Резиновые материалы и клеи

Резиновые материалы. Резина — продукт хи­мического превращения (вулканизации) синте­тического и натурального каучуков. Взаимодей­ствуя с вулканизирующими веществами, каучуки претерпевают внутренние химические измене­ния, в результате которых образуется резина.

Резина обладает высокой эластичностью, что позволяет изделиям из нее выдерживать значи­тельные деформации. Эластичность сочетается с высоким сопротивлением разрыву, истиранием, способностью поглощать ко­лебания, газо- и водонепро­ницаемостью, химической стойкостью и ценными ди­электрическими свойствами.

Резина — это смесь раз­личных компонентов. Свой­ства резиновых изделий оп­ределяются их различным соотношением. К составляю­щим резиновых смесей от­носятся каучук, вулканизи­рующие вещества, ускори­тели вулканизации, актива­торы, ускорители, наполни­тели, противостарители, смягчители и красители.

Основой резиновых смесей служит натураль­ный или искусственный каучук. Каучук подверга­ют вулканизации — горячей или холодной для придания материалу требуемой прочности, упру­гости и т. д. В качестве вулканизирующего веще­ства в каучук вводят 2—3% серы. Так как вул­канизация — длительный процесс, то для его ускорения вводят 0,5—1,5% ускорителей вулка­низации (окись магния, окись цинка и др.)- В ка­честве активаторов ускорителя применяют цин­ковые белила и магнезию.

Для придания необходимых физико-механи­ческих свойств резиновым изделиям в компози­цию вводят наполнители. Наполнители делят на порошкообразные и ткани. К порошкообразным наполителям относят сажу, каолин, углекислый марганец, мел, тальк, сернокислый барий и др. Тканевыми силовыми наполнителями служат корд и рукавные ткани.

При окислении каучука резины стареют, теря­ют эластичность, становятся хрупкими, т. е. при старении необратимо изменяются физико-механи­ческие свойства. Поэтому в состав резиновых сме­сей вводят противостарители: вазелин, воск, па­рафин, ароматические амины и др. Для облегче­ния совмещения каучука с порошкообразным на­полнителем и придания необходимой мягкости добавляют мягчители: стеариновую и олеиновую кислоты, канифоль, парафин, сосновую смолу. Красители — охру, ультрамарин и пр. вводят в количестве до 10% массы каучука.

При изготовлении резины и изделий из нее вначале получают сырую резину, представляю­щую собой смесь каучука с наполнителями и вулканизирующими веществами. Затем сырую резину вулканизируют, нагревая до 145—150°С. Горячую вулканизацию производят в специаль­ных котлах в атмосфере насыщенного водяного пара при небольших давлениях либо в горячей воде или в горячем воздухе. Если процесс фор­мования резиновых изделий выполняют в ме­таллических формах, то пресс-формы нагревают для совмещения формообразования с вулканиза­цией. При вулканизации каучук вступает в хими­ческое взаимодействие с вулканизирующими ве­ществами и образуется эластичная резина.

В зависимости от вида каучука и количества и вида наполнителей получают изделия с самы­ми различными свойствами. Существуют резины кислотостойкие, маслостойкие, теплостойкие и др, Свойства вулканизированных резин опре­деляются характеристикой каучуков.

Резины из СКВ (синтетического бутадие­нового каучука) имеют удовлетворительную ме­ханическую прочность и морозостойкость, ограни­ченную теплостойкость, сравнительно малую эластичность, легкую окисляемость, ограничен­ную химическую стойкость и газонепроницае­мость. Резина применяется для изготовления почти всех видов резиновых деталей, особенно для изготовления автомобильных шин.

Нейритовые резины обладают высокой прочностью, теплостойкостью до 11О—120°С, ма­лой набухаемостью в бензинах и маслах, доста­точной атмосферостойкостью и химической ус­тойчивостью. Они применяются преимущественно для изготовления маслоупорных и бензоупорных, а также термостойких изделий: спецодежды, об­кладки для химической аппаратуры и валов, транспортных лент, оболочки аэростатов, проти­вогазных шлемов, оболочки электрических кабе­лей, различных клеев и заменителей кожи.

Полисульфидные резины имеют не­высокую прочность, морозостойкость и тепло­стойкость, повышенную бензо- и маслостойкость, высокую газонепроницаемость и применяются для изготовления шлангов, труб, рукавов, про­кладок для бензина, масла и бензола.

Изопреновые резины обладают высо­кой прочностью при растяжении и при истира­нии, эластичностью и морозостойкостью, ограни­ченной теплостойкостью (80—100°С), повышен­ной окисляемостью, набухаемостью в бензинах и маслах, ограниченной химической стойкостью и газонепроницаемостью, пригодны для изготовле­ния изделий общего назначения.

Из резины изготовляют ремни, ленты, рука­ва, сальники, манжеты, прокладки, шины, дета­ли электрооборудования, предметы массового по­требления и многое другое.

При содержании в сырой резине более 25% вулканизирующих веществ после ее вулканиза­ции получается эбонит (твердая резина). Эбо­нит обладает высокой химической стойкостью, хорошими диэлектрическими свойствами, легко обрабатывается, но имеет низкую теплостой­кость. Применяют для производства деталей сла­боточной аппаратуры, в химическом машино­строении и т. д.

Клеи. Они предназначены для создания из различных материалов неразъемных соединений требуемой прочности. В общем виде такие соеди­нения состоят из склеиваемых материалов и кле­евого слоя между ними. Процесс склеивания основан на сцеплении клея с поверхностью мате­риалов. Способ склеивания упрощает и ускоря­ет технологический процесс изготовления изде­лий.

Клеевые соединения во многих случаях явля­ются наиболее рациональными, а в некоторых случаях единственно возможными видами соеди­нений. Возрастающее значение клеев связано прежде всего с теми преимуществами, которые имеют клеевые соединения по сравнению с за­клепочными, болтовыми, сварными и другими со­единениями. Это, в первую очередь, возможность соединения между собой самых разнородных ма­териалов. Современными клеями склеивают раз­личные пластические массы, силикатные и орга­нические стекла, натуральные и искусственные кожи, каучуки и резины, фарфор, керамику, бе­тон, изделия из бумаги, различные породы дере­ва, хлопчатобумажные и шерстяные ткани, изде­лия из синтетических волокон, а также сталь, серебро, медь, алюминиевые, магниевые, титано­вые сплавы и другие металлы, неметаллические материалы и их сочетания.

Важным свойством клеевых соединений на ос­нове синтетических клеев является их атмосферостойкость, способность противостоять коррозион­ным воздействиям и гниению. К числу преиму­ществ клеевых соединений можно также отнес­ти: исключение изготовления отверстий под бол­ты или заклепки, ослабляющие скрепляемые элементы; более равномерное распределение на­пряжений в соединениях; ровная поверхность клеевых деталей; относительно низкая стоимость производства клееных деталей при массовом производстве. В то же время клеи не свободны от недостатков. Клеевые соединения обладают низкой прочностью при неравномерном отрыве; большинство клеев имеет также относительно низкую теплостойкость (до 350°С) вследствие ор­ганической природы основных компонентов клея.

Синтетические клеи широко применяют для склеивания разнообразных материалов в авто­мобильной, авиационной, судостроительной, элек­тро- и радиотехнической, химической, деревооб­рабатывающей, обувной, полиграфической про­мышленности и других отраслях народного хо­зяйства. Это дает большой технический и эко­номический эффект, позволяет совершенствовать изготовление элементов различных конструкций и изделий. Клеи представляют собой композиции в основном на основе полимеров (табл. 19).

Прочность клеевых соединений материалов определяется видом нагружения. При конструи­ровании соединений нужно стремиться к получе­нию в клеевом слое равномерно распределенных напряжений. Большой прочностью обладают со­единения, работающие на равномерный отрыв, сжатие и сдвиг. Показателем механической прочности клеевых соединений металлов являет­ся предел прочности при сдвиге.

При склеивании металлов предел прочности при сдвиге составляет для: эпоксидных клеев — 10—13 МПа, фенольно-каучуковых — 10— 15 МПа, полиуретановых — 10—20 МПа и полиимидных 15—30 МПа.

При сжатии прочность клея больше в 10 — 100 раз, чем при растяжении. Прочность клеево­го соединения существенно зависит от температу­ры. При этом большое влияние оказывает вид клея и характер напряженного состояния. Тепло­стойкость клеев такова: эпоксидный — 60— 350°С, фенолоформальдегидный — 60—100°С, фенолополивинил ацетатный (БФ) 200—350°С, полиимидный — 300—375°С.