Резины.

Резины – пластмассы с редкосетчатой структурой, в которых связующим выступает полимер, находящийся в высокоэластичном состоянии.

Широкое применение резины в технике вызвано тем, что она обладает:

· способностью к исключительно большим обратимым деформациям, которые являются одним из проявлений высокоэластических свойств материала (относительное удлинение при растяжении для высококачественных резин может достигать 1000 %);

· небольшой по сравнению с металлами и деревом жесткостью, т.е. способностью сильно деформироваться под действием очень малых сил, которые в тысячи и десятки тысяч раз меньше сил, вызывающих такие же деформации у металлов;

· достаточно высокой прочностью (у лучших сортов резины прочность при разрыве достигает 40 МПа);

· слабой газопроницаемостью и полной водонепроницаемостью;

· высокими диэлектрическими свойствами.

В резинах связующим являются каучуки натуральные (НК) и синтетические (СК). Каучукам присуща высокая пластичность, обусловленная особенностями строения их молекул. Линейные и слабо разветвленные молекулы каучуков имеют зигзагообразную или спиралевидную конфигурацию и отличаются большой гибкостью.

Натуральный каучук представляет собой высокомолекулярный ненасыщенный углеводород, имеющий большое число регулярно чередующихся двойных валентных связей между углеродными атомами.

СН₃

- СН₂ – С = СН – СН₂ – n

где n колеблется от нескольких сотен до трех тысяч.

Натуральный каучук не способен растворяться в воде, но растворим в нефтепродуктах. Натуральный каучук принадлежит к числу типичных термопластов.

К весьма перспективным универсальным СК относятся бутилкаучук – сополимер изобутилена с изопреном. Это один из лучших материалов для изготовления автомобильных камер, обладающий высокой газонепроницаемостью. Современный ассортимент СК насчитывает около 200 наименований. Особенно необходимо отметить каучуки специального назначения, в первую очередь, сополимер бутадиена с нитрилом акриловой кислоты, выпускаемый под маркой СКН (нитрильный). Чем больше в СКН нитрильных групп, тем выше его бензо- и маслостойкость, но одновременно и выше температура, при которой появляется хрупкость, т.е. такие каучуки менее морозоустойчивы.

При полимеризации бутадиена и стирола получают бутадиен-стирольный каучук (СКС). Он применяется как каучук универсального назначения, главным образом для резин, идущих на автопокрышки.

Нитрильный каучук (СНК) наиболее широко используется для получения маслостойких резин.

Изопреновый каучук (СКИ) применяют для изготовления резин общего назначения.

Хлоропреновый каучук (найрит) - стоек к действию солнечного света, озона и органических растворителей, но отличается невысокими электроизоляционными свойствами. Найрит применяется преимущественно для изготовления маслоупорных, бензоупорных и термостойких резин.

Полисульфидные каучуки (тиокаучуки, тиоколы) применяются самостоятельно и в смеси с другими каучуками для изготовления бензино-, бензоло- и маслостойких, термостойких резин.

Кремнийорганические - полисилоксановые каучуки (СКТ) применяют в основном для производства термостойких резин и изделий из них.

Фтор-каучук (СКФ) - полимер, эластичный при обычных температурах, содержит в составе звеньев макромолекул атомы фтора; химически инертен. Он идет на приготовление резин, отличающихся сочетанием нагревостойкости, химической стойкости, газонепроницаемости и прочности.

Вулканизирующие вещества.

В чистом виде натуральный и синтетические каучуки находят ограниченное применение (изготовление клеев, изолировочной ленты, медицинского пластыря, уплотнительных прокладок), так как они обладают рядом недостатков, в частности имеют недостаточную прочность: при разрыве разных сортов НК она колеблется от 1, 0 до1, 5 МПа, а для СКБ и СКС она не превышает 0, 5 МПа. Одним из эффективных способов увеличения прочности каучуков является вулканизация – химическое связывание молекул каучука с атомами серы. В результате вулканизации, которая наиболее эффективно идет при температуре 140-150º С, получается вулканизированный каучук с прочностью на разрыв около 25 МПа.

Причиной повышения прочности при вулканизации является образование валентных связей («серных мостиков») между молекулами каучука (Рис.69), при этом получается еще более высокомолекулярное соединение с пространственной структурой молекул.

Рис.69.

В состав резины вводят такое количество серы, чтобы получить изделие с возможно большей прочностью и требующейся эластичностью. В резинах идущих на изготовление автомобильных камер и покрышек, серы содержится 1 – 3 % от доли имеющихся в них каучуков. В предельном случае когда с каучуком прореагирует максимально возможное количество серы, способное к нему присоединиться (около 50 %), получается очень прочный (предел прочности при растяжении 52-54 МПа) и совершенно неэластичный (твердый), химически инертный материал – эбонит. Из эбонита изготавливают детали электротехнического назначения и в том числе аккумуляторные банки.

Тиоколовые каучуки вулканизируют перекисями металлов (марганца, свинца), полисилоксаны и фтор-каучуки вулканизируют с помощью перекисей органических веществ (перекись бензола).

Компоненты резины.

Для повышения механической прочности и износостойкости в состав резиновой смеси вводят упрочняющий наполнитель. К числу таких наполнителей принадлежат вещества с предельно малыми размерами частиц и высокоразвитой поверхностью. Наиболее распространенным упрочняющим наполнителем является сажа. В производстве светлоокрашенных резин и резин, предназначенных для работы при повышенных температурах, в качестве упрочняющего наполнителя применяют окись кремния, окись титана, которые находятся в мелкодисперсном состоянии.

В резиновую смесь вводят ускорители вулканизации, применяя для этого дифенилгуанидин и др. Иногда для повышения прочности резиновой смеси и морозостойкости готовых изделий в резиновую смесь добавляют пластификаторы (стеариновая и олеиновая кислоты, парафины и др.)

Против старения – окисления резины кислородом воздуха – в резиновую смесь вводят противоокислители (противостарители), а для придания цвета добавляют красители (охра, ультрамарин).

Армирование резиновых изделий.

Для увеличения прочности деталей из резины последняя совмещается с арматурой – тканями, проволочными каркасами, металлической оплеткой и т.п. прочность получающихся таким образом резинотканевых изделий в основном определяется прочностью вводимой в них арматуры. Эластичность таких изделий при растяжении по сравнению с чисто резиновыми значительно уменьшается, но она сохраняется при изгибе и сжатии вполне достаточной для того, чтобы при требующихся величинах деформаций не происходило разрушение деталей.

К важнейшим армированным резиновым изделиям, применяющимся в автомобилестроении относятся: резинотканевые шланги, приводные ремни и т.д.

Особенно дорогими и ответственными армированными изделиями являются автомобильные покрышки, для изготовления которых используются специальные ткани – корд, чефер и др. (Рис.70).

.

Рис.70.

Корд состоит из нитей со слабыми, редко расположенными нитями утка. Его вырабатывают из искусственных (вискозных) и синтетических (лавсановых, капроновых) волокон, стекловолокна и стальной проволоки. Использование в производстве шин высококачественных тканей, стекло- и металлокорда вызвано тем, что из корда образуется главный силовой элемент покрышки – ее каркас.

Чефер представляет собой техническую (грубую) ткань с одинаковым построением основы и утка из одних и тех же нитей. По сравнению с кордом он выполняет менее важные функции (для отделки бортов покрышки), поэтому готовится преимущественно из хлопчатобумажной пряжи.

Основные физико-механические свойства резины.

Механические свойства вулканизированной резины характеризуются рядом показателей, важнейшими из которых являются показатели, получающиеся при испытании на растяжение и сжатие.

Пределом прочности при растяжении (разрывной прочности) называется напряжение, возникающее в резине к моменту разрыва образца.

Численно предел прочности равен частному от деления максимальной нагрузки Р, зафиксированной при разрушении образца, на площадь его поперечного сечения, измеренную до начала разрушения.

Относительным удлинением при разрыве ε называется выраженное в процентах отношение прироста длины образца резины в момент разрыва к его первоначальной длине.

Остаточным удлинением при разрыве называется выраженное в процентах отношение прироста длины разорванного образца к первоначальной длине.

Совокупность относительного и остаточного удлинений характеризует эластичность резинового материала.

Твердостью называется способность материала сопротивляться проникновению в него постороннего твердого тела, вдавливаемого под действием определенной силы.

Старение резины.

Важнейшей реакцией, которая непрерывно происходит при хранении и эксплуатации резиновых изделий, является окисление резины, ведущее к изменению ее химических, физических и механических свойств. Только эбонит, превращающийся в полностью насыщенное соединение за счет присоединения к макромолекулам каучука предельно возможного количества серы, представляет собой химически инертный материал.

Совокупность всех изменений, происходящих в резине в процессе длительного окисления, принято называть ее старением.

К разряду наиболее неблагоприятных изменений, возникающих вследствие старения, относится необратимое снижение эластичности.

Как говорилось выше, в состав резиновых материалов вводят противостарители (ингибиторы), которые, будучи замешаны в количестве 1 – 2 % по отношению к содержащемуся в резине каучуку, замедляют процесс окисления в сотни и тысячи раз. К числу важных эксплуатационных мероприятий относится защита резиновых изделий от воздействия солнечных лучей, вызывающих световое старение.

Изменение свойств резины от контакта с жидкостями. Вода в течении длительного времени не оказывает заметного влияния на свойства резины. Наибольшую опасность она представляет для армированных деталей, металлическая арматура которых подвергается во влажной среде интенсивной коррозии, а хлопчатобумажная тканевая становиться менее прочной и быстрее загнивает.

От длительного контакта с нефтепродуктами резиновые изделия немного увеличиваются в объеме, у них уменьшается прочность, эластичность и твердость, поэтому всячески надо оберегать резину от попадания на нее топлива, масел и смазок.

Такие жидкости как касторовое масло, неконцентрированные растворы кислот, щелочей, несколько представителей класса спиртов (этиловый, бутиловый, этиленгликоль и глицерин) не оказывают существенного влияния на свойства резины.

Абразивные материалы.

Абразивные материалы применяют для шлифования деталей с целью придания им заданной частоты поверхности, точности, а также заточки режущего инструмента.

При обработке металла абразивами достигается точность до 0, 001 мм, а при обработке стекла – до 0, 0001 мм.

Абразивы состоят из мелких режущих зерен, острые лезвия которых срезают с обрабатываемой детали тонкий слой материала. Одним из основных преимуществ абразивов перед другим режущим инструментом является то, что абразивы не нуждаются в заточке, так как зерна по мере затупления выламываются и в работу вступают обнажившиеся острые зерна.

Абразивные материалы разделяют на природные и искусственные.