы называли «каучу» (от «кау» — дерево, «чу» — слезы, плакать) и использовали в ритуальных обрядах. Название закрепилось и при испанском королевском дворе. Однако в Европе о существовании необычного материала забыли вплоть до 18 века.

Всеобщий интерес к каучуку возник лишь после того как французский мореплаватель Ш. Кондамин в 1738 году представил ученым из Парижской академии наук некий упругий материал, образцы изделий из него, его описание и методы добычи. Эти вещи Ш. Кондамин привез из экспедиции по Южной Америке. Там туземцы делали различные предметы обихода из смолы особых деревьев. Такой материал получил название «резина», от лат. resina – «смола». Именно с этих пор и начался поиск способов применения этого вещества.

Резина как конечный продукт вулканизации

Техническая резина – это композиционный состав, содержащий до 20 компонентов, чтобы обеспечить его характеристики. Для создания резины каучук проходит вулканизацию. Процесс сопровождается формированием макромолекул, которые обеспечивают эксплуатационные характеристики резины, чтобы сделать ее более прочной. Базовое отличие резины от ряда иных материалов состоит в том, что она имеет способность к эластичным деформациям, происходящим при различных температурах, начиная с комнатной и ниже. По ряду характеристик резина сильно превышает каучук, в частности, она прочная, эластичная, стойкая к перепадам температур, химическим и агрессивным воздействиям и прочим факторам.

Ценность каучука

Сегодня наиболее массовое применение каучук получил в производстве резины. Современная промышленность изготавливает различные виды для автомобильных, авиационных, велосипедных покрышек. Ее используют при изготовлении всевозможных уплотнителей для разъемных элементов в гидравлических, пневматических и вакуумных устройствах.

Продукт, полученный в процессе вулканизации каучука серой и другими химическими элементами, используют для электроизоляции, в производстве медицинских и лабораторных приборов и приспособлений. Кроме того, различные каучуки применяются для изготовления конвейерных лент, работающих под большими нагрузками, антикоррозийных покрытий котлов и труб, различных видов клея и тонкостенных высокопрочных мелких изделий. Синтезирование искусственного каучука дало возможность создать некоторые виды твердого ракетного топлива, где этот материал играет роль горючего.

Применение[ | ]

Резина используется в производстве автомобильных, мотоциклетных, велосипедных и авиационных шин, резинотехнических изделий, — в том числе транспортёрных лент, приводных ремней, напорных и напорно-всасывающих рукавов, дюритовых изделий, технических резиновых пластин, резиновых колец, манжет и других уплотнителей, виброизоляторов и вибродемпферов, а также резиновых напольных покрытий, в том числе резинового линолеума и резиновой обуви например, сапог, галош.

Гуммирование (нанесение резинового или эбонитового слоя) на металлические изделия широко применяется для защиты их от коррозии и других вредных воздействий. Во многих отраслях промышленности, таких как производство бумаги, металлопроката, пленки, металлической упаковки, мебельных щитов используются гуммированные валы.

Из латекса 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.).

Помимо прочих ценных свойств резины заметное место занимает её высокая амортизационная способность, обусловленная высоким внутренним трением и, соответственно,большими тепловыми потерями при деформации, то есть преобразованием механической энергии деформации в тепловую. Косвенно амортизационная способность определяется по показателю эластичности при отскоке, для чего разработаны различные приборы: «Прибор типа Шоба», упругомер и т. п.[1]

Что такое вулканизация каучука и что она дает?

Технологический процесс вулканизации подразумевает смешение каучука, серы и других веществ в необходимых пропорциях. Их подвергают тепловой обработке. При нагревании каучука с агентом серы молекулы этого вещества скрепляются друг с другом серными связями. Некоторые их группы образуют единую трехмерную пространственную сетку.

В состав каучука входит большое количество углеводорода полиизопрена (C5H8)n, белков, аминокислот, жирных кислот, соли некоторых металлов и другие примеси.

В молекуле природного каучука может присутствовать до 40 тысяч элементарных звеньев, он не растворяется в воде, но прекрасно расщепляется в органических растворителях. Однако если каучук способен практически полностью раствориться в бензине, то резина в нем лишь разбухнет.

Вулканизация этого материала способствует снижению пластических показателей резины, оптимизирует степень ее набухания и растворимость при непосредственном контакте с органическими растворителями.

Процесс вулканизации каучука обеспечивает полученный материал более прочными свойствами. Резина, изготовленная по такой технологии, способна сохранять эластичность в широком диапазоне температур. В то же время нарушения технологического процесса в виде увеличения добавления серы приводят к появлению твердости материала и утрате эластичных способностей. В результате получается совсем другое вещество, которое называют эбонитом. До появления современных видов пластмасс эбонит считался одним из лучших изолирующих материалов.

Горячая вулканизация

У такой процедуры имеется собственная технология, которая имеет характерные черты. Отформованная из сырого каучука заготовка дополняется конкретным объемом серы и особых добавок. Количество серы в составе составляет примерно 5-10 процентов. Определяется ее объем в добавке в зависимости от твердости и будущего использования готового элемента. Помимо серы можно добавить роговой каучук, в составе которого процент серы составляет 20-50. Далее из полученного сырья формуются заготовки, которые требуется нагреть, то есть, вулканизировать. Для нагрева используется несколько разных методик. Размещают будущие изделия в формах из металла или заворачивают в ткань. Такие конструкции устанавливают в печи, которая разогревается до 130-140 градусов. Повысить качество и скорость вулканизации можно за счет формирования в печи повышенного давления. Изделия после формования можно поместить в автоклав, который содержит разогретый водяной пар. Так же их можно поместить в нагреваемый пресс. Такая методика стала наиболее распространеннной на практике. Каучук после прохождения вулканизации имеет свойства, которые продиктованы рядом условий. Это и приводит к тому, что вулканизация считается наиболее сложной операцией, необходимой при выпуске резины. Качество сырья и используемые методики обработки перед вулканизацией тоже имеют огромное значение. Важными моментами становятся выбранный метод, его длительность, температура и объем серы, которая дополняет каучук. Готовый продукт имеет характеристики, которые зависят и от присутствия примесей, имеющих различное происхождение.

Изготовление резиновых опорных частей (РОЧ, РОЧс, РОЧр, ЛРОЧ, ЛПРОЧ, НРОЧ)

Подробнее

Альтернативные методики

Тем не менее наука, как известно, не стоит на месте. Сегодня известны и другие вулканизирующие агенты, однако сера до сих пор остается наиболее приоритетной. Для ускорения вулканизации каучука используется 2-меркаптобензтиазол и кое-какие его производные. В качестве альтернативных методик проводят ионизирующую радиацию с применением некоторых органических пероксидов.

Обычно при любом виде вулканизации в качестве исходного сырья используют смесь каучука и различных добавок, придающих резине требуемые свойства или улучшающих ее качество. Добавление наполнителей, например, сажи и мела, способствует снижению стоимости полученного материала.

В результате технологического процесса продукт вулканизации каучука приобретает высокую прочность и хорошую эластичность. Именно поэтому в качестве сырья для изготовления резины используют различные виды натуральных и синтетических каучуков.

Производство резинотехнических изделий[ | ]

Запрос «резинотехнические изделия» перенаправляется сюда. На эту тему нужно создать отдельную статью.

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 (экструдер), 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: формовой 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.

Перспективы дальнейшего развития

Благодаря развитию технологий производства синтетического каучука производство резины перестало полностью зависеть от натурального материала. Тем не менее современные технологии не вытеснили потенциал природного ресурса. На сегодняшний день доля потребления натурального каучука в производственных целях составляет около 30%.

Уникальные качества природного ресурса обеспечивают незаменимость каучука. Он необходим в производстве крупногабаритных резинотехнических изделий, например, при изготовлении покрышек для спецтехники. Самые известные в мире производители шин используют в своих технологиях смеси натурального и синтетического каучуков. Именно поэтому наибольший процент применения естественного сырья выпадает на шинный сектор промышленности.

Хранение резиновых изделий[ | ]

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

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 тёплый 5%-ый раствор аммиака на 15 мин., затем разминают и помещают на 15 мин. в 5%-ом водно-глицериновом растворе температурой 40-50°С.

Литература[ | ]

• Дзевульский В. М.
  Технология металлов и дерева. — М.: Государственное издательство сельскохозяйственной литературы. 1995.С.438-440.
• Резиновая смесь // Проба — Ременсы. — М. : Советская энциклопедия, 1975. — С. 586. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 21).
• Резиновые изделия / Альтзицер В. С. // Проба — Ременсы. — М. : Советская энциклопедия, 1975. — С. 586. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 21).

Свойства материала

От вида примененного реагента во многом зависят эксплуатационные свойства полученной вулканизированной резины и изделий из нее. К таким характеристикам относят устойчивость к пребыванию в агрессивных средах, скорость деформирования при сжатии или повышении температуры, сопротивляемость термоокислительным реакциям.

Читать также: Прямозубое цилиндрическое зубчатое колесо

Возникающие связи необратимо ограничивают подвижность молекул под механическим воздействием, одновременно сохраняя высокую эластичность материала со способностью к пластическим деформациям. Структура и численность этих связей определяется методом вулканизации резины и использованными для нее химическими агентами.

Процесс протекает не монотонно, и отдельные показатели вулканизируемой смеси в своем изменении достигают своего минимума и максимума в разное время. Наиболее подходящее соотношение физико-механических характеристик получаемого эластомера называется оптимумом.

Вулканизируемый состав, помимо каучука и химических агентов, включает ряд дополнительных веществ, способствующих производству резин с заданными эксплуатационными свойствами. По назначению их делят на ускорители (активаторы), наполнители, мягчители (пластификаторы) и противостарители (антиокислители). Ускорители (чаще всего это оксид цинка) облегчают химическое взаимодействие всех ингредиентов резиновой смеси, способствуют сокращению расхода сырья, времени на его переработку, улучшают свойства вулканизаторов.

Наполнители, такие как мел, каолин, сажа, повышают механическую прочность, сопротивление износу, истиранию и другие физические характеристики эластомера. Пополняя объем исходного сырья, они тем самым уменьшают расход каучука и понижают себестоимость получаемого продукта. Мягчители добавляют для повышения технологичности обработки резиновых смесей, снижения их вязкости и увеличения объема наполнителей.

Также пластификаторы способны повышать динамическую выносливость эластомеров, стойкость к истиранию. Стабилизирующие процесс антиокислители вводятся в состав смеси, чтобы предупредить «старение» каучука. Разные комбинации этих веществ применяют при разработке специальных рецептур сырой резины для прогнозирования и корректировки процесса вулканизации.

Ссылки[ | ]

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