Получение и применение резины

Исходным продуктом дли получения резины служат резиновые смеси, в состав которых кроме каучука обязательно вводят различные добавки (ингредиенты): вулканизирующие вещества, ускорители вулканизации, активные и неактивные наполнители, пластификаторы, противостарители и красители.

Вулканизирующие вещества, или агенты вулканизации, непосредственно участвуют в осуществлении процесса вулканизации. Обычно в качестве таких веществ применят серу, оксид цинка или магния, некоторые пероксиды и т. п. В резину вводят 5...1 % серы, а в эбонит – твердую резину до 30 %.

Ускорители вулканизации (инициаторы) способствуют ускорению процесса вулканизации. К ним относятся тиурам, каптакс, альтакс, полисульфиды, дифенилгуанидин и др.

Наполнители могут быть активные и неактивные. Активные наполнители (оксид цинка, углеродистая сажа, кремниевая кислота – белая сажа и др.) повышают механические свойства резины: прочность, сопротивление истиранию, твердость. Неактивные наполнители (регенерат, тальк, мел и др.) снижают стоимость резины.

Пластификаторы (парафин, технический вазелин) облегчают обработку резиновой смеси, увеличивают эластичные свойства каучука. Вводят их обычно в количестве 8...30 % от массы каучука.

Противостарители (антиоксиданты) замедляют процесс старения резины в процессе хранения и эксплуатации. Существуют противостарители химического и физического действия. Первые (альдоль, неозон Д и др.) задерживают окисление каучука в результате окисления их самих или за счет разрушения образующихся перекисей каучука, вторые (парафин, воск) образовывают поверхностные защитные пленки.

Красители (охра, ультрамарин и др.) вводят для окраски резины. Некоторые красящие вещества (белые, желтые, зеленые) поглощают коротковолновую часть солнечного света и тем самым защищают резину от светового старения.

Перечисленные компоненты резиновых смесей существенно влияют на свойства резины.

Перед приготовлением резиновой смеси проводят пластификацию каучука в специальных камерах для улучшения способности каучука смешиваться с другими ингредиентами. Затем каучук смешивают со всеми добавками в резиносмесителях закрытого типа или на вальцовочных машинах и получают резиновую смесь, из которой изготавливают изделия различными способами.

Листовую резину получают методом каландрования, т. е. путем пропускания резиновой смеси через каландры (гладкие валики), нагретые до 40...80 °С. После этого резиновые листы либо перерабатывают на гидравлических прессах или прокаткой в резиновые пластины, либо выпускают и виде невулканизированных товарных листов (сырая резина). Листы сырой резины наматывают на деревянные бобины с прокладочной тканью в рулоны массой до 45 кг и упаковывают. В таком состоянии резина может храниться до трех месяцев, а некоторые типы – до шести месяцев при 5...20 °С. Из этой резиновой смеси изготавливают трубы и детали формовкой.

Формовкой производят мелкие детали. Существует два метода формовки: компрессионный и литьевой. В первом случае детали формуют в специальных пресс-формах под давлением 5... 10 МПа. Наиболее прогрессивный метод заполнения пресс-формы – литье под давлением. Сущность его состоит в заполнении формы предварительно разогретой пластичной резиновой смесью при высоком давлении (30...150 МПа).

Для увеличения прочности резиновых изделий их армируют при изготовлении введением в стенки изделия стальной проволоки, сетки, стеклянной или капроновой ткани.

Сложные изделия, например авиапокрышки, гибкие бронированные шланги, рукава и т. д., получают методом последовательной намотки на полый металлический стержень слоев резины и ткани или слоев резины, ткани и металлической проволоки. Покрышки собирают на специальных станках.

В процессе или после изготовления изделия подвергают вулканизации. Вулканизация – основной и завершающий технологический процесс, при котором происходит превращение резиновой смеси в резину. В большинстве случаев процесс вулканизации состоит в химическом взаимодействии каучука с серой, а иногда с пероксидными или гидропероксидными соединениями по месту двойных связей. При этом происходит усложнение линейной молекулярной структуры каучука в результате образования поперечных связей между молекулами.

Установлено, что при вулканизации в присутствии серы возникают следующие виды химической связи между цепями каучука:

При вулканизации резины в присутствии пероксидов и гидропероксидов сшивание цепей происходит при взаимодействии возникающих полимерных радикалов с образованием связей:

В результате вулканизации образуются большие молекулы разветвленной формы, характерные для резины (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Строение молекул сырого (а) и вулканизированного (б) каучука

Различают горячую и холодную вулканизацию.

Горячую вулканизацию проводят в вулканизаторах под давлением по строго установленному режиму при температуре 130... 150 °С. В качестве вулканизационной среды может быть горячий воздух, водяной пар, расплав соли, горячая вода. Время вулканизации зависит от состава резиновой смеси, температуры вулканизации, формы изделия, способа нагрева и природы вулканизационной среды.

Холодную вулканизацию применяют для тонкостенных изделий. Она состоит в обработке изделий в растворе или в парах дихлорида серы либо в атмосфере сернистого газа при комнатной температуре.

Авиационные резины с зависимости от каучуков, условий работы и назначения разделяют на девять групп.

Физико-механические свойства некоторых авиационных резин и их применение представлены в табл. 8.3.