Каучуки и резиновые материалы

Каучуки (эластомеры) являются высокомолекулярными полимерными материалами, находящимися при обычных температурах в высокоэластичном физическом состоянии. У каучуков линейное строение макромолекул, которые многократно изогнуты и свернуты в клубки. При растягивании каучука молекулы распрямляются, а в случае снятия механической нагрузки макромолекулы возвращаются в свернутое состояние.

Сырой каучук при комнатных температурах липкий, недостаточно прочен. С понижением температуры до (-40…-70 С) переходит в стеклообразное физическое состояние и становится хрупким.

Каучуки применяются для изготовления резины и резиновых изделий. Используют натуральный НК и различные синтетические каучуки СК.

Натуральный каучук встречается во многих растениях тропического пояса. Лучшим каучуконосом является бразильская гевея, происходящая из бассейна реки Амазонки (Южная Америка). Это дерево достигает высоты 45 метров при 2,5…2,8 метров в обхвате. Каучук в гевее находится в виде взвеси мелких частиц диаметром 0,5…1,0 мкм в млечном соке. На языке местных индейцев: «кау» - дерево, «учу» - плакать, течь.

По своему строению натуральный каучук представляет собой полимерное соединение изопрена и имеет стереорегулярное прост- ранственное расположение групп СН по одну сторону от двойной ковалентной связи С=С (цис - конфигурация) (рис.124).

Рис. 124. Строение натурального каучука.

Производится широкий ассор- тимент синтетических каучуков, раз- личных по составу и потреби- тельским свойствам. В качестве мо- номеров для их производства ис- пользуются изопрен, бутадиен, сти- рол, хлоропрен и др. По областям применения раз- личают каучуки общего и специ- ального назначения. Каучуки обще-

го назначения обладают комплексом свойств, позволяющим применять их для производства широкого круга изделий, для которых необходимо основное свойство резин – высокая эластичность при обычных температурах (шины, транспортерные ленты, обувь др.). Каучуки специального назначения должны обладать свойствами, обеспечивающими работоспособность изделий в специфических, часто экстремальных условиях: стойкостью к действию растворителей, масел, кислорода, озона, тепло- и морозостойкостью (т.е. способностью сохранять высокую эластичность в широком диапазоне температур) и другими специфическими свойствами.

Примеры некоторых синтетических каучуков. Среди каучуков общего назначения широко распространены бутадиеновые СКД (стереорегулярный 1,4-цис-полибутадиен) и изопреновые СКИ (1,4-цис-полиизопрен) каучуки.

Они обладают высокой прочностью, эластичностью, износостойкостью и невысокой стоимостью, что обусловливает их широкое применение в производстве разнообразных резиновых изделий.

Для модификации потребительских свойств каучуков широко используют сополимеризацию – диен полимеризуют с добавлением какого – либо алкена. Такой полимер состоит из элементарных звеньев двух различных типов. Таким сополимером является еще один распространенный СК-бутадиеновый каучук (СКС). Он применяется не только при производстве резиновых изделий, но также является основой строительного латекса и латексно – эмульсионных красок.

Бутилкаучук (БК) – сополимер 2-метилпропена с небольшим коли- чеством изопропена – относится уже к каучукам специального назначения, так как обладает высокой стойкостью к различным воздействиям, поэтому его используют для электроизоляции, антикоррозионных и теплостойких покрытий.

Полихлоропропеновые каучуки (наирит, неопрен) – обладают высокой масло -, бензо-, озоностойкостью.

Кремний-органические каучуки–полиорганосилоксаны- помимо тепло- и морозостойкости и высоких электроизоляционных свойств обладают еще и физиологической инертностью, что обусловливает их применение в изделиях пищевого и медицинского назначения.

Получение резиновых материалов проводят путем нагрева каучуков со специальными добавками – вулканизаторами (серой, органическими пере- кисями и др.). При этом атомы вулканизатора вступают в химическое взаимодействие с линейными молекулами каучука по месту некоторых двойных связей, образуя поперечные ковалентные связи. В результате, вместо линейного строения макромолекул каучука, образуется пространственная сетчатая структура резинового материала. Такой процесс преобразования структуры материала называется вулканизацией.

1.Наполнители – повышают физико-механические свойства резин: прочность, износостойкость, сопротивление истиранию. К наполнителям относятся различные типы саж (технический углерод), минеральные вещества (мел СаСО , ВаSО , гипс СаО 2Н О, тальк 3MgOSiO 2H O, оксид кремния SiО );

2.Пластификаторы (мягчители) – вещества, которые улучшают технологические свойства резины, облегчают ее обработку (понижают вязкость системы). Введение пластификаторов повышает динамическую выносливость резины, сопротивление истиранию. В качестве пласти- фикаторов используются продукты переработки нефти (мазут, гудрон, парафины), вещества растительного происхождения (канифоль), жирные кислоты (стеариновая, олеиновая) и другие;

3.Антиокислители (стабилизаторы, противостарители) вводят в резиновую смесь для предупреждения «старения» каучука, т. е. повышения долговечности резиновых изделий;

4.Ускорители вулканизации – улучшают свойства вулканизаторов, сокращают время вулканизации и расход основного сырья. В качестве ускорителей используются неорганические соединения (оксид магния MgO, оксид свинца PbO и другие) и органические: дитиокарбаматы, тиурамы, ксантогенаты и другие;

5.Активаторы ускорителей вулканизации облегчают реакции взаимодействия всех компонентов резиновой смеси. В основном в качестве активаторов применяют оксид цинка.

Для повышения эксплутационных свойств некоторых резиновых изделий (шин, лент транспортеров др.) в конструкцию этих изделий вводят корд, служащий каркасом (крученая пряжа, металлическая проволока и др.).

В различных областях техники применяется большое количество марок резиновых материалов, отличающихся своими свойствами. По областям применения резины используются для следующих назначений:

резины для изготовления шинной продукции с использованием каучуков общего назначения: НК, СКИ-3, СКД, СКС и др. и до 40 – 50 видов добавок – ингридиентов;

резины для резинотехнических изделий (прокладок, уплотнителей, шлангов и т.д.), в которых применяются до 30 видов каучуков специального и общего назначения и до 100 различных ингридиентов.

Краткая характеристика каучуков и резин дана ниже.