Получение и свойства каучуков

Важнейшей составляющей резины является каучук натуральный или синтетический, который определяет ее основные свойства.

Основные свойства натурального и некоторых синтетических каучуков, применяемых при производстве авиационной резины, приведены в табл. 8.2.

Натуральный каучук получают из сока (латекса) каучуконосного дерева – бразильской гевеи, культивируемой в тропических странах. В латексе содержится 30...37 % (об.) каучука в виде округлых частиц-глобул диаметром 0,14...6,0 мкм. Каучук выделяют из латекса коагуляцией с помощью органических кислот, затем отжимают, промывают и сушат. Получаемые сорта натурального каучука – смокедшит, светлый креп и др. имеют состав (С₅Н₈)_n, где п = 1000...4000.

Натуральный каучук представляет собой мягкий эластичный продукт плотностью 0,91...0,94 г/см³. Высокая эластичность каучука объясняется строением его молекул, имеющих форму нитевидных спиралей. При приложении нагрузки молекулы выпрямляются, а после ее снятия восстанавливают спиральную форму. Натуральный каучук хорошо растворяется в органических растворителях (бензине, бензоле, хлороформе и т. д.). При нагреве выше 70 °С каучук становится пластичным, а при 200 °С разлагается; при температуре –70 °С он становится хрупким.

Таблица 8.2

Важнейшие свойства некоторых каучуков, применяемых при производстве авиационной резины

Примечание. Здесь и в табл. 8.3 σ_z – временное сопротивление, ε_z – относительное удлинение при разрыве, θ_z – относительное остаточное удлинение.

Резина на основе натурального каучука отличается высокой прочностью и эластичностью, но не стойка к действию нефтепродуктов.

Синтетические каучуки в настоящее время применяются более широко, чем натуральные, так как по разнообразию свойств и возможности получения каучуков с заданными свойствами они имеют преимущества перед натуральными.

В промышленном масштабе синтетический каучук был впервые получен С.В. Лебедевым в 1928 г. Его способ был основан на переработке этилового спирта. В настоящее время для получения синтетических каучуков используют попутные газы нефтедобычи, природные газы и другие продукты.

Рассмотрим наиболее распространенные каучуки.

Натрийбутадиеновый каучук (СКБ) получают по методу Лебедева путем полимеризации бутадиена СН₂ = СН – СН = СН₂ в присутствии металлического натрия. Этот каучук по прочности уступает натуральному, растворим в неорганических растворителях, имеет сравнительно невысокую морозостойкость (–50 °С). Как каучук общего назначения в настоящее время он утратил свое значение и чаще идет на изготовление специальных резин, а его постепенно заменяют бутадиенстирольным и другими каучуками.

Бутадиенстирольный каучук (СКС) получают путем совместной полимеризации бутадиена С₄Н₆ и стирола СН₂ = СН – С₆Н₅. Этот каучук характеризуется малой стойкостью к действию органических растворителей (масел и топлив). Резины на его основе имеют высокое сопротивление истиранию, а по газонепроницаемости и диэлектрическим свойствам эти резины равноценны резинам на основе натурального каучука.

Изопреновый каучук (СКИ-3) – продукт полимеризации изопрена С₅Н₈, полученного из ацетона и ацетилена. По строению, химическим и физико-механическим свойствами он близок к натуральному каучуку и широко применяется для получения резин, используемых для изготовления амортизаторов, шин и т. д.

Многие синтетические каучуки были получены введением в структуру бутадиена полярных атомов или групп атомов, например – Сl, – СН, – S –.

Хлоропреновый каучук (наирит) получают путем полимеризации хлоропрена СН₂ = СНСl – СН – СН₂. Он обладает высокой стойкостью к действию масел, керосина, бензина, влиянию озона, высокой теплостойкостью, поэтому широко используется при производстве уплотнителей и прокладочной резины. По морозостойкости (от –30 до –40 °С) наирит уступает натуральному и другим синтетическим каучукам (см. табл. 1).

Бутадиеннитрильный каучук (СКН) – продукт совместной полимеризации бутадиена с нитрилом акриловой кислоты. Этот каучук обладает высокой стойкостью к органическим растворителям и высокой водостойкостью. Резины на его основе применяют при изготовлении топливных и масляных шлангов, прокладок и уплотнителей мягких топливных баков.

Полисилоксановый каучук (СКТ) представляет собой кремнийорганическое соединение, состоящее из чередующихся атомов кремния и кислорода. С каждым атомом кремния связаны два органических радикала. При замене метальных групп СН₃ на другие радикалы получаются другие виды силоксановых каучуков. Отличительными особенностями этих каучуков являются их высокая теплостойкость, хорошие диэлектрические свойства, стойкость к действию озона и ультрафиолетовых лучей. Они характеризуются высокой стойкостью к тепловому старению, сохраняют эластичность при низких температурах. Резины на основе силоксановых каучуков можно применять в области температур от –50 до +200 °С, а некоторые модификации от –80 до + 300 °С. Резины на основе силоксановых каучуков используют в качестве электроизоляционного материала, герметизирующих, уплотняющих и виброизолирующих прокладок.

Фторорганические каучуки, или фторкаучуки (СКФ), получают совместной полимеризацией ненасыщенных фторсодержащих углеводородов, например CF₂ = CFCl, СН₂ = CF₂ и др. Прочность фторуглеродистых связей сообщает этим каучукам повышенную стойкость к тепловому старению и действию топлив, масел, а высокое содержание фтора придает химическую инертность и негорючесть. С увеличением содержания фтора в каучуке увеличивается его химическая и термическая стойкость. Но этот каучук обладает сравнительно низкой морозостойкостью (–25 °С). Резины на основе фторкаучуков применяют для изготовления уплотнителей и герметизирующих деталей, предназначенных для работы в топливах и маслах при температурах до 300 °С. Широкое распространение получили герметики на основе фторкаучуков для герметизации кабин самолетов, уплотнений швов и стыков.

Полисульфидный каучук, или тиокол (СКТВ), образуется при взаимодействии галогенопроизводных углеводородов с многосернистыми соединениями щелочных металлов. Этот каучук устойчив к топливу и маслам, к действию озона, кислорода и солнечного света, обладает высокой влаго- и газонепроницаемостью, поэтому тиокол – хороший герметизирующий материал. На его основе приготавливают жидкие герметики, широко применяемые для герметизации топливных баков-отсеков, кабин самолетов.