Резина каучук это: Каучук. Резина

alexxlab | 08.03.1989 | 0 | Разное

Содержание

Каучук. Резина

натуральный латекс и каучук из негоЧто такое каучук

Кроме сложных веществ наподобие полиэтиленов, представляющих из себя высокомолекулярные полимеры, существует класс химических веществ, который образован сопряжёнными диенами.

После процесса полимеризации диенов образуются новые химические вещества, имеющие высокомолекулярную структуру, называемые каучуками.

Каучук был уже известен в конце 15 веке в северной Америке. Именно индейцы в то время использовали его для изготовления обуви, небьющихся вещей и посуды. А получали тогда его из сока растения гевеи, который называли – «слёзы дерева».

Что касается европейцев, то о каучуке узнали впервые только в момент открытия Америки. Именно Кристофор Колумб первым узнал о его свойствах и получении. В Европе каучук долгое время не мог найти себе применение. В 1823 г в первые было предложено использование этого материала для изготовления водонепроницаемых плащей и одежды. Каучуком и органическим растворителем пропитывали ткань, таким образом, ткань приобретала водостойкие свойства. Но, конечно же, был замечен и недостаток, который заключался в том, что ткань, пропитанная каучуком, прилипала в жаркую погоду к коже, а при морозе – растрескивалась.

Отличие каучука и резины

изопрен (2-метилбутадиен-1,3 (изопрен))бутадиен-1,3Натуральный изопреновый каучукСинтетический бутадиеновый каучук

Через 10 лет после первого применения натурального каучука и более детального изучения его химических физических свойств было предложено вводить каучук в оксиды кальция и магния. А ещё через 5 лет после изучения свойств нагретой смеси оксидов свинца и серы с каучуком научились получать резину. Сам процесс превращения каучука в резину назвали вулканизацией.

Конечно же, каучук отличается от резины. Резина – это «сшиты» полимер, который способен распрямляться и снова сворачиваться при растяжении и при действии механической нагрузки.

Резина – это также «сшитые» макромолекулы, которые не способы к кристаллизации при охлаждении и не плавятся при нагревании. Тем самым резина – более универсальный материал, чем каучук, и способен сохранять свой механические и физические свойства про более широком диапазоне температур.

В начале 20 века, когда появился первый автомобиль, спрос на резину значительно возрос. В то же время возрос спрос и на натуральный каучук, так как на тот момент вся резина изготавливалась из сока тропических деревьев. Например, чтобы получить тонну резины, необходимо было обработать почти 3 тонны тропических деревьев, при этом работой было занято одновременно более 5 тысяч человек, причём такую массу резины могли получить только через год.

Поэтому, резина и натуральный каучук считались достаточно дорогим материалом.

Только в конце 20х годов русским учёным Лебедевым С.В. при химической реакции – полимеризации бутадиена-1,3 на натриевом катализаторе были получены образцы первого натрий-бутадиенового синтетического каучука.

Кстати, из курса физики 8-ого класса мы, вероятно, впервые познакомились с эбонитовой палочкой. Но что такое эбонит. Как оказывается, эбонит – это производная от процесса вулканизации каучука: если при вулканизации каучука добавить серу (около 32% от массы), то в результате получается твёрдый материал – этот материал и есть эбонит!

Одним из достаточно дешёвых способов получения бутадиена-1,3, является его получение из этилового спирта. Но только в 30-х годах было налажено промышленное производство каучука в России.

реакция получения бутадиена

В середине 30-х годов 20 века научились производить сополимеры, представляющие полимеризованный 1,3-бутадиен. Химическая реакция производилась в присутствии стирола или некоторых других химических веществ. Вскоре получаемые сополимеры начали с большими темпами вытеснять каучуки, которые ранее широко использовались для производства шин. Каучук бутадиен-стирольный получил широкое применение для производства шин легковых автомобилей, но для тяжёлого транспорта – грузовых автомобилей и самолётов, использовался

натуральный каучук (или изопреновый синтетический).

В середине 20 века после получения нового катализатора Циглера — Натты был получен синтетический каучук, который по своим свойствам эластичности и прочности значительно выше, чем все ранее известные каучуки, – был получен полибутадиен и полиизопрен. Но как оказалось, к общему удивлению полученный синтетический каучук по своим свойствам и строению подобен натуральному каучуку! А к концу 20 века натуральный каучук был почти полностью вытеснен синтетическим.

Свойства каучука

Все хорошо знают, что при нагревании материалы способны расширяться. В физике даже имеются коэффициенты температурного расширения, для каждого взятого материала этот коэффициент свой. Расширению поддаются твёрдые тела, газы, жидкости. Но что, если температура увеличилась на несколько десятков градусов?! Для твёрдых тел изменений мы не почувствуем (хотя они есть!). Что касается высокомолекулярных соединений, например полимеров, их изменение сразу становится заметным, особенно если речь идёт об эластичных полимерах, способных хорошо тянуться. Заметным, да ещё к тому же с совсем обратным эффектом!

Ещё в начале 19 века английские учёные обнаружили, что растянутый жгут из нескольких полосок натурального каучука при нагревании уменьшался (сжимался), а вот при охлаждении – растягивался. Опыт был подтверждён в середине 19 века.

Вы сами с лёгкостью можете повторить этот опыт, подвесив на резиновую ленту грузик. Она растянется под его весом. Потом обдуйте её феном – увидите, как она сожмётся от температуры!

Почему так происходит?! К этому эффекту можно применить принцип Ле Шателье, который гласит, что если воздействовать на систему , находящуюся в равновесии, то это приведёт к изменению равновесия самой системы, а это изменение будет противодействовать внешним силовым факторам. То есть если на растянуть под действием груза жгуты

каучука (система в равновесии) подействовать феном (внешнее воздействие), то система выйдет из равновесия (жгут будет сжиматься), причём сжатие – действие направлено в обратную сторону от силы тяжести груза!

При очень резком и сильном растяжении жгута он нагреется (нагрев может на ощупь быть и незаметным), после растяжения система будет стремиться принять равновесное состояние и постепенно охладится до окружающей температуры. Если жгуты каучука также резко сжать – охладится, далее будет нагреваться до равновесной температуры.

Что происходит при деформации каучука?

При проведённых исследованиях оказалось, что с точки зрения термодинамики, никакого изменения внутренней энергии при различных положениях (изгибах) этих каучуковых жгутов не происходит. А вот если растянуть – то внутренняя энергия увеличивается из-за возрастания скорости движения молекул внутри материала. Из курса физики и термодинамики известно, что изменение скорости движения молекул материала (тот же каучук) отражается на температуре самого материала.

дальнейшем, растянутые жгуты каучука будут постепенно охлаждаться, так как движущиеся молекулы будут отдавать свою энергию, например, рукам и другим молекулам, то есть произойдёт постепенное выравнивание энергии внутри материала между молекулами (энтропия будет близка к нулю).

И вот теперь, когда наш жгут каучука принял температуру окружающей среды, можно снять нагрузку. Что при этом происходит?! В момент снятия нагрузки молекулы каучука ещё имеют низкий уровень внутренней энергии (они же ей поделились при растяжении!). Каучук сжался – с точки зрения физики была совершена работы за счёт собственной энергии, то есть своя внутренняя энергия (тепловая) была затрачена на возврат в исходное положение. Естественно ожидать, что температура должна понизится, – что и происходит на самом деле!

Резина – как уже говорилось, высокоэластичный полимер. Её структура состоит из хаотично расположенных длинных углеродным цепочек. Крепление таких цепочек между собой осуществлено с помощью атомов серы. Углеродные цепочки в нормальном состоянии находятся в скрученном виде, но если резину растянуть, то углеродные цепочки будут раскручиваться.

Можно провести интересный опыт с резиновыми жгутами и колесом. Вместо велосипедных спиц в велосипедном колесе использовать резиновые жгуты. Такое колесо подвесить, чтобы оно могло свободно вращаться. В случае, если все жгуты одинаково растянуты, то втулка в центре колеса будет расположена строго по его оси. А теперь попробуем нагреть горячим воздухом какой-нибудь участок колеса. Мы увидим, что та часть жгутов, которая нагрелась – сожмётся и сместит втулку в свою сторону. При этом произойдёт смещение центра тяжести колеса и соответственно колесо развернётся. После его смещения действию горячего воздуха подвергнутся следующие жгуты, что в свою очередь приведёт к их нагреванию и снова – к повороту колеса. Таким образом, колесо может непрерывно вращаться!

Это опыт подтверждает факт того, что при нагревании каучук и резина будут сжиматься, а при охлаждении – растянутся!

Отраслевая энциклопедия. Окна, двери, мебель

СОСТАВ И КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЗИН

Основой всякой резины служит каучук натуральный (НК) или синтетический (СК), который и определяет основные свойства резинового материала. Для улучшения физико-механических свойств каучуков вводятся различные добавки (ингредиенты).
Таким образом, резина состоит из каучука и ингредиентов, рассмотренных ниже.

  • Вулканизирующие вещества (агенты) участвуют в образовании пространственно-сеточной структуры вулканизата.

Обычно в качестве таких веществ применяют серу и селен, для некоторых каучуков перекиси. Для резины электротехнического назначения вместо элементарной серы (которая взаимодействует с медью) применяют органические сернистые соединения.

Ускорители процесса вулканизации; полисульфиды, оксиды свинца, магния и другие влияют как на режим вулканизации, так и на физико-механические свойства вулканизатов. Ускорители проявляют свою наибольшую активность в присутствии оксидов некоторых металлов, называемых поэтому в составе резиновой смеси активаторами.

  • Противостарители (антиоксиданты) замедляют процесс старения резины,который ведет к ухудшению ее эксплуатационных свойств.

Существуют противостарители химического и физического действия. Действие первыхзаключается в том, что они задерживают окисление каучука в результате окисления их самих или за счет разрушения образующихся перекисей каучука.
Физические Противостарители образуют поверхностные защитные пленки, они применяются реже.

  • Мягчители (пластификаторы) облегчают переработку резиновой смеси,увеличивают эластические свойства каучука, повышают морозостойкость резины.

В качестве мягчителей вводят парафин, вазелин, стеариновую кислоту, битумы, дибутилфталат,растительные масла.

  • Наполнители по воздействию на каучук подразделяют на активные (усиливающие) и неактивные (инертные).

Активные наполнители (углеродистая сажа и белая сажа) повышают механические свойства резин: прочность, сопротивление истиранию, твердость.
Неактивные наполнители (мел, тальк, барит) вводятся для удешевления стоимости резины.

Часто в состав резиновой смеси вводят регенерат — продукт переработки старых резиновых изделий и отходов резинового Производства. Кроме снижения стоимости регенерат повышает качество резины, снижая ее склонность к старению.

  • Красители минеральные или органические вводят для окраски резин.

Некоторые красящие вещества (белые, желтые, зеленые) поглощают коротковолновую часть солнечного спектра и этим защищают резину от светового старения.

Свойства резины

Подавляющее большинство каучуков является непредельными, высокополимерными (карбоцепными) соединениями с двойной химической связью между углеродными атомами в элементарных звеньях макромолекулы. (Некоторые каучуки получают на основе насыщенных линейных полимеров.)
Молекулярная масса каучуков исчисляется в 400 000—450 000. Структура макромолекул линейная или слаборазветвленная и состоит из отдельных звеньев, которые имеют тенденцию свернуться в клубок, занять минимальный объем, но этому препятствуют силы межмолекулярного взаимодействия, поэтому молекулы каучука извилистые (зигзагообразные). Такая форма молекул и является причиной исключительно высокой эластичности каучука (под небольшой нагрузкой происходит выпрямление молекул, изменяется их конформация).

Вулканизация

По свойствам каучуки напоминают термопластичные полимеры. Наличие в молекулах каучука непредельных связей позволяет при определенных условиях переводить его в термостабильное состояние. Для этого по месту двойной связи присоединяется двухвалентная сера (или другое вещество), которая образует в поперечном направлении как бы «мостики» между нитевидными молекулами каучука, в результате чего получается пространственно-сетчатая структура, присущая резине (вулканизату). Процесс химического взаимодействия каучуков с серой в технике называется вулканизацией.

Многие каучуки растворимы в растворителях, резины только набухают в них и более стойки к химикатам.
езины имеют более высокую теплостойкость (НК размягчается при температуре 90 °С, резина работает при температуре свыше 100°С).
На изменение свойств резины влияет взаимодействие каучука с кислородом, поэтому при вулканизации одновременно происходят два процесса: структурирование под действием вулканизующего агента и деструкция под влиянием окисления и температуры.
Преобладание того или иного процесса сказывается на свойствах вулканизата. Это особенно характерно для резин из НК.
Для синтетических каучуков (СК) процесс вулканизации дополняется полимеризацией: под действием кислорода и температуры образуются межмолекулярные углеродистые связи, упрочняющие термостабильную структуру, что дает повышение прочности.

Термическая устойчивость вулканизата зависит от характера образующихся в процессе вулканизации связей. Наиболее прочные, а следовательно, термоустойчивые связи —С—С—, наименьшая прочность у полисульфидной связи —С—C—С.

Современная физическая теория упрочнения каучука объясняет повышение его прочности наличием сил связи (адсорбции и адгезии), возникающих между каучуком и наполнителем, а также образованием непрерывной цепочно-сетчатой структуры наполнителя вследствие взаимодействия между частицами наполнителя.
Возможно и химическое взаимодействие каучука с наполнителем.

Классификация резины по назначению

По назначению резины подразделяют на резины общего назначения и резины специального назначения (специальные).

  • Резины общего назначения

К группе резин общего назначения относят вулканизаты неполярных каучуков — НК, СКБ, СКС, СКИ.

Н К — натуральный каучук является полимером изопрена (С5Н8)n. Он растворяется в жирных и ароматических растворителях (бензине, бензоле, хлороформе, сероуглероде и др.), образуя вязкие растворы, применяемые в качестве клеев. При нагреве выше 80—100 °С каучук становится пластичным и при 200 °С начинает разлагаться. При температуре —70 °С НК становится хрупким. Обычно НК аморфен. Однако при длительном хранении возможна его кристаллизация.

СКБ — синтетический каучук бутадиеновый (дивинильный) получают по методу С. В. Лебедева. Формула полибутадиена (С4Н6)n. Он является некристаллизующимся каучуком и имеет низкий предел прочности при растяжении, поэтому в резину на его основе необходимо вводить усиливающие наполнители. Морозостойкость бутадиенового каучука невысокая (от —40 до —45 °С).
СКС — бутадиенстирольный каучук получается при совместной полимеризацией бутадиена (С4Н6) и стирола (СН2=СН—С6Н5). Это самый распространенный каучук общего назначения.

СКИ — синтетический каучук изопреновый — продукт полимеризации изопрена (С5Н8). Получение СКИ стало возможным в связи с применением новых видов катализаторов. По строению, химическим и физико-механическим свойствам СКИ близок к натуральному каучуку. Промышленностью выпускаются каучуки СКИ-3 и СКИ-ЗП, наиболее близкие по свойствам к НК; каучук СКИ-ЗД, предназначенный для получения электроизоляционных резин, СКИ-ЗВ — для вакуумной техники.

Резины общего назначения могут работать в среде воды, воздуха, слабых растворов кислот и щелочей. Интервал рабочих температур составляет от —35 до 130 °С. Из этих резин изготовляют шины, ремни, рукава, конвейерные ленты, изоляцию кабелей, различные резинотехнические изделия.

Резины специального назначения

Специальные резины подразделяют на несколько видов: маслобензостойкие, теплостойкие, светоозоностойкие, износостойкие, электротехнические, стойкие к гидравлическим жидкостям.

Маслобензостойкие резины получают на основе каучуков хлоропренового (наирит), СКН и тиокола.
Наирит является отечественным хлоропреновым каучуком. Хлоропрену соответствует формула СН2==ССI—СН=СН2.
Вулканизация может проводиться термообработкой даже без серы, так как под действием температуры каучук переходит в термостабильное состояние.
Резины на основе наирита обладают высокой эластичностью, вибростойкостью, озоностойкостью, устойчивы к действию топлива и масел, хорошо сопротивляются тепловому старению. (Окисление каучука замедляется экранирующим действием хлора на двойные связи.)
По температуроустойчивости и морозостойкости (от —35 до —40 °С) они уступают как НК, так и другим СК.
Электроизоляционные свойства резины на основе полярного наирита ниже, чем у резины на основе неполярных каучуков.
(За рубежом полихлоропреновый каучук выпускается под названием неопрен, пербунан-С и др.).

СКН — бутадиеннитрильный каучук — продукт совместной полимеризации бутадиена с нитрилом акриловой кислоты —СН2—СН =СН—СН2—СН2—СНСN—
Резины на основе СКН обладают высокой прочностью ((в = 35 МПа), хорошо сопротивляются истиранию, но по эластичности уступают резинам на основе НК, превосходят их по стойкости к старению и действию разбавленных кислот и щелочей. Резины могут работать в среде бензина, топлива, масел в интервале температур от -30 до 130 °С.
Резины на основе СКН применяют для производства ремней, конвейерных лент, рукавов, маслобензостойких резиновых деталей (уплотнительные прокладки,манжеты и т. п.).

Тиоколы – торговое название полисульфидных каучуков.
Из смеси каучука с серой, наполнителями и другими веществами формуют нужные изделия и подвергают их нагреванию. При этих условиях атомы серы присоединяются к двойным связям макромолекул каучука и «сшивают» их, образуя дисульфидные «мостики». В результате образуется гигантская молекула, имеющая три измерения в пространстве — как бы длину, ширину и толщину. Полимер приобретает пространственную структуру. Если к каучуку добавить больше серы, чем нужно для образования резины, то при вулканизации линейные молекулы окажутся «сшитыми» в очень многих местах, и материал утратит эластичность, станет твёрдым — получится эбонит. До появления современных пластмасс эбонит считался одним из лучших изоляторов.

Полисульфидный каучук, или тиокол, образуется при взаимодействии галоидопроизводных углеводородов с многосернистыми соединениями щелочных металлов:

…—СН2—СН2—S2—S2— …
Тиокол вулканизуется перекисями. Присутствие в основной цепи макромолекулы серы придает каучуку полярность, вследствие чего он становится устойчивым к топливу и маслам, к действию кислорода, озона, солнечного света. Сера также сообщает тиоколу высокую газонепроницаемость (выше, чем у НК), поэтому тиокол — хороший герметизирующий материал.

Механические свойства резины на основе тиокола невысокие.
Эластичность резин сохраняется при температуре от —40 до —60 °С.
Теплостойкость не превышает 60—70 °С. Тиоколы новых марок работают при температуре до 130 °С.

Акрилатные каучуки — сополимеры эфиров акриловой (или метакриловой)кислоты с акрилонитрилом и другими полярными мономерами — можно отнести к маслобензостойким каучукам.
Каучуки выпускают марок БАК-12, БАКХ-7, ЭАХ.
Для получения высокопрочных резин вводят усиливающие наполнители.
Достоинством акрилатных резин является стойкость к действию серосодержащих масел при высоких температурах; их широко применяют в автомобилестроении.Они стойки к действию кислорода, достаточно теплостойки, обладают адгезией к полимерам и металлам.
Недостатками БАК являются малая эластичность,низкая морозостойкость, невысокая стойкость к воздействию ; горячей воды и пара.

Износостойкие резины получают на основе полиуретановых каучуков СКУ.
Полиуретановые каучуки обладают высокой прочностью, эластичностью, сопротивлением истиранию, маслобензостойкостью. В структуре каучука нет ненасыщенных связей, поэтому он стоек к кислороду и озону, его газонепроницаемость в 10—20 раз выше, чем газопроницаемость НК.
Рабочие температуры резин на его основе составляют от —30 до 130°С.

Уретановые резины стойки к воздействию радиации. Зарубежные названия уретановых каучуков — , вулколлан, адипрен, джентан, урепан.
Резины на основе СКУ применяют для автомобильных шин, конвейерных лент, обкладки труб и желобов для транспортирования абразивных материалов, обуви и др.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕЗИН И КАУЧУКОВ

Общие понятия

Механические свойства каучуков и резин могут быть охарактеризованы комплексом свойств.
К особенностям механических свойств каучуков и резин следует отнести:

  • высокоэластический характер деформации каучуков;
  • зависимость деформаций от их скорости и продолжительности действия деформирующего усилия, что проявляется в релаксационных процессах и гистерезисных явлениях;
  • зависимость механических свойств каучуков от их предварительной обработки, температуры и воздействия различных немеханических факторов (света, озона, тепла и др.).

Различают деформационно-прочностные, фрикционные и другие специфические свойства каучуков и резин.

К основным деформационно-прочностным свойствам относятся: пластические и эластические свойства, прочность при растяжении,относительное удлинение при разрыве, остаточное удлинение после разрыва,условные напряжения при заданном удлинении, условно-равновесный модуль,модуль эластичности, гистерезисные потери, сопротивление раздиру, твердость.

К фрикционным свойствам резин относится износостойкость, характеризующая сопротивление резин разрушению при трении, а также коэффициент трения.

К специфическим свойствам резин относятся, например, температура хрупкости, морозостойкость, теплостойкость, сопротивление старению.

Очень важным свойством резин является сопротивление старению (сохранение механических свойств) после воздействия света, озона, тепла и других факторов.

Механические свойства резин определяют в статических условиях, т. е. при постоянных нагрузках и деформациях, при относительно небольших скоростях нагружения (например, при испытании на разрыв), а также в динамических условиях, например, при многократных деформациях растяжения, сжатия, изгиба или сдвига. При этом особенно часто резины испытывают на усталостную выносливость и теплообразование при сжатии.

Усталостная выносливость характеризуется числом циклов деформаций, которое выдерживает резина до разрушения. Для сокращения продолжительности определения усталостной выносливости испытания проводят иногда в условиях концентрации напряжений, создаваемых путем дозированного прокола или применения образцов с канавкой.

Теплообразование при многократных деформациях сжатия определяется по изменению температуры образца резины в процессе испытания в заданном режиме (при заданном сжатии и заданной частоте деформаций).

Пластические и эластические свойства

Пластичностью называется способность материала легко деформироваться и сохранять форму после снятия деформирующей нагрузки. Иными словами, пластичность — это способность материала к необратимым деформациям.

Эластичностью называется способность материала легко деформироваться и восстанавливать свою первоначальную форму и размеры после снятия деформирующей нагрузки, т. е. способность к значительным обратимым деформациям.

Эластическими деформациями, в отличие от упругих, называются такие обратимые деформации, которые характеризуются значительной величиной при относительно малых деформирующих усилиях (низкое значение модуля упругости).

Пластические и эластические свойства каучука проявляются одновременно; в зависимости от предшествующей обработки каучука каждое из них проявляется в большей или меньшей степени. Пластичность невулканизованного каучука постепенно снижается при вулканизации, а эластичность возрастает.
В зависимости от степени вулканизации соотношение этих свойств каучука постепенно изменяется. Для невулканизованных каучуков более характерным свойством является пластичность, а вулканизованные каучуки отличаются высокой эластичностью. Но при деформациях невулканизованного каучука наблюдается также частичное восстановление первоначальных размеров и формы,т. е. наблюдается некоторая эластичность, а при деформациях резины можно наблюдать некоторые неисчезающие остаточные деформации.

Упругая деформация практически устанавливается мгновенно при приложении деформирующего усилия и также мгновенно исчезает после снятия нагрузки; обычно она составляет доли процента от общей деформации. Этот вид деформации обусловлен небольшим смещением атомов, изменением межатомных и межмолекулярных расстояний и небольшим изменением валентных углов.

Высокоэластическая деформация резин увеличивается во времени по мере действия деформирующей силы и достигает постепенно некоторого предельного (условно-равновесного) значения. Она так же, как и упругая деформация, обратима; при снятии нагрузки высокоэластическая деформация постепенно уменьшается, что приводит к эластическому восстановлению деформированного образца.
Высокоэластическая деформация, в отличие от упругой,характеризуется меньшей скоростью, так как связана с конформационными изменениями макромолекул каучука под действием внешней силы. При этом происходит частичное распрямление и ориентация макромолекул в направлении растяжения. Эти изменения не сопровождаются существенными нарушениями межатомных и межмолекулярных расстояний и происходят легко при небольших усилиях. После прекращения действия деформирующей силы вследствие тепловогодвижения происходит дезориентация молекул и восстановление размеров образца.
Специфическая особенность механических свойств каучуков и резин связана с высокоэластической деформацией.

Пластическая деформация непрерывно возрастает при нагружении и полностью сохраняется при снятии нагрузки. Она характерна для невулканизованного каучука и резиновых смесей и связана с необратимым перемещением макромолекул друг относительно друга.

Скольжение молекул у вулканизованного каучука сильно затруднено наличием прочных связей между молекулами, и поэтому вулканизаты, не содержащие наполнители, почти полностью восстанавливаются после прекращения действия внешней силы.
Наблюдаемые при испытании наполненных резин неисчезающие деформации являются следствием нарушения межмолекулярных связей, а также следствием нарушения связей между каучуком и компонентами, введенными в нею, например вследствие отрыва частиц ингредиентов от каучука. Неисчезающие остаточные деформации часто являются кажущимися вследствие малой скорости эластического восстановления, т. е. оказываются практически исчезающими в течение некоторого достаточно продолжительного времени.

Твердость резины

Твердость резины характеризуется сопротивлением вдавливанию в резину металлической иглы или шарика (индентора) под действием усилия сжатой пружины или под действием груза.

Для определения твердости резины применяются различные твердомеры.
Часто для определения твердости резины используется твердомер ТМ-2 (типа Шора), который имеет притупленную иглу, связанную с пружиной, находящейся внутри прибора.
Твердость определяется глубиной вдавливания иглы в образец под действием сжатой пружины при соприкосновении плоскости основания прибора с поверхностью образца (ГОСТ 263—75). Вдавливание иглы вызывает пропорциональное перемещение стрелки по шкале прибора.
Максимальная твердость, соответствующая твердости стекла или металла, равна 100 условным единицам.
Резина в зависимости от состава и степени вулканизации имеет твердость в пределах от 40 до 90 условных единиц.
С увеличением содержания наполнителей и увеличением продолжительности вулканизации твердость повышается; мягчители (масла) снижают твердость резины.

Теплостойкость

О стабильности механических свойств резины при повышенных температурах судят по показателю ее теплостойкости. Испытания на теплостойкость производят при повышенной температуре (70 °С и выше) после прогрева образцов при температуре испытания в течение не более 15 мин (во избежание необратимых изменений) с последующим сопоставлением полученных результатов с результатами испытаний при нормальных условиях (23±2°С).

Количественной характеристикой теплостойкости эластомеров служит коэффициент теплостойкости, равный отношению значений прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве и других показателей, определенных при повышенной температуре, к соответствующим показателям, определенным при нормальных условиях. Чем ниже показатели при повышенной температуре по сравнению с показателями при нормальных условиях, тем ниже коэффициент теплостойкости.

Полярные каучуки обладают пониженной теплостойкостью.
Наполнители значительно повышают теплостойкость резин.

Износостойкость

Основным показателем износостойкости является истираемость и сопротивление истиранию, которые определяются в условиях качения с проскальзыванием (ГОСТ 12251—77) или в условиях скольжения по истирающей поверхности, обычно, как и в предыдущем случае, по шлифовальной шкурке (ГОСТ 426—77).
Истираемость ( определяется как отношение уменьшения объема образца при истирании к работе, затраченной на истирание, и выражается в м3/МДж [см3/(кВт(ч)].
Сопротивление истиранию ( определяется как отношение затраченной работы на истирание к уменьшению объема образца при истирании и выражается в МДж/м3 [см3/(кВт(ч)].

Истирание кольцевых образцов при качении с проскальзыванием более соответствует условиям износа протекторов шин при эксплуатации и поэтому применяется при испытаниям на износостойкость протекторных резин.

Теплообразование при многократном сжатии

Теплообразование резины при многократном сжатии цилиндрических образцови характеризуется температурой, развивающейся в образце вследствие внутреннего трения (или повышением температуры при испытании).

Морозостойкость резины

Морозостойкость—способность резины сохранять высокоэластические свойства при пониженных температурах. Свойства резин при пониженных температурах характеризуются коэффициентом морозостойкости при растяжении, температурой хрупкости и температурой механического стеклования.

Коэффициент морозостойкости при растяжении (ГОСТ 408—66) представляет собой отношение удлинения образца при пониженной температуре к удлинению его (равному 100%) при температуре 23±2°С под действием той же нагрузки.

Резина считается морозостойкой при данной температуре, если коэффициент морозостойкости выше 0,1.

Температура хрупкости Тхр—максимальная минусовая температура, при которой консольно закрепленный образец резины разрушается или дает трещину при изгибе под действием удара! ГОСТ 7912—74). Температура хрупкости резин зависит от полярности и гибкости макромолекул, с повышением гибкости молекулярных цепей она понижается.

Температурой механического стеклования называется температура, при которой каучук или резина теряют способность к высокоэластическим деформациям.
По ГОСТ 12254—66 этот показатель определяется на образцах,замороженных при температуре ниже температуры стеклования. Образец резины цилиндрической формы нагружают (после предварительного замораживания) и затем медленно размораживают со скоростью 1 °С в минуту и находят температуру, при которой деформация образца начинает резко возрастать.

Сопротивление старению и действию агрессивных сред

Старением называется необратимое изменение свойств каучука или резины под действием тепла, света, кислорода, воздуха, озона или агрессивных сред, т.е. преимущественно немеханических факторов.
Старение активируется, если резина одновременно подвергается воздействию механических нагрузок.

Испытания на старение производят, выдерживая резину в различных условиях (на открытом воздухе, в кислороде или воздух при повышенной температуре; в среде озона или при воздействии света и озона).
При атмосферном старении на открытом воздухе или термическом старении в среде горячего воздуха (ГОСТ 9.024—74) результат испытания оценивают коэффициентом старения, который представляет отношение изменения показателей каких-либо свойств, чаще всего предела прочности и относительного удлинения при разрыве к соответствующим показателям до старения. Чем меньше изменения свойств при старении и коэффициент старения, тем выше сопротивление резины старению.

Сопротивление действию различных сред (масел, щелочей, кислот и др.) оценивается по изменению свойств — предела прочности при растяжении и относительного удлинения при разрыве в 1этих средах.
Оно характеризуется коэффициентом, представляющим отношение показателя после воздействия агрессивной среды к соответствующему показателю до ее воздействия.

ДОЛГОВЕЧНОСТЬ И УСТАЛОСТНАЯ ВЫНОСЛИВОСТЬ РЕЗИН

  • Долговечность резин в условиях статической деформации

Прочность любого твердого тела понижается с увеличением продолжительности действия напряжения и поэтому разрушающая нагрузка не является константой твердого тела.
Разрушающая нагрузка – условная мера прочности только при строго определенных скорости деформации и температуре. Снижение прочности материала, находящегося в статически напряженном состоянии, называется статической усталостью. Продолжительность пребывания тела в напряженном состоянии от момента нагружения до разрушения называется долговечностью материала под нагрузкой.
При температурах ниже ТХР полимеры ведут себя подобно хрупким твердым телам.

  • Долговечность резины в условиях динамических деформаций

Снижение прочности материала вследствие многократных деформаций называется динамической усталостью или утомлением.

Сопротивление резин утомлению или динамическая выносливость выражается числом циклов деформации, необходимым для разрушения образца.
Максимальное напряжение в цикле деформации, соответствующее разрушению образца в условиях многократных деформаций, называется усталостной прочностью, а время, необходимое для разрушения резины в условиях многократных деформаций, – динамической долговечностью.

Наиболее распространенным режимом испытаний на многократное растяжение является режим постоянных максимальных удлинений, который осуществляется на машине МРС-2. Это испытание проводится при постоянной амплитуде и заданной частоте (250 и 500 цикл/мин), а также при постоянном максимальном и среднем значениях деформации.

Влияние структуры и состава резин на ее долговечность.
Как правило, резина имеет высокую усталостную выносливость, если она обладает высокой прочностью, малым внутренним трением и высокой химической стойкостью. Влияние структуры или состава резины на эти свойства различно. Влияние типа каучука, характера вулканизационной сетки наполнителей, пластификаторов,антиоксидантов также неоднозначно.
Методы испытания долговечности выбираются с учетом реальных условий эксплуатации резины, видов и условий деформаций, имеющих решающее значение.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

  • Ю. М. Лахтин “Материаловедение”, 1990, Москва, “Машиностроение”
  • Н. В. Белозеров “Технология резины”, 1979, Москва, “Химия”
  • Ф. А. Гарифуллин, Ф. Ф. Ибляминов “Конструкционные резины и методы определения их механических свойств”, Казань, 2000
  • Руздитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Химия-11: Органич. химия. Основы общей химии: (Обобщение и углубление знаний): Учеб. для 11 кл. сред. шк. — М.: Просвещение, 1992. — 160 с.: ил. — ISBN 5-09-004171-7.
  • Глинка Н. Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. — 23-е изд., стереотипное. / Под ред. В. А. Рабиновича. — Л.: Химия, 1984. — 704 с.ил.
  • Большой Энциклопедический словарь. — М.: Большая российская энциклопедия,1998.
  • Мегаэнциклопедия, http://mega.km.ru

Вклад участников

Сотников Виталий Александрович

Резина. Виды и свойства. Плюсы и минусы.Применение и особенности

Резина – эластичный материал, получаемый вследствие вулканизации каучука с добавлением активатора, обычно серы. В основном используется для изготовления автомобильных шин, камер, мячей, спортивных снарядов, лодок, шлангов.

История появления

Изначально резина изготавливалась исключительно из натурального каучука. Это сок гевеи, произрастающей в Южной Америки. С древних пор его использовали индейские племена для изготовления мячей, а также непромокаемых чулок. На территорию Европы каучук попал только в первой половине 18 века. Исследовав его качества, тогдашние промышленники придумали использовать получаемую из него массу только для изготовления ластиков для стирания карандаша.

Вся проблема в том, что эластичный каучук после обработки становился твердым. Лишь в 1823 году был найден способ и пропорции компонентов, при котором он сохранял эластичность. Тогда примитивную резину начали применять для пропитки тканей с целью обеспечения их водонепроницаемости.

Полноценную же резину впервые получили лишь 1839 году, когда была разработана технология вулканизации. Новый материал сразу получил признание и начал использоваться для изготовления уплотнителей и изоляции.

Состав резины

Для производства резины требуется провести полимеризацию каучука, но не просто нагревом, а с добавлением серы. Создаваемая ею среда позволяет сделать вулканизацию, благодаря чему масса становится не твердой, а эластичной.

Вещество, полученное этим способом, уже является резиной, но с совершенно не такой, какой ее знают сейчас. Она имеет мутный сложно определяемый цвет, сильно подвержена эффекту старения и обладает многими другими недостатками. Для ее улучшения первоначальный состав был усовершенствован.

Сейчас в него входит:
  • Каучук.
  • Регенерат.
  • Вулканизирующие вещества.
  • Ускорители вулканизации.
  • Наполнители.
  • Размягчители.
  • Противостарители.
  • Красители.

Регенерат – это вторсырье. В состав практически всей резины, кроме высококачественной медицинской и подобной ей, входят уже отработанные резиновые изделия. Их наличие снижает необходимую концентрацию каучука, который является самым дорогостоящим компонентом состава.

В качестве вулканизирующего вещества обычно применяется сера. Она включается в 1-35%. Причем от ее количества зависит уровень эластичности. У самой тягучей ее всего 1-4%. Процесс вулканизации достаточно продолжителен. Чтобы его ускорить, используются добавки, обычно каптакс или окись свинца. Их нужно совсем немного 0,5-2%. Причем они не только работают как ускорители, но и уменьшают температуру вулканизации.

Современная резина не является чистым вулканизированным каучуком. В ее состав входят различные наполнители, доля которых может доходить до 80%. От того какой из них применяется, зависят качества резины.

Всего используется 3 типа наполнителей:
  • Активные.
  • Неактивные.
  • Специальные.

В качестве активного применяется сажа или свинцовые белила. Такие наполнители укрепляют резину, делают ее более прочной, но при этом в некоторой мере позволяют ей сохранить эластичность. С ними она становится более прочной на разрыв и истирание. Автомобильные покрышки являются ярким примером резины, которая изготовлена на основании сажи.

К неактивным наполнителям для резины можно отнести тальк и мел. С ними получается менее прочный и стойкий материал, но более дешевый. Талька и мела много, их несложно добыть, намного проще, чем производить сажу. Такой наполнитель просто увеличивает объем резины.

Специальные наполнители это каолин и асбест. С ними резина приобретает нехарактерные для себя свойства, такие как температурная или химическая стойкость. Применение в качестве наполнителя диатомита делает ее улучшенным электроизолятором.

Размягчители в составе резины как понятно из названия делают ее более мягкой. Это дает характерную упругость, гибкость. Противостарители же снижают склонность материала к эффекту старения. С ними растрескивание резины со временем проявляется в меньшей мере.

Где используется резина

Применение резины получило широкое распространение благодаря ее упругости, долговечности, устойчивости отдельных ее видов к воздействию масла, бензина. Даже в обычном легковом автомобиле используется 200 видов резиновых деталей. Это  шланги, приводные ремни, манжеты, втулки и т.д.

Из резины производят десятки тысяч наименований продукции. Большая доля этого сырья идет на изготовление автомобильных шин. Из нее делают коврики, тротуарную плитку, жгуты, транспортировочные ленты и т.д.

Виды резины

Изменяя соотношение компонентов, а также видов каучука и наполнителя, можно получать совершенно разные по своим качествам типы резины. Одни ее образцы отличаются великолепной тягучестью и упругостью, другие жесткостью, температурной устойчивостью, стойкостью к истиранию.

Таким образом, различают много видов резины, которые можно разделить на несколько объединенных групп:
  • Армированная.
  • Пористая.
  • Твердая.
  • Мягкая.

Армированной называют резину, внутри которой имеются армирующие включения. Это может быть металлическая сетка, спираль, трос, нитка. Сталь обычно покрывается тонким слоем латуни, что обеспечивает ее устойчивость к коррозии. Армирующее включение размещается в массе, которая еще не является резиной, и поддается вулканизации. После срабатывания серы в условиях высокой температуры и происходит надежное закрепление сетки, проволоки и т.д. Обычно армированными делают резиновые изделия, такие как шины, ремни, ленты транспортеров, трубы высокого давления и т.п. Также армируют и рулонную резину, но обычно ниткой или проволокой, так как они позволяют сохранить хорошую гибкость.

Пористая резина имеет внутри небольшие поры. Это достигается за счет свойства каучука абсорбировать на себе пузырьки газа. Для изготовления данной резины через подготовленную массу пропускают газ, который задерживается в ее толще. Для этого необходимо включение большего количества каучука, размягчителей и меньшего наполнителей. Пористая резина бывает губчатая и однородная. У первой поры получаются крупными и открытыми. У однородной они представляют собой внутренние закрытые ячейки. Пористую резину используют при изготовлении амортизаторов, прокладок, в частности уплотнителей для окон. Она отличается высокой мягкостью, отлично заполняет неровности при сжатии. Кроме этого пористость снижает вес резины, уменьшает теплопроводность.

Для твердой резины характерно присутствие большого количества серы при вулканизации. За счет этого происходит ее отвердевание. Одним из ее видов выступает эбонит. Он отличается высокой прочностью и жесткостью, благодаря чему может применяться для изготовления корпусов электроприборов вместо пластика. Эбонит меньше подвержен растрескиванию при ударах или понижении температуры, при этом обладает лучшей электроизоляцией. Для твердой резины характерна большая масса. Так, эбонит имеет плотность в среднем 1300 кг/м³.

Мягкие резины занимают основной ассортимент всей продукции производимой из каучука. Они имеют различную степень эластичности и упругости. Из них делают прокладки, медицинские жгуты, мембраны, манжеты и т.д.

Свойства резины

Для резины характерны уникальные качества, которых лишены прочие материалы. В связи с этим она и получила столь высокое значение.

К ее главным свойствам относят:
  • Эластичность.
  • Непроницаемость.
  • Выраженная химическая стойкость.
  • Электроизоляция.
  • Малая теплопроводност.

Самым выдающимся качеством резины выступает высокая эластичность. Она может подвергаться любым деформациям, в том числе и растяжению. При этом после механического воздействия практически полностью возвращает свою первоначальную форму, причем мгновенно. Она обладает высоким сопротивлением к разрыву. Выраженная упругость позволяет ее применять для изготовления, к примеру, оружия для подводной охоты, жгутов для остановки кровотечений на конечностях.

Резина является непроницаемым материалом для воды, газов. Не удивительно, что из нее делают водонепроницаемые сапоги, перчатки. Но нужно отметить, что большинство видов резины все же могут пропустить сквозь себя агрессивные жидкости если будут с ними долго контактировать. Те просто ее растворят. Так, зачастую она боится бензина, масла. Но в целом ее химическая стойкость более чем высокая.

Материал выступает отличным электроизолятором. Именно поэтому защитные перчатки для электриков делают из резины. Кроме этого самая лучшая изоляция для гибких проводов также изготавливается из нее. Резину используют для получения уплотнителей на окна, так как она обладает низкой теплопроводностью, особенно если имеет пористую структуру.

Важные недостатки резины:
  • Низкая теплостойкость и морозостойкость.
  • Эффект старения.

Под воздействием высоких температур резина начинает сильно размягчаться, приобретает текучесть. В холод она наоборот затвердевает, от чего ее упругость снижается. В таких условиях ее действительно можно разорвать, приложив усилие, которое она с легкостью переносит при нормальной температуре.

Для резины характерным является эффект старения. Она теряет свои качества под воздействием света, воздуха, тепла, особенно бензина и масла. Это проявляется растрескиванием, появлением белесого цвета, потерей упругости. Для решения этой проблемы в ее состав добавляют различные добавки. Чем их больше и они лучше, тем меньше проявляется эффект старения. Большинство видов резиновых изделий без проблем служат десятки лет, так что эта проблема почти решена.

Похожие темы:

Резины. Состав, свойства, применение резины

Содержание страницы

Резина – пластмассы с редкосетчатой структурой, в которых связующим выступает полимер, находящейся в высокопластическом состоянии.

В резине связующим являются натуральные (НК) или синтетические (СК) каучуки.

На рис. 1 и 2 показаны область применения каучуков и получаемые изделия.

Рис. 1 Применение каучуков

Рис. 2 Изделия, где используются каучуки

Каучуку присуща высокая пластичность, обусловленная особенностью строения их молекул. Линейные и слаборазветвлённые молекулы каучуков имеют зигзагообразную или спиралевидную конфигурацию и отличаются большой гибкостью (рис. 3, верхний). Чистый каучук ползёт при комнатной температуре и особенно при повышенной, хорошо растворяется в органических растворителях. Такой каучук не может использоваться в готовых изделиях. Для повышения упругих и других физико-механических свойств в каучуке формируют редкосетчатую молекулярную структуру. Это осуществляют вулканизацией – путём введения в каучук химических веществ – вулканизаторов, образующих поперечные химические связи между звеньями макромолекул каучука (рис. 3, нижний). В зависимости от числа возникших при вулканизации поперечных связей получают резины различной твёрдости – мягкие, средней твёрдости, твёрдые.

Рис. 3 Структуры каучука и резины

Механические свойства резины определяют по результатам испытаний на растяжение и на твёрдость. При вдавливании тупой иглы или стального шарика диаметром 5 мм по значению измеренной деформации оценивают твёрдость (рис. 4).

Рис. 4 Определение твёрдости резины протектора

При испытании на растяжение определяют прочность Ϭz (МПа), относительное удлинение в момент разрыва εz (%) и остаточное относительное удлинение Ѳz (%) (рис. 5).

Рис. 5 Лабораторная установка для проведения механических испытаний резины

В процессе эксплуатации под воздействием внешних факторов (свет, температура, кислород, радиация и др.) резины изменяют свои свойства – стареют. Старение резины оценивают коэффициентом старения Кстар, который определяют, выдерживая стандартизованные образцы в термостате при температуре -70оС в течение 144 час, что соответствует естественному старению резины в течение 3 лет. Морозостойкие резины определяется температурой хрупкости Тхр, при которой резина теряет эластичность и при ударной нагрузке хрупко разрушается.

Для оценки морозостойкости резин используют коэффициент Км, равный отношению удлинения δм образца при температуре замораживания к удлинению δо при комнатной температуре.

Состав резины

Резины являются сложной смесью различных ингредиентов, каждый из которых выполняет определённую роль в формировании её свойств (рис. 6). Основу резины составляет каучук. Основным вулканизирующим веществом является сера.

Рис. 6 Компоненты, которые входят в состав резины

Вулканизирующие вещества (сера, оксиды цинка или магния) непосредственно участвуют в образовании поперечных связей между макромолекулами. Их содержание в резине может быть от 7 до 30 %.

Наполнители по воздействию на каучуки подразделяют на активные, которые повышают твёрдость и прочность резины и тем самым увеличивают её сопротивление к изнашиванию и инертные, которые вводят в состав резин в целях их удешевления.

Пластификаторы присутствия в составе резин (8 – 30%), облегчают их переработку, увеличивают эластичность и морозостойкость.

Противостарители замедляют процесс старения резин, препятствуют присоединению кислорода. Кислород способствует разрыву макромолекул каучука, что приводит к потере эластичности, хрупкости и появлению сетки трещин на поверхности.

Красители выполняют не только декоративные функции, но и задерживают световое старение, поглощая коротковолновую часть света. Наибольшее распространение получили сорта натурального каучука янтарного цвета и светлого тона.

Обычно приняты классификация и наименование каучуков синтетических по мономерам, использованным для их получения (изопреновые, бутадиеновые, бутадиен-стирольные и т.п.), или по характерной группировке (атомам) в основной цепи или боковых группах (напр., полисульфидные, уретановые, кремнийорг), фторкаучуки.

Каучуки синтетические подразделяют также по другим признакам, например, по содержанию наполнителей – на ненаполненные и наполненные каучуки, по молекулярной массе (консистенции) и выпускной форме – на твердые, жидкие и порошкообразные.

Получение и применение каучуков

Более широкое применение в производстве резин получили синтетические каучуки, отличающиеся разнообразием свойств. Синтетические каучуки получают из спирта, нефти, попутных газов нефтедобычи, природного газа и т.д. (рис. 7).

Рис. 7 Схема получения синтетических каучуков

СКБ – бутадиеновый каучук, чаще идёт на изготовление специальных резин (рис. 8).

Рис. 8 Уплотнители — упругие прокладки трубчатого или иного сечения

СКС – бутадиенстирольный каучук. Каучук СКС – 30, наиболее универсальный и распространённый, идёт на изготовление автомобильных шин, резиновых рукавов и других резиновых изделий (рис. 9). Каучуки СКС отличаются повышенной морозостойкостью (до -77оС).

Рис. 9 Изделия из каучука СКС

СКИ – изопреновый каучук. Промышленностью выпускается каучуки СКИ-3 – для изготовления шин, амортизаторов; СУИ-3Д – для производства электроизоляционных резин; СКИ-3В – для вакуумной техники (рис. 10).

Рис. 10 Вакуумный выключатель-прерыватель (а), электрозащитные перчатки (б)

СКН – бутадиеннитрильный каучук. В зависимости от содержания нитрила акриловой кислоты бутадиеннитрильные каучуки разделяют на марки СКН-18, СКН-26, СКН-40. Они стойки в бензине и нефтяных маслах. На основе СКН производят резины для топленных и масляных шлангов, прокладок и уплотнителей мягких топливных баков (рис. 11).

СКТ – синтетический каучук теплостойкий имеет рабочую температуру от -60 до +250оС, эластичный. На основе этих каучуков производят резины, предназначенные для изоляции электрических кабелей и для герметизирующих и уплотняющих прокладок (рис. 12).

Рис. 11 Масляные шланги и уплотнители топливных баков

Рис. 12 Уплотняющая прокладка и изоляция электрических кабелей

Технология формообразования деталей из резины

Из сырой резины методами прессования и литья под давлением изготавливают детали требуемой формы и размеров. Каждый метод имеет только ему присущие технологические возможности и применяется для изготовления определённого вида деталей.

Прессование. Детали из сырой резины формуют в специальных прессформах на гидравлических прессах под давлением 5 – 10 МПа (рис. 13).

Рис. 13 Гидравлический пресс и готовые изделия

В том случае, если прессование проходило в холодном состоянии, отформованное изделие затем подвергают вулканизации. При горячем прессовании одновременно с формовкой протекает вулканизация. Методом прессования изготавливают уплотнительные кольца, муфты, клиновые ремни.

Литьё под давлением. При этом более прогрессивном методе форму заполняют предварительно разогретой пластичной сырой резиновой смесью под давлением 30 – 150 МПа. Резиновая смесь приобретает форму, соответствующую рабочей полости пресс-формы. Прочность резиновых изделий увеличивается при армировании их стенок проволокой, сеткой, капроновой или стеклянной нитью (рис. 14).

Рис. 14 Резиновые изделия с увеличенной прочностью

Сложные изделия – автопокрышки, гибкие бронированные шланги и рукава – получают последовательно. Сначала наматывают на полый металлический стержень слои резины, затем изолирующие и армирующие материалы (рис. 15).

Рис. 15 Бронированные шланги и устройство автопокрышки

Сборку этих изделий выполняют на специальных дорновых станках (рис. 16).

Рис. 16 Один из разновидностей дорновых станков литья под давлением резины

Вулканизация. В результате вулканизации – завершающей операции технологического процесса – формируются физико-механические свойства резины. Горячую вулканизацию проводят в котлах, вулканизационных прессах, пресс-автоматах (рис. 17), машинах и вулканизационных аппаратах непрерывного действия под давлением при строгом температурном режиме в пределах 130 – 150оС. Вулканизационной средой могут быть горячий воздух, водяной пар, горячая вода, расплав соли. Основной параметр вулканизации – время – определяется составом сырой резины, температурой вулканизации, формой изделий, природой вулканизационной среды и способом нагрева.

Вулканизацию можно проводить и при комнатной температуре (рис. 18). в этом случае сера отсутствует в составе сырой резины, а изделие обрабатывают в растворе или парах дихлорида серы или в атмосфере сернистого газа.

Рис. 17 Пресс-автомат и котёл для вулканизации резины

Рис. 18 Вулканизация (ремонт) шин при комнатной температуре

В результате вулканизации увеличиваются прочность и упругость резины, сопротвление старению, действию различных органических растворителей, изменяются электроизоляционные свойства.

На фото 1 и 2 показано сборочное оборудование Нижнекамского завода и цех вулканизации шин ЦМК (цельнометаллокордных покрышек).

Фото 1

Фото 2

Главное преимущество цельнометаллокордных покрышек — возможность их двукратного восстановления путем наварки протектора. Это позволяет в конечном итоге удвоить срок их службы и довести до 500 тыс. км пробега. Помимо ресурсосбережения достигается значительный экологический эффект — вдобавок к уменьшению выхлопных газов сокращаются и отходы в виде изношенных покрышек.

Просмотров: 13 728

Из чего делают шины?

Любой шинный продукт имеет те или иные свойства в первую очередь благодаря своему составу. Шинный коктейль, пожалуй, самый значительный фактор влияющий на технические характеристики той или иной модели. Изготовители автошин обычно держат в строжайшем секрете состав резиновой смеси своих изделий, это является коммерческой тайной любой компании. Но так или иначе, основные компоненты резины известны всем, как и известно об их химических свойствах, которые отражаются на качестве передвижения.

Главные составляющие материалы, используемые при производстве, влияющие на технические показатели автошины:

  • Натуральный каучук. Компонент добываемый из сока бразильской гевеи. На данный момент используется чаще всего в резиновом составе боковин моделей, гарантирую эластичность и упругость. Таким образом существенно улучшается маневренность. Натуральный каучук обладает белым молочным цветом, поэтому до того как стали использовать синтетический каучук шины обладали белым цветом.
  • Искусственный каучук. Главный элемент в шинном коктейле, занимает большую долю резинового состава и непосредственно влияет на ходовые показатели. Натуральный каучук использовался на протяжении львиной часть 20 века, до тех пор пока не был синтезирован искусственный каучук (Бутадиен-стирольный, изопреновый, бутилкаучук и т.д.). От твердости каучуковой смеси зависит показатели износа, сцепления и торможения. То есть основные технические свойства. В зависимости от предназначения резины производители обозначают необходимую жесткость. Например, для высокоскоростных моделей состав используется более жесткий каучук, а для классических дождевых – более мягкий (так как такая резина хорошо сцепляется с мокрой дорогой).
  • Технический углерод (ТУ) или сажа. Представленный материал занимает 1/3 состава и, как правило, обозначает для изделия такие характеристики как износоустойчивость и прочность. Также дает изделию характерную цветовую гамму. Технический углерод синтезируют путём деструкции природного газа, то есть, по сути, данный материал является отходом при добыче природного газа. Шины произведенные в СССР включали в себя большую долю сажи, по причине легкодоступности материала. К сожалению данный материал экологически вредный, поэтому с каждым годом производители стараются сократить его долю в своих изделиях.
  • Диоксид кремния или силика. Заменой технического углерода являются специфические кремниевые кислоты в различных вариациях. Силика используется, прежде всего, в производстве зимней автошины. Она лучше чем ТУ внедряется в соединения каучука и не вытесняется из смеси подобно саже (черные следы идущие от шины ничто иное как вытесненный из состава технический углерод). Диоксид кремния обеспечивает резину эластичностью, мягкостью, комфортностью и великолепным сцеплением с мокрой дорогой. Но главным преимуществом кремниевой кислоты является стойкость к низким температурам. Шины с большим содержанием силики обычно характеризуются как экологически чистые.
  • Сера. Сера используется как вспомогательный элемент для связи молекул вышеописанных полимеров. Это отражается на целостности, прочности и эластичности шины.
  • Натуральные масла или смолы. Смягчающие элементы природного происхождения (например рапсовое масло или канола). Обычно используются в зимних моделях.
  • Помимо прочего используется большое количество уникальных натуральных элементов для предоставления тех или иных свойств. Например крахмал кукурузы снижает сопротивление качению, а молотая скорлупа грецкого ореха увеличивает сцепление на заледенелой поверхности.

Резиновая смесь того или иного изделия — залог безопасного передвижения того или иного автотранспорта. При выборе шины обязательно нужно поинтересоваться у продавца составом резины. Как правило, чем дороже автошины, тем шинный коктейли в них более сложный и, соответственно, более эффективный. При выборе следует учитывать и предназначенность шины. Например для UHP-класса необходим жесткий резиновый состав, а для зимней шины нужен мягкий, с большой долей силики. Есть много нюансов, поэтому лучше всего следует обратится к профессионалам.

Где используется каучуковая резина?

Где используется каучуковая резина?

Натуральный каучук летом размягчался, а на морозе трескался, поэтому ученые изобрели его более совершенный синтезированный аналог – каучуковую резину. Ч. Гудьир добился выразительных результатов путем смешивания каучука с серой и их последующего нагревания (вулканизации).

После открытия вулканизации появилась новая ветвь промышленности – резиновая, которая начала развиваться семимильными шагами. В 1932 году С. В. Лебедев открыл синтетическую резину, которая отличалась большей прочностью, пластичностью и долговечностью. С того времени появились десятки новых видов резины, используемых в разных областях промышленности.

7 ключевых сфер применения резины:

  • Производство шин для автомобилей, самолетов, велосипедов. В этой сфере используется больше 50% резины.
  • Производство амортизаторов и конвейерных лент.
  • Изготовление уплотнителей, прокладок и других изоляционных материалов.
  • Спортивная индустрия: изготовления деталей тренажеров, снарядов.
  • Производство одежды и обуви – дождевиков, подошв.
  • Изготовление протезов и медицинских приборов.
  • Производство детских игрушек.

Также каучуки используют в изготовлении ракетного топлива, строительных материалов. Уникальные свойства сделали резину одним из наиболее востребованных материалов на рынке.

Как показывает практика, резиновые изделия лучше хранить в затемненных подвальных или полуподвальных помещениях. Оптимальная температура воздуха при этом – от 0 до 20 градусов. Чтобы защитить продукцию от сквозняков, деформирования и механических повреждений, ее размещают в плотно закрываемые шкафы на ровные полки. Резина в рулонах обычно хранится в подвешенном состоянии на стойках.

AlfaSystems GoPro GP261D21

Полимерные материалы – резина, пластмассы, их получение, применение в медицине

Все большее применение в медицине находят различные полимерные материалы: каучуки и резина, смолы, пластические массы. На основе достижений химии высокомолекулярных соединений можно получить материалы с заранее заданными свойствами, которыми не могут обладать природные соединения. Получение синтетических полимерных изделий из мономеров осуществляется с применением поликонденсации и полимеризации.

Каучук натуральный получают из латекса (млечный сок бразильской гевеи), синтетический каучук — путем полимеризации мономеров с участием катализаторов.

Резину получают из натурального или синтетического каучука путем вулканизации (добавляют при высокой температуре серу или селен, или теллур). Кроме того, добавляют в резину ускорители,

наполнители, мягчители, противостарители, красители и другие компоненты резиновой смеси, от которых зависят свойства резиновых изделий. Рецептура резины для медицинских изделий утверждается МЗ РФ, так как резиновые изделия имеют непосредственный контакт с органами и тканями человеческого организма.

Резина обладает высокой эластичностью, способностью сопротивляться разрывам, истиранию, поглощает колебания, газо- и водонепроницаема.

Каучук и резину в медицине применяют для изготовления предметов ухода за больными — грелок, пузырей, кругов подкладных, спринцовок; трубчатых изделий — катетеров, зондов, трубок для переливания крови, вакуумных и слуховых; перчаток, напальчников, сосок и пустышек детских и др.

К методам получения резиновых изделий относятся: прессование, экструзия, литье под давлением, макание.

Пластические массы (пластмассы) – это неметаллические композиционные материалы на основе полимеров (смол), способные под влиянием нагревания и давления формироваться в изделия и устойчиво сохранять в результате охлаждения или отвердения приданную им форму.

Для них характерны высокая устойчивость против коррозии, хорошие электроизоляционные, теплоизоляционные свойства.

Основу пластмасс составляют полимеры (высокомолекулярные соединения), имеющие различную структуру (линейную, разветвленную, пространственную), что позволяет создавать материалы с новыми, заранее заданными свойствами.

Для производства МФТ наиболее часто применяют следующие виды промышленных полимеров: полиэтилен высокой и низкой плотности, полиамиды, пластикаты на основе поливинилхлорида, полипропилен, полистирол, фторпласты и др.

Эти полимеры используются для изготовления деталей медицинских приборов и инструментов, систем переливания крови, шприцев, предметов ухода за больными, лабораторного оборудования, упаковки, катетеров, бужей, дренажных трубок, зондов, упаковки ЛС, оправ и линз и многого другого.

Особую актуальность приобретают полимерные материалы при разработке эндопротезов, так как они имеют длительный контакт с живым организмом (искусственные органы, ткани). В качестве биоинертных полимеров, в наибольшей степени отвечающих эксплуатационным требованиям, применяют полиолефины (полиэтилен, полипропилен), фтор-пласты, некоторые полиэфиры (полиэтилентерефталат) и др.

Изделия из биосовместимых полимеров применяются в хирургии внутренних органов и тканей, травматологии, офтальмологии, стоматологии, сердечно-сосудистой хирургии.

Такие полимеры являются также основой лекарственных пленок, мазей, матриц для присоединения к ним лекарственных препаратов с целью пролонгации действия, оболочки для микрокапсул.

Методы получения изделий из полимерных материалов — это прессование, литье под давлением, экструзия.

Коррозии подвергаются не только металлы, но и материалы органического происхождения. Биокоррозия — это микробиологическая коррозия, т.е. разрушение изделий в результате воздействия микроорганизмов, в основном, плесневых грибков. Наилучшей защитой при хранении и эксплуатации медицинских изделий служитсоздание условий, препятствующих развитию плесени, т.е. хранение должно осуществляться в сухих (влажность воздуха не выше 65%), хорошо проветриваемых помещениях при комнатной температуре (20 °С).

Рид Резиновые изделия | Различия между резиной, пластиком и термопластичной резиной

В общем, каучук представляет собой соединение (или полимер), обладающее каучукоподобными свойствами. Основными свойствами являются вязкость — то есть способность течь — и эластичность — то есть способность восстанавливать свою первоначальную форму после сжатия или растяжения. Примерами резины являются силиконовые хирургические трубки, автомобильные шины из натурального каучука и неопреновые щетки стеклоочистителей.

Соединение, обладающее малой эластичностью или вообще не обладающее эластичностью (вспомните дурацкую замазку), называется пластиком . Примерами пластмасс являются оконные рамы из ПВХ, полипропиленовая лапша для бассейнов и полиэтиленовые бутылки для молока.

Резиновая смесь после отверждения не может оставаться неотвержденной. Поэтому резиновые покрышки нельзя расплавлять. Чтобы их можно было использовать повторно, их необходимо перешлифовать и, возможно, использовать в качестве покрытия для игровых площадок. Термин для этих составов термореактивных . Пластмассы, с другой стороны, обычно можно расплавить и использовать повторно, поэтому они называются термопластами .Это хорошая новость для окружающей среды, хотя это может ограничить полезность самого материала, поскольку он теряет свои эксплуатационные свойства выше определенной температуры.

Итак, у нас есть реактопласты и термопласты. Но я хотел бы познакомить вас с материалом, который почти противоречит терминам: термопластичная резина . Эти соединения обрабатываются подобно пластику, но обладают такими же эксплуатационными свойствами, как и резина.

Термопластичная резина выпускается в различных формах, но та, на которой мы в Reed Rubber специализируемся, также является одной из самых популярных: термопластичный вулканизат (ТПВ).Первоначально разработанный моей корпорацией Monsanto в 1981 году под торговой маркой Santoprene , TPV быстро заменил EPDM во многих областях применения, особенно в автомобильных уплотнениях. Существуют и другие торговые марки, например, Teknor-Apex Sarlink .

Каучуковая фаза TPV представляет собой полностью отвержденный каучук EPDM, встроенный в пластиковую фазу, представляющую собой полипропилен (ПП). Полипропилен придает TPV возможность вторичной переработки, жесткие допуски, малый вес и окрашиваемость. EPDM, который обеспечивает отличное восстановление при сжатии, эластичность, устойчивость к атмосферным воздействиям в течение длительного времени и другие свойства.

Такое сочетание свойств делает TPV отличным выбором для прокладок и уплотнений. Он также не оставляет следов и имеет приятную текстуру поверхности, что делает его хорошим выбором для рукояток и бамперов. Он обладает выдающейся устойчивостью к усталости при изгибе, что хорошо для петель. Стоит отметить, что сохраняет свою гибкость даже до 76°F ниже нуля.

TPV не является хорошим выбором при постоянном воздействии температур выше 250°F (или 275°F периодически). Он плохо выдерживает погружение в некоторые нефтепродукты.И, если важна очень высокая прочность на растяжение, есть термореактивные каучуки, которые подойдут лучше.

Мы занимаемся экструзией профилей TPV для уплотнений, ручек, бамперов и других применений с 1985 года. Позвоните нам!

Жизненный цикл каучука

К концу 1930-х годов Соединенные Штаты потребляли половину мировых запасов натурального каучука. Начало Второй мировой войны привело к нехватке натурального каучука, что вызвало переход к созданию синтетического заменителя.В настоящее время 70% каучука, используемого в производственных процессах, является синтетическим — потомком этого оригинального природного материала, произведенного США во время Второй мировой войны.

Хотя большая часть каучука в настоящее время является синтетическим, в США по-прежнему используется натуральный каучук; мы импортируем более 3 миллиардов фунтов в год. Каучук (натуральный и синтетический) используется для различных изделий, таких как шланги, прокладки, герметики и, конечно же, колеса и шины. Ниже мы более подробно рассмотрим, как добываются природные ресурсы для производства каучука, как производится каучук, а также как он повторно используется и перерабатывается.

Как собирают и производят натуральный каучук

Натуральный каучук начинается с латекса, который в форме сока содержится в деревьях и растениях. Каучуковые деревья из Южной Америки и Юго-Восточной Азии обеспечивают большую часть латекса в натуральном каучуке. Процесс, называемый каучуковым постукиванием, используется для сбора латекса с каучуковых деревьев. В коре дерева делается широкий надрез, позволяющий латексу стекать и собираться. После сбора латекс фильтруют и промывают. Затем к латексу добавляют кислоту, чтобы каучук коагулировал или уплотнялся.После адекватной коагуляции каучук сушат, сжимают и прессуют в листы для транспортировки.

Переработка резины в зависимости от предполагаемого использования

Так как же происходит переработка каучука?

Когда каучук (натуральный или синтетический) поступает на завод, он готов к переработке и производству. Во-первых, каучук проходит компаундирование, которое включает добавление химикатов и добавок в зависимости от предполагаемого использования каучука. Например, наполнитель из сажи, называемый сажей, добавляется для повышения прочности резины.Углеродная сажа также придает резиновым изделиям, таким как автомобильные шины, черный цвет. Другие наполнители могут включать переработанную резину, пластификаторы, красящие пигменты и многое другое.

После введения химикатов и добавок их необходимо смешать с каучуком. Эта фаза смешивания обработки должна сбалансировать смесь ингредиентов против преждевременной вулканизации. Поскольку каучук обладает высокой вязкостью, его трудно смешать с другими химическими веществами без повышения температуры. Но если температура повышается слишком высоко, резина может вулканизироваться слишком быстро.

После успешного завершения смешивания каучук охлаждается и готов к формованию. Во время формовки резина может быть нанесена в качестве покрытия на другие материалы, такие как конвейерные ленты или шины. Или форма используется для отливки резины в форму, такую ​​как подошвы обуви или прокладки. Если используется форма, то резина вулканизируется. Если нет, вулканизация является последним шагом. При вулканизации резина нагревается и отверждается, что делает ее более устойчивой к повреждениям и перепадам температур. Без этих процессов резина была бы гораздо более хрупкой или липкой.После того, как резина вулканизирована, она готова к использованию.

После использования резина может быть переработана

Хотя каучук пользуется большим спросом, в мире производится большое количество резиновых отходов, особенно из старых автомобильных шин. Переработка и повторное использование помогли сократить количество отходов резины. Резина в старых автомобильных шинах может быть разрушена и использована для таких продуктов, как мульча для игровых площадок, автомобильные компоненты, коврики для мыши и подошвы для обуви.

Повторное использование старой резины для производства резиновой мульчи, например, начинается с просеивания пригодных для повторного использования материалов с помощью такого оборудования, как первичный вибрационный грохот GK FINGER-SCREEN™.Как только резина отделяется от остального материала, старые автомобильные шины разбираются и очищаются, а более мелкие кусочки измельчаются в еще более мелкие фракции для создания мульчи. Когда мульча превращается в мульчу, добавляется цвет, мульча упаковывается и готова к раздаче.

Если каучук используется для других продуктов, он может быть дополнительно измельчен на более мелкие волокна, а затем переработан. Резиновые гранулы меньшего размера легко перерабатываются в напольные коврики, подошвы для обуви, ведра или маленькие колеса.Погрузочно-разгрузочные устройства, такие как высокоэнергетический транспортер, специально разработаны для перемещения этого типа материала и других частей шины, таких как шинная проволока.

Из более чем 1 миллиарда утилизированных шин в США с 1990-х годов осталось около 70 миллионов шин. Это большое число, но за последние 20 лет количество старых шин в США сократилось более чем на 93%.

Улучшение обработки и переработки каучука

Со всеми продуктами, включая резину, следует обращаться безопасным для вас и окружающей среды способом.Обычно это означает, что переработка чаще всего является лучшим способом улучшить процесс производства резины. Существуют способы обработки резины, которые облегчают вам задачу и являются безопасными. Если вы отдадите его месту, которое знает, как правильно перерабатывать эти продукты, вы помогаете на протяжении всего жизненного цикла переработки каучука.

Компания General Kinematics стремится предоставлять инновационное оборудование для переработки каучука и других материалов по всему миру. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше о нашем оборудовании для решений по переработке или обсудить ваши уникальные потребности в оборудовании.

Краткая история каучука

 

ТРОПИЧЕСКИЕ ЛЕСА : Спасти то, что осталось По мотивам Уэйда Дэвиса, One Река 1996 Резина

— один из самых важных продуктов будущего из тропического леса. Хотя коренные жители тропических лесов Южной Америки использовали каучук на протяжении поколений, только в 1839 году каучук получил свое первое практическое применение в промышленном мире. В том же году Чарльз Goodyear случайно уронил каучук и серу на горячую плиту, в результате чего она обуглилась, как кожа, но осталась пластиковой. и эластичный.Вулканизация, усовершенствованная версия этого процесса, превратила белый сок коры гевеи в дерево в незаменимый продукт индустриальной эпохи.

С изобретением автомобиля в конце 19 века века начался каучуковый бум. По мере резкого роста спроса на каучук небольшие неряшливые речные городки, такие как Манаус в Бразилии, преобразились. ночь в шумные центры торговли. Манаус, расположенный на Амазонке, где она впадает в Риу-Негру, стал богатым центром торговли каучуком.Всего за несколько лет в Манаусе появилась первая в Бразилии телефонная система. 16 миль трамвайных путей и электрическая сеть для города-миллионника, хотя в нем проживало всего 40 000. Отдельные люди нажили огромные состояния, и «щегольство богатством стало спортом». Резиновые бароны закурили сигары. банкнотами в 100 долларов и утоляли жажду своих лошадей серебряными ведрами охлажденного французского шампанского. Их жены, пренебрегая мутными водами Амазонки, отправляли в стирку белье в Португалию… Питались привозной пищей. из Европы…. [и] после роскошных обедов, некоторые из которых стоили до 100 000 долларов, мужчины удалились в любой из дюжина элегантных борделей». Жители Манауса «были самыми высокими потребителями бриллиантов на душу населения. в мире.”

Богатство каучуковых баронов можно было превзойти только своей жестокостью. Дикие деревья гевеи, как и все первичные деревья тропических лесов, широко распространены. защищает виды от южноамериканской пятнистости листьев, которая легко распространяется по плантациям и уничтожает их.Таким образом, чтобы получить прибыль, бароны должны были получить контроль над огромными участками земли. Большинство из них сделали это, наняв собственных армии для защиты своих прав, приобретения новых земель и захвата местных рабочих. Труд всегда был проблемой, поэтому бароны занялся творчеством. Один барон создал конезавод, поработив 600 индейских женщин, которых он разводил как скот. Другие бароны как Хулио Сезар Арана, просто использовал террор, чтобы заполучить и удержать индийских рабов. Захваченные индейцы обычно подчинялись потому что сопротивление означало только больше страданий для семей.Молодых девушек продавали как шлюх, а юношей были связаны, завязаны глаза и им оторвали гениталии. Когда индейцы умерли, производство резко возросло: в 12 лет, когда Арана работала на реке Путумайо в Колумбии, коренное население сократилось с более чем 30 000 до менее более 8000, в то время как он экспортировал более 4000 тонн каучука, заработав более 75 миллионов долларов. Единственное, что остановило Холокост привел к краху бразильского рынка каучука.

Бразильский рынок каучука был раздавлен стремительным развитие более эффективных каучуковых плантаций Юго-Восточной Азии.Однако перспективы развития плантаций началось не с высокой ноты. Семена каучука, богатые маслом и латексом, не смогли пережить долгое путешествие через Атлантику. из Бразилии. Наконец, в 1876 году английский плантатор Генри Уикхэм собрал 70 000 семян и отправил их в Англию. Эта поставка остается «источником споров». экономика основана на пяти импортных растениях — африканской масличной пальме, кофе из Эфиопии, какао из Колумбии и Эквадора, соевые бобы из Китая и сахарный тростник из Юго-Восточной Азии — до сих пор говорят о «краже каучука» как о моменте позора.Сам Уикхем в своих мемуарах придал этому поступку нотку таинственности, несомненно, намереваясь возвысить свою собственный профиль в глазах сверстников. На самом деле, все данные свидетельствуют о том, что экспорт был прямым дело, проводимое открыто и активно поддерживаемое бразильскими властями в Бельме». случае 2800 семян проросли и были отправлены в Коломбо, Цейлон (современная Шри-Ланка). После нескольких ложных запусков, в том числе плантатора на севере Борнео, который срубил свою плантацию, не обнаружив висящих резиновых мячей. с ветвей перспективы были мрачными.Одним из основных препятствий было то, что успех чая (Цейлон) и кофе (Малайя) не дало плантаторам никаких причин пробовать непроверенный урожай.

Наконец, в 1895 году Генри Ридли, глава Сингапурского ботаническом саду, убедил двух производителей кофе посадить два акра (0,8 га) деревьев гевеи. Двенадцать лет спустя более более 300 000 га каучука выращивались на плантациях Цейлона и Малайи. Новые инновации повысили эффективность и производительность удваивается каждые два года. Каучук можно было производить лишь за небольшую часть стоимости сбора дикого каучука в Бразилии.К 1910 году бразильское производство упало на 50 процентов. В 1914 году рыночная доля Бразилии сократилась примерно до 30 процентов, в 1918 году — до 20 процентов. а в 1940 г. до 1,3%.

Однако Вторая мировая война грозила сместить резиновое богатство. США опасались, что Япония оккупирует основные районы производства каучука в Юго-Восточной Азии. из жизненного материала. Каждая шина, шланг, уплотнение, клапан и дюйм проводки требовали резины. Разработка резины Корпорация, главный контролер по закупкам каучука, искала другие источники, включая создание каучуковой программа, которая отправляла бесстрашных исследователей в Амазонку в поисках образцов каучука, которые можно было бы использовать для производства высоких урожайность, превосходные продукты и возможность устойчивости к пятнистости листьев.Конечной целью программы было для создания каучуковых плантаций рядом с домом. Помимо поиска на Амазоне и создания экспериментальных плантациях в Латинской Америке, программа разработала несколько новых планов по производству каучука, включая посадку одуванчиков — их млечный сок — небольшой, но полезный источник каучука — в 41 штате. Обширная работа над синтетическим каучуком привела к продукту, который, как предсказывали экономисты, со временем заменит натуральная резина. К 1964 году синтетический каучук занимал 75 процентов рынка.

Однако ситуация резко изменилась с Нефтяное эмбарго ОПЕК 1973 г., удвоившее цены на синтетический каучук и заставившее потребителей нефти лучше осознавать свои пробег газа. Беспокойство по поводу расхода бензина принесло неожиданную угрозу рынку синтетических масел: переход на радиальную шину. Радиальная шина заменила простые диагональные шины (которые составляли всего 90 процентов рынка). пятью годами ранее) и уже через несколько лет практически все автомобили передвигались на радиальных колесах.Синтетического каучука не было прочность радиальных; только натуральный каучук мог обеспечить необходимую прочность. К 1993 году натуральный каучук вернули себе 39 процентов внутреннего рынка. Сегодня почти 50 процентов всех автомобильных шин и 100 процентов всех авиационных шин производятся из натурального каучука. 85 процентов этого каучука импортируется из Юго-Восточной Азии, а это означает, что США очень восприимчивы к к сбоям, вызванным эмбарго, или, что еще хуже, непреднамеренным или преднамеренным введением пятнистости листьев в плантации.Ни одно из деревьев на плантациях Юго-Восточной Азии не обладает устойчивостью к фитофторозу, поэтому «единственное акт биологического терроризма, систематическое внедрение грибковых спор, столь мелких, что их легко спрятать в обуви, может уничтожить плантации, остановив производство натурального каучука как минимум на десятилетие. это трудно представить себе какое-либо другое сырье, столь же жизненно важное и уязвимое».

Продолжение: Спасение тропических лесов [произошла ошибка при обработке этой директивы]

© Монгабай 1995-2020

каучуковое дерево

каучуковое дерево


Средства для врезки
сделать надрез на коре каучукового дерева
для сбора латекса.

Выстукивание трудно сделать хорошо.
Вы должны заботиться о том, как вы это делаете.

Для хорошего нарезания резьбы,
необходимо:

Прежде чем мы увидим, как сделать резьбу,
давайте оглянемся на то, что мы узнали
в курсе по стеблям растений.

Давайте посмотрим, как сделан ствол каучукового дерева.

СТВОЛ РЕЗИНОВОГО ДЕРЕВА

Если разрезать ствол, то видно несколько слоев.

  • Снаружи кора ,
    который имеет толщину около 6 миллиметров.

  • В центре дерево ,

  • Между древесиной и корой
    есть слой, который не видно невооруженным глазом,
    потому что он очень тонкий.
    Это слой камбия .

Камбий заставляет дерево расти,
производя древесину и кору.
Так что вы не должны повредить его
если вы хотите, чтобы дерево нормально росло.

Если посмотреть на кору каучукового дерева под микроскопом,
вы увидите несколько слоев.
Один из них, самый глубокий, содержит маленькие каналы 90–106. называется млечные сосуды
потому что они содержат латекс.
Этот слой находится рядом с камбием.

Млечные сосуды представляют собой трубочки
которые производят латекс.

При постукивании вы разрезаете эти маленькие трубочки, содержащие латекс.
Но вы должны быть осторожны, чтобы не порезать камбий.

Окружность дерева 50 сантиметров
на высоте 1 метра от земли,
то есть через 5 лет после того, как его посадили на плантацию,
вы можете начать постукивать по дереву.

Для начала врезки возьмите металлическую ленту
крепится к деревянной рейке 1.10 метров в длину.
Эта металлическая лента
находится под углом 30 градусов к горизонту.

Обмотайте елку металлической лентой.
Шилом (железным острием) сделать надрез вдоль ленты.
Разрез заканчивается, когда вы обошли вокруг дерева.
Начало реза и конец реза
находятся на одной вертикальной линии.

Шилом сделать вертикальный швеллер
от нижнего края разреза.

Разрез и канал необходимо углубить.
Это делается с помощью долота , инструмента
. который используется, толкая его, чтобы удалить кору.

Надавить на долото несколько раз
по разрезу и каналу,
снимая очень мало коры за один раз.
Вы делаете это, чтобы срезать кору
как можно ближе к камбию,
но не повредив его.

Поскольку кора имеет толщину около 6 миллиметров,
разрез должен быть 4.глубиной 5 миллиметров.

Длина вертикального канала 25 сантиметров.
В нижнем конце этого канала поставить желоб.
Ниже этого поместите чашку, называемую латексной чашкой.
Привяжите его к дереву.

Латекс течет по разрезу, в канал,
и наконец через канаву
он падает в чашку.

Латекс, который течет при первом надрезе
не подходит для сбора урожая,
так что в течение нескольких дней вы не собираете никакого латекса,
но все равно ты должен прийти и срезать кору.

Рано утром,
идите на плантацию, чтобы снова открыть разрез.

Начните с удаления латекса
который свернулся на разрезе
и положить в корзину.
Забери и любой латекс
что текла по коре.

Затем, с выемкой,
выньте небольшой кусочек коры толщиной 1,5 миллиметра,
не касаясь камбия.

Сделайте разрез до 1.5 миллиметров от камбия.

Латекс стекает по разрезу, затем по каналу,
и через желоб он падает в латексную чашку.

Затем, через 4 часа,
приди еще раз и собери то, что в чашке.
Через два дня вымойте чашку.

Один человек может подрезать 440 деревьев в день.
Человека, который постукивает, называют таппером.

Если вы сделаете разрез плохо, и если вы заденете камбий,
кора плохо смыкается.Он расщепляется и становится коричневым.
Затем постукивание необходимо прекратить.

Существует продукт для лечения этого потемнения коры.

Деревья нужно подрезать
очень рано утром,
на рассвете,
чтобы собрать как можно больше латекса.
Если вы сделаете сокращения в конце дня,
вы собираете меньше латекса, на треть меньше.

Но нельзя каждый день постукивать по деревьям.

Каждое дерево следует вскрывать в определенный день.
Таким образом,

  • по одному дереву в понедельник и четверг вскрывают;
  • другой, во вторник и пятницу;
  • третий в среду и субботу.

Каждый сборщик может обрезать 440 деревьев.
Значит у него будет
3 группы по 440 деревьев,
так как он будет постукивать по каждому дереву только два раза в неделю.
У него будет:

  • одна группа прослушивалась в понедельник и четверг;
  • одна группа слушала во вторник и пятницу;
  • одна группа прослушивалась в среду и субботу.
Понедельник Вторник Среда
Четверг Пятница Суббота

то есть в то время, когда дерево теряет листья
и делает новые листья.

Когда вы обработаете всю длину дерева,
снятие коры,
то есть через 7 лет
Вы можете начать снова,
начиная с 1.5 метров от земли.

Вы можете сделать это три раза.
Это означает, что вы можете собирать латекс в течение 28 лет.
После этого лучше всего сделать новую плантацию.


Преобразование мирового рынка каучука | Проекты

Вот почему WWF поставил перед собой амбициозную цель — трансформировать мировой рынок каучука. Каучук можно и нужно производить без вырубки естественных лесов. При ответственном подходе к производству каучука увеличивается биоразнообразие и связывание углерода, а также сокращаются выбросы углекислого газа в результате обезлесения.Это также позволяет избежать нарушений прав человека и трудовых прав, а также захвата земель.

Изменение на корпоративном уровне

WWF продвигает экологичный натуральный каучук на двух уровнях: с компаниями, использующими каучук, и с производителями, выращивающими каучук. На уровне компаний приоритетом WWF является поддержка принятия и выполнения обязательств по производству, использованию или поставке устойчивого натурального каучука от производителей шин, автопроизводителей, производителей/переработчиков каучука, операторов автопарков, авиакомпаний и покупателей каучука, не являющихся производителями шин (например,г., обувные компании, розничные торговцы и производители резиновых перчаток). Производители шин особенно важны, потому что они покупают более 70% мирового каучука и, следовательно, имеют финансовую возможность влиять на производство. Производители автомобилей также играют ключевую роль; одна компания часто покупает 50 миллионов новых шин каждый год. По прогнозам, к 2050 году количество транспортных средств во всем мире удвоится, и обычный бизнес для компаний, производящих или использующих шины, окажет огромное влияние на мировые леса и права человека.

Компания Michelin — крупнейший в мире покупатель натурального каучука и второй по величине производитель шин — стала первым производителем шин, взявшим на себя обязательства по ответственному выбору поставщиков каучука. В июне 2016 года компания Michelin заключила партнерское соглашение с WWF и объявила о новой политике в отношении поставщиков натурального каучука. Производители шин Pirelli, Bridgestone, Goodyear, Sumitomo, Continental, Yokohama, Hankook и Toyo Tyres последовали их примеру. Автопроизводители также демонстрируют лидерство. В мае 2017 года General Motors, третий по величине автопроизводитель в мире, стал первым автопроизводителем, объявившим о своем намерении взять на себя обязательства по ответственному выбору поставщиков каучука.BMW и Toyota Motor Corporation (которые в 2016 году заключили пятилетнее соглашение с WWF, направленное на повышение устойчивости природных ресурсов, включая натуральный каучук) с тех пор сделали то же самое. Четыре компании также взяли на себя обязательство производить экологически чистый натуральный каучук: Barito, Socfin, Olam и Halcyon Agri.

Многие из этих компаний, наряду с Всемирным фондом дикой природы, несколькими другими некоммерческими организациями и некоторыми торговцами и переработчиками каучука, являются членами-основателями новой платформы под названием «Глобальная платформа экологически устойчивого натурального каучука», целью которой является увеличение предложения и потребления экологически чистого натурального каучука в мире. мировой рынок.Члены платформы разработают стандарты устойчивого развития натурального каучука, а также механизмы и рекомендации по внедрению, мониторингу и проверке обязательств компаний по устойчивому натуральному каучуку. WWF был избран членом Исполнительного комитета платформы во время первого собрания Генеральной Ассамблеи платформы, состоявшегося в Сингапуре в марте 2019 года.

Резина – Энциклопедия Нового Света

Латекс собирают с вырезанного каучукового дерева

Каучук представляет собой эластичный углеводородный полимер, который встречается в виде молочной коллоидной суспензии (известной как латекс ) в соке нескольких разновидностей растений.Каучук также может быть получен синтетическим путем.

К сожалению, у истории каучука есть и темная сторона. Около ста лет назад миллионы африканцев погибли в Свободном государстве Конго из-за жажды каучука и прибыли от каучука.

Источники

Основным коммерческим источником натурального латекса, используемого для создания каучука, является каучуковое дерево Para, Hevea brasiliensis (Euphorbiaceae). Во многом это связано с тем, что он реагирует на ранение, производя больше латекса.В 1876 году Генри Уикхэм собрал тысячи семян этого растения в Бразилии, и они были проращены в садах Кью, Англия. Затем саженцы были отправлены в Коломбо, Индонезию, Сингапур и Британскую Малайю. Позже Малайя стала крупнейшим производителем каучука.

Другие растения, содержащие латекс, включают инжир ( Ficus elastica ), молочай и одуванчик обыкновенный. Хотя они не были основными источниками каучука, Германия пыталась использовать такие источники во время Второй мировой войны, когда она была отрезана от поставок каучука.Позже эти попытки были вытеснены разработкой синтетического каучука. Его плотность составляет около 920 кг/метр 3 .

Сбор каучука

Женщина в Шри-Ланке (Цейлон) в процессе сбора каучука.

В таких местах, как Керала, где кокосы растут в изобилии, половина скорлупы кокосового ореха используется в качестве контейнера для сбора латекса. Раковины прикрепляются к дереву с помощью короткой острой палки, и латекс капает на нее за ночь. Обычно это дает латекс на уровне от половины до трех четвертей скорлупы.Затем латекс с нескольких деревьев выливают в плоские емкости и смешивают с муравьиной кислотой, которая служит коагулянтом. Через несколько часов очень влажные листы резины отжимают, пропуская через пресс, а затем отправляют на фабрики, где производится вулканизация и дальнейшая обработка.

Текущие источники каучука

Сегодня Азия является основным источником натурального каучука. Более половины каучука, используемого сегодня, является синтетическим, но ежегодно производится несколько миллионов тонн натурального каучука, который по-прежнему необходим для некоторых отраслей промышленности, включая автомобильную и военную.

Гипоаллергенный каучук может быть изготовлен из гваюлы.

Натуральный каучук часто подвергают вулканизации, в ходе которой каучук нагревают и добавляют серу, перекись или бисфенол для улучшения упругости и эластичности, а также для предотвращения его порчи. Вулканизация значительно повысила долговечность и полезность резины с 1830-х годов. Успешное развитие вулканизации наиболее тесно связано с Чарльзом Гудиером. Технический углерод часто используется в качестве добавки к резине для повышения ее прочности, особенно в автомобильных шинах.

История

В родных регионах Центральной Америки и Южной Америки каучук собирают издавна. Мезоамериканские цивилизации использовали каучук в основном из видов растений, известных как Castilla elastica . Древние мезоамериканцы играли в мяч с использованием резиновых мячей, и было найдено несколько доколумбовых резиновых мячей (всегда в местах, которые были затоплены пресной водой), самые ранние из которых датируются примерно 1600 годом до нашей эры. По словам Берналя Диаса дель Кастильо, испанские конкистадоры были настолько поражены энергичным подпрыгиванием резиновых мячей ацтеков, что задались вопросом, не заколдованы ли мячи злыми духами.Майя также делали временную резиновую обувь, опуская ноги в латексную смесь.

Резина также использовалась в различных других контекстах, например, для полосок для крепления каменных и металлических инструментов к деревянным ручкам и прокладки для ручек инструментов. Хотя древние мезоамериканцы не знали о вулканизации, они разработали органические методы обработки каучука с аналогичными результатами, смешивая сырой латекс с различными соками и соками других виноградных лоз, в частности Ipomoea alba , вида ипомеи.В Бразилии туземцы научились использовать каучук для изготовления водоотталкивающей ткани. Одна история гласит, что первый европеец, вернувшийся в Португалию из Бразилии с образцами такой водоотталкивающей, прорезиненной ткани, настолько потряс людей, что был привлечен к суду по обвинению в колдовстве.

Первое упоминание о каучуке в Англии относится к 1770 году, когда Джозеф Пристли заметил, что кусок материала очень хорошо подходит для стирания карандашных следов на бумаге, отсюда и название «резина».Примерно в то же время Эдвард Нэрн начал продавать кубики натурального каучука в своем магазине на Корнхилле, 20 в Лондоне. Кубики, предназначенные для использования в качестве ластиков, продавались по невероятно высокой цене — три шиллинга за полдюймовый кубик.

Первоначально каучуковое дерево росло в Южной Америке, где оно было основным источником ограниченного количества латексного каучука, потребляемого на протяжении большей части девятнадцатого века. Около ста лет назад Свободное государство Конго в Африке было важным источником натурального каучукового латекса, в основном собираемого принудительным трудом.Свободное государство Конго было создано и управлялось как личная колония бельгийским королем Леопольдом II. Миллионы африканцев погибли там из-за жажды каучука и прибыли от каучука. После неоднократных усилий каучук был успешно выращен в Юго-Восточной Азии, где он и сейчас широко выращивается.

В середине девятнадцатого века каучук был новым материалом, но не нашел широкого применения в промышленном мире. Его применяли сначала как ластики, а затем как медицинские приспособления для соединения трубок и для вдыхания лечебных газов.С открытием, что каучук растворяется в эфире, он нашел применение в водонепроницаемых покрытиях, особенно для обуви, и вскоре после этого очень популярным стало прорезиненное пальто Макинтош.

Тем не менее, большинство этих заявок были в малых объемах и материала хватило ненадолго. Причиной такого отсутствия серьезных применений был тот факт, что материал не был прочным, был липким, часто гнил и плохо пах, потому что оставался в неотвержденном состоянии.

Химические и физические свойства

Каучук

обладает уникальными физическими и химическими свойствами.

Помимо нескольких примесей натуральных продуктов, натуральный каучук по существу является полимером изопреновых звеньев, мономером углеводородного диена. Синтетический каучук может быть изготовлен в виде полимера изопрена или различных других мономеров. Считается, что каучук был назван Джозефом Пристли, который в 1770 году обнаружил, что высушенный латекс стирает карандашные следы. Материальные свойства натурального каучука делают его эластомером и термопластом.

Деформационно-напряженное поведение резины демонстрирует эффект Маллинза, эффект Пейна и часто моделируется как гиперупругая.

Почему резина эластична?

В большинстве эластичных материалов, таких как металлы, используемые в пружинах, эластичность обусловлена ​​искажением связи. Когда применяется напряжение, длины связей отклоняются от равновесия (минимальной энергии), и энергия деформации накапливается электростатически. Часто предполагается, что резина ведет себя точно так же, но оказывается, что это плохое описание. Резина — любопытный материал, потому что, в отличие от металлов, энергия деформации запасается как термически, так и электростатически.

В расслабленном состоянии каучук состоит из длинных скрученных полимерных цепей, связанных в нескольких точках. Между парой звеньев каждый мономер может свободно вращаться вокруг своего соседа. Это дает каждому звену цепи возможность принимать большое количество геометрий, как очень свободная веревка, прикрепленная к паре фиксированных точек. При комнатной температуре резина сохраняет достаточно кинетической энергии, так что каждый отрезок цепи колеблется хаотично, подобно тому, как яростно трясут упомянутый выше кусок веревки.

Когда резина растягивается, «свободные куски веревки» натягиваются и, таким образом, больше не могут колебаться.Их кинетическая энергия выделяется в виде избыточного тепла. Поэтому при переходе из расслабленного состояния в растянутое энтропия уменьшается, а при релаксации возрастает. Это изменение энтропии также можно объяснить тем фактом, что плотный участок цепи может сгибаться меньшим количеством способов (W), чем свободный участок цепи, при данной температуре (nb. Энтропия определяется как S=k*ln(W )). Таким образом, релаксация натянутой резиновой ленты обусловлена ​​увеличением энтропии, а возникающая сила не является электростатической, а является результатом преобразования тепловой энергии материала в кинетическую энергию.Релаксация резины эндотермическая. В процессе сжатия материал подвергается адиабатическому охлаждению. В этом свойстве резины легко убедиться, поднеся натянутую резинку к губам и расслабив ее.

Растяжение резиновой ленты в некотором роде эквивалентно сжатию идеального газа, а расслабление — его расширению. Обратите внимание, что сжатый газ также проявляет «упругие» свойства, например, внутри накачанной автомобильной шины. Тот факт, что растяжение эквивалентно сжатию, может показаться несколько нелогичным, но он имеет смысл, если рассматривать каучук как одномерный газ .Растяжение уменьшает «пространство», доступное каждому звену цепи.

Вулканизация каучука создает больше дисульфидных связей между цепями, поэтому каждая свободная часть цепи становится короче. В результате цепи натягиваются быстрее при заданной длине деформации. Это увеличивает постоянную силы упругости и делает резину более твердой и менее растяжимой.

При охлаждении ниже температуры стеклования квазижидкие сегменты цепи «застывают» до фиксированной геометрии, и каучук резко теряет свои эластичные свойства, хотя этот процесс обратим.Это свойство характерно для большинства эластомеров. При очень низких температурах резина становится довольно хрупкой; он разобьется на осколки при ударе. Эта критическая температура является причиной того, что в зимних шинах используется более мягкая версия резины, чем в обычных шинах. Считалось, что вышедшие из строя резиновые уплотнения, которые стали причиной катастрофы космического челнока Challenger , остыли ниже критической температуры. Катастрофа произошла в аномально холодный день.

Синтетический каучук

Синтетический каучук производится путем полимеризации различных мономеров с получением полимеров.Они являются частью обширного исследования, охватываемого наукой о полимерах и технологией каучука. Его научное название — полиизопрен.

Синтетический каучук представляет собой искусственный полимерный материал любого типа, который действует как эластомер. Эластомер представляет собой материал с таким механическим (или материальным) свойством, что он может подвергаться гораздо более упругой деформации под нагрузкой, чем большинство материалов, и при этом возвращаться к своему прежнему размеру без остаточной деформации. Синтетический каучук во многих случаях служит заменителем натурального каучука, особенно когда требуются улучшенные свойства материала.

Натуральный каучук, полученный из латекса, в основном представляет собой полимеризованный изопрен с небольшим процентом примесей. Это ограничит диапазон доступных ему свойств. Кроме того, существуют ограничения на пропорции цис и транс двойных связей, возникающие в результате способов полимеризации натурального латекса. Это также ограничивает диапазон свойств натурального каучука, хотя для улучшения свойств используются добавки серы и вулканизация.

Однако синтетический каучук может быть получен путем полимеризации различных мономеров, включая изопрен (2-метил-1,3-бутадиен), 1,3-бутадиен, хлоропрен (2-хлор-1,3-бутадиен), и изобутилен (метилпропен) с небольшим процентным содержанием изопрена для сшивания.Кроме того, эти и другие мономеры можно смешивать в различных желаемых пропорциях для сополимеризации с получением широкого диапазона физических, механических и химических свойств. Мономеры могут быть получены в чистом виде, а добавление примесей или добавок может контролироваться конструкцией для получения оптимальных свойств. Полимеризацию чистых мономеров можно лучше контролировать, чтобы получить желаемую пропорцию цис- и транс- двойных связей.

Острая потребность в синтетическом каучуке, полученном из широко распространенного сырья, возникла в результате расширения использования автомобилей, особенно автомобильных шин, начиная с 1890-х годов.Политические проблемы, возникшие в результате сильных колебаний стоимости натурального каучука, привели к принятию в 1921 году Закона Стивенсона. Этот закон фактически создал картель, который поддерживал цены на каучук, регулируя производство (см. ОПЕК). К 1925 году цена на натуральный каучук выросла до такой степени, что такие компании, как DuPont, изучали методы производства синтетического каучука, чтобы конкурировать с натуральным каучуком. В случае с Dupont усилия привели к открытию неопрена, синтетического каучука, который слишком дорог для использования в шинах, но обладает некоторыми очень желательными свойствами, которые позволяют использовать каучук в приложениях, которые не подходят для натурального каучука. .

Вулканизация

Вулканизация или отверждение каучука — это химический процесс, при котором отдельные молекулы полимера соединяются с другими молекулами полимера атомными мостиками. Конечным результатом является то, что упругие молекулы каучука становятся в большей или меньшей степени сшитыми. Это делает сыпучий материал более твердым, более прочным, а также более устойчивым к химическому воздействию. Он также делает поверхность материала более гладкой и предотвращает его прилипание к металлическим или пластиковым химическим катализаторам.Этот сильно сшитый полимер имеет сильные ковалентные связи с сильными силами между цепями и, следовательно, является нерастворимым и неплавким термореактивным полимером или термореактивным полимером. Процесс назван в честь Вулкана, римского бога огня.

Причина вулканизации

Неотвержденный натуральный каучук начинает портиться в течение нескольких дней, постепенно превращаясь в влажную крошащуюся массу. Процесс гибели частично состоит из расщепления белков (подобно молочным белкам), а также из больших молекул каучука, которые окисляются на воздухе из-за атаки молекул кислорода на двойные связи.

Недостаточно вулканизированная резина также может погибнуть, но медленнее. Процессу гибели способствует длительное воздействие солнечных лучей и особенно ультрафиолетового излучения.

Описание

Вулканизация, как правило, считается необратимым процессом (см. ниже), подобным другим термореактивным материалам, и должна сильно контрастировать с термопластическими процессами (процесс плавления-замораживания), которые характеризуют поведение большинства современных полимеров. Эта необратимая реакция отверждения определяет отвержденные резиновые смеси как термореактивные материалы, которые не плавятся при нагревании, и ставит их вне класса термопластичных материалов (таких как полиэтилен и полипропилен).Это фундаментальное различие между каучуками и термопластами, которое определяет условия их применения в реальном мире, их стоимость и экономику их предложения и спроса.

Обычно фактическое химическое сшивание выполняется с помощью серы, но существуют и другие технологии, в том числе системы на основе перекиси. Комбинированный отвердитель в типичной резиновой смеси включает сам отвердитель (серу или перекись) вместе с ускорителями и замедлителями схватывания.

Вдоль молекулы каучука имеется ряд участков, привлекательных для атомов серы.Это так называемые лечебные сайты. Во время вулканизации восьмичленное кольцо серы распадается на более мелкие части с различным числом атомов серы. Эти части довольно реактивны. К каждому месту отверждения на молекуле каучука может присоединяться один или несколько атомов серы, и оттуда цепь серы может расти, пока в конечном итоге не достигнет места отверждения на другой молекуле каучука. Эти серные мостики обычно имеют длину от двух до десяти атомов. Сравните это с типичными полимерными молекулами, в которых углеродный скелет имеет длину в несколько тысяч атомных единиц.Количество атомов серы в поперечной сшивке серы оказывает сильное влияние на физические свойства конечного каучукового изделия. Короткие поперечные связи серы, содержащие всего один или два атома серы в поперечной связи, придают каучуку очень хорошую термостойкость. Сшивки с большим числом атомов серы, вплоть до шести или семи, придают каучуку очень хорошие динамические свойства, но с меньшей термостойкостью. Динамические свойства важны для изгибных движений резинового изделия, например, для движения боковой стенки бегущей шины.Без хороших свойств изгиба эти движения быстро приведут к образованию трещин и, в конечном счете, к выходу из строя резинового изделия. Он очень гибкий и водостойкий.

Вклад Goodyear

В большинстве учебников говорится, что Чарльз Гудиер (1800–1860) первым применил серу для вулканизации каучука. Однако сегодня мы знаем, что древние мезоамериканцы добились тех же результатов в 1600  году до н. э. [1].

В зависимости от того, что вы читаете, история Goodyear — это либо чистая удача, либо тщательное исследование.Гудьир настаивает на том, что это было второе, хотя многие свидетельства того времени указывают на первое.

Гудьир утверждал, что он открыл вулканизацию на основе серы в 1839 году, но не запатентовал изобретение до 15 июня 1844 года и не писал историю открытия до 1853 года в своей автобиографической книге Gum-Elastica . Между тем, Томас Хэнкок (1786-1865), ученый и инженер, запатентовал этот процесс в Великобритании 21 ноября 1843 года, за восемь недель до того, как Гудьир подал заявку на свой собственный британский патент.

Компания Goodyear Tire and Rubber Company приняла название Goodyear из-за своей деятельности в резиновой промышленности, но не имеет никаких других связей с Чарльзом Гудиером и его семьей.

Вот отчет компании Goodyear об изобретении, взятый из Gum-Elastica . Хотя книга является автобиографической, Гудиер решил написать ее от третьего лица, так что «изобретатель» и «он», упомянутые в тексте, на самом деле являются автором. Он описывает сцену на резиновом заводе, где работал его брат:

… Изобретатель провел несколько экспериментов, чтобы установить влияние тепла на то же самое соединение, которое разложилось в почтовых сумках и других предметах. Он был удивлен, обнаружив, что образец, небрежно соприкасавшийся с горячей печкой, обуглился, как кожа.

Далее Гудьир описывает, как он пытался привлечь внимание своего брата и других рабочих на заводе, которые были знакомы с поведением растворенного каучука, но они отклонили его обращение как недостойное их внимания, посчитав его одним из он обращался к ним со многими просьбами по поводу какого-то странного эксперимента.Гудьир утверждает, что пытался сказать им, что растворенный каучук обычно плавится при чрезмерном нагревании, но они все равно проигнорировали его.

Он сделал прямой вывод, что если бы процесс обугливания можно было остановить в нужном месте, он мог бы полностью лишить жевательную резинку ее естественной клейкости, что сделало бы ее лучше, чем нативная жевательная резинка. При дальнейшем испытании с нагреванием он еще больше убедился в правильности этого вывода, обнаружив, что индийский каучук не может быть расплавлен в кипящей сере ни при какой высокой температуре, а всегда обугливается.Он предпринял еще одну попытку нагревания аналогичной ткани перед открытым огнем. Последовал тот же эффект, что и обугливание жевательной резинки; но были дальнейшие и очень удовлетворительные признаки успеха в достижении желаемого результата, так как на краю обугленной части появилась линия или граница, которая не была обугленной, а полностью затвердела.

Далее Гудиер описывает, как он переехал в Уоберн, штат Массачусетс, и провел серию систематических экспериментов, чтобы определить подходящие условия для отверждения резины.

…Убедившись с уверенностью, что он нашел объект своих поисков и многое другое, и что новое вещество было устойчивым к холоду и растворителем местной смолы, он почувствовал себя сполна расплатой за прошлое, и совершенно равнодушен к грядущим испытаниям.

Гудиер так и не заработал на своем изобретении. Он заложил все имущество своей семьи, чтобы собрать деньги, но 1 июля 1860 года он умер с долгами более 200 000 долларов.

Более поздние разработки

Какова бы ни была истинная история, открытие реакции каучука с серой произвело революцию в использовании и применении каучука и изменило облик индустриального мира.

До того времени единственным способом герметизации небольшого зазора во вращающейся машине или обеспечения того, чтобы топливо, используемое для приведения в действие этой машины (обычно пар) в цилиндре, воздействовало на поршень с минимальной утечкой, было использование кожа, пропитанная маслом. Это было приемлемо до умеренного давления, но выше определенного момента разработчикам машин приходилось идти на компромисс между дополнительным трением, создаваемым еще более плотной упаковкой кожи, или сталкиваться с большей утечкой драгоценного пара.

Вулканизированная резина стала идеальным решением.С вулканизированной резиной инженеры получили материал, которому можно было придавать форму и формовать точные формы и размеры, который мог выдерживать умеренные и большие деформации под нагрузкой и быстро восстанавливать свои первоначальные размеры после снятия нагрузки. Это, в сочетании с хорошей долговечностью и отсутствием липкости, является критическим требованием к эффективному герметизирующему материалу.

Хэнкоком и его коллегами были проведены дальнейшие эксперименты по обработке и приготовлению каучука, в основном в Великобритании.Это привело к более воспроизводимому и стабильному процессу.

Однако в 1905 году Джордж Энслагер обнаружил, что производное анилина, называемое тиокарбанилидом, способно ускорять действие серы на каучук, что приводит к значительному сокращению времени отверждения и снижению потребления энергии. Эта работа, хотя и гораздо менее известная, имеет почти такое же фундаментальное значение для развития каучуковой промышленности, как работа Гудьира в открытии лечения серой. Ускорители сделали процесс лечения более надежным и более воспроизводимым.Через год после своего открытия Энслагер нашел сотни потенциальных применений своей добавки.

Так родилась наука об ускорителях и замедлителях. Ускоритель ускоряет реакцию отверждения, а замедлитель замедляет ее. В следующем столетии различные химики разработали другие ускорители, так называемые ультраускорители, которые делают реакцию очень быстрой и используются для производства большинства современных резиновых изделий.

Девулканизация

Резиновая промышленность занимается исследованиями девулканизации каучука в течение многих лет.Основная трудность при переработке каучука заключается в девулканизации каучука без ущерба для его желаемых свойств. Процесс девулканизации включает обработку каучука в гранулированной форме теплом и/или смягчающими агентами с целью восстановления его эластичных свойств, чтобы каучук можно было использовать повторно. Несколько экспериментальных процессов достигли разной степени успеха в лаборатории, но были менее успешными при масштабировании до уровня коммерческого производства. Кроме того, разные процессы приводят к разным уровням девулканизации: например, использование очень мелкого гранулята и процесс, производящий девулканизацию поверхности, даст продукт с некоторыми желаемыми качествами непереработанного каучука.

Процесс переработки резины начинается со сбора и измельчения выброшенных шин. Это превращает резину в гранулированный материал, а все стальные и армирующие волокна удаляются. После вторичного измельчения полученный резиновый порошок готов к повторному производству продукта. Однако производственные применения, в которых можно использовать этот инертный материал, ограничиваются теми, которые не требуют его вулканизации.

В процессе переработки каучука девулканизация начинается с отделения молекул серы от молекул каучука, что способствует образованию новых поперечных связей.Были разработаны два основных процесса переработки каучука: процесс с модифицированным маслом и процесс вода-масло . При каждом из этих процессов к регенерированному резиновому порошку добавляют масло и регенерирующий агент, который подвергается длительному (5-12 часов) воздействию высокой температуры и давления в специальном оборудовании, а также требует обширной механической постобработки. Регенерированный каучук, полученный в результате этих процессов, имеет измененные свойства и непригоден для использования во многих продуктах, включая шины.Как правило, эти различные процессы девулканизации не приводили к значительной девулканизации, не позволяли достичь стабильного качества или были непомерно дорогими.

В середине 1990-х годов исследователи Гуанчжоуского научно-исследовательского института повторного использования ресурсов в Китае запатентовали метод регенерации и девулканизации переработанного каучука. Их технология, известная как процесс AMR , предназначена для производства нового полимера с постоянными свойствами, близкими к свойствам натурального и синтетического каучука, и при значительно более низкой потенциальной стоимости.

Процесс AMR использует молекулярные характеристики порошка вулканизированной резины в сочетании с использованием активатора, модификатора и ускорителя, гомогенно реагирующих с частицами каучука. Химическая реакция, происходящая в процессе смешивания, способствует разъединению молекул серы, что позволяет воссоздать характеристики натурального или синтетического каучука. Смесь химических добавок добавляется в переработанный резиновый порошок в смесителе примерно на пять минут, после чего порошок проходит процесс охлаждения и затем готов к упаковке.Сторонники процесса также утверждают, что процесс не выделяет токсинов, побочных продуктов или загрязняющих веществ. Затем реактивированный каучук может быть смешан и обработан для удовлетворения конкретных требований.

В настоящее время Rebound Rubber Corp., владеющая североамериканской лицензией на процесс AMR, построила завод по переработке каучука и исследовательскую лабораторию/лабораторию контроля качества в Дейтоне, штат Огайо. Завод выполняет производственные циклы на демонстрационной основе или на небольших коммерческих уровнях. Переработанный каучук с завода в Огайо в настоящее время тестируется в независимой лаборатории для определения его физических и химических свойств.

Независимо от того, будет ли процесс AMR успешным или нет, рынок нового сырого каучука или его эквивалента остается огромным: только в Северной Америке ежегодно используется более 10 миллиардов фунтов (примерно 4,5 миллиона тонн). Автомобильная промышленность потребляет примерно 79 процентов нового каучука и 57 процентов синтетического каучука. На сегодняшний день переработанный каучук не используется в качестве замены нового или синтетического каучука в значительных количествах, в основном из-за того, что желаемые свойства не были достигнуты. Использованные шины являются наиболее заметными отходами производства резины; по оценкам, только в Северной Америке ежегодно образуется около 300 миллионов утильных шин, причем более половины из них добавляется к и без того огромным запасам.Подсчитано, что менее 10 процентов отходов резины повторно используется в любом новом продукте. Кроме того, Соединенные Штаты, Европейский союз, Восточная Европа, Латинская Америка, Япония и Ближний Восток совместно производят около одного миллиарда шин в год, при этом предполагаемые накопления составляют три миллиарда в Европе и шесть миллиардов в Северной Америке.

Использование

Резина

имеет множество применений. Большинство промышленных применений связано с контролем вибрации и демпфированием, используемым в автомобильных компонентах, таких как втулки стабилизатора, отбойные бамперы и опоры двигателя.Резина также используется для гашения ударов от блокирующего оборудования и создания уплотнений. Резина также используется в шинах для транспортных средств.

См. также

Внешние ссылки

Все ссылки получены 31 августа 2019 г.

Кредиты

New World Encyclopedia авторов и редакторов переписали и дополнили статью Wikipedia в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям Creative Commons CC-by-sa 3.0 Лицензия (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с надлежащим указанием авторства. Упоминание должно осуществляться в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на авторов New World Encyclopedia , так и на самоотверженных добровольных участников Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних вкладов википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

Примечание. На использование отдельных изображений, лицензированных отдельно, могут распространяться некоторые ограничения.

История каучука | Holz Rubber

Откуда берется каучук?

История каучука

История каучука весьма увлекательна. Истории о том, как был открыт каучук, различаются в зависимости от того, кто рассказывает эту историю. Одна история рассказывает об индейской женщине майя, которая шла по тропическому лесу, собирая съестное, когда наткнулась на плачущее дерево. Она отнесла образец слез вождю племени, который нашел латексное вещество уникальным.

Возможно, вы слышали, что Христофор Колумб открыл каучук после посещения Гаити в 1490-х годах и наблюдения за местными жителями, играющими с надувным мячом.Или еще лучше, как французский астроном в 1736 году был послан своим правительством в Перу и вернулся с образцами белой жидкой консистенции меда.

Резина в Америке

Хотя эти истории весьма правдоподобны, история, оказавшая наибольшее влияние на резину в том виде, в каком мы ее знаем сегодня, принадлежит Чарльзу Гудиеру из Трентона, штат Нью-Джерси. Вы можете подумать, что Чарльз Гудиер был основателем Goodyear Tire Company, но вы ошибаетесь. Компания была названа в честь Чарльза, но начала свою деятельность только спустя годы после его смерти.Скорее, г-н Гудиер считается первым изобретателем, который вулканизировал каучук.

Все началось с того, что в 1834 году мистер Гудиер зашел в магазин, чтобы купить резиновый спасательный круг. После покупки он стал одержим материалом и тем, как он может быть полезен. Вскоре после этого г-н Гудиер получил контракт от правительства США на изготовление резиновых почтовых мешков, но при изготовлении почтовых мешков они начали довольно быстро разлагаться. Видите ли, у резины было две существенные проблемы; он становился липким, когда было жарко, и жестким, когда было холодно.Несмотря на то, что торговцы использовали каучук для изготовления одежды и обуви с 1820-х годов, только в 1839 году г-н Гудиер случайно открыл процесс отверждения всей массы резины, а не только ее внешней стороны, что оказало наибольшее влияние.

В 1844 году г-н Гудиер получил патент США на свое открытие, но, к сожалению, он не заработал на этом ни цента. Вернее, он умер в 1860 году бедняком.

Пока мистер Гудьир делал свои открытия в Америке, за Атлантическим океаном, другой изобретатель по имени Томас Хэнкок делал то же самое.Позже ему приписали название «вулканизация», которое, как говорили, произошло от бога Вулкана из римской мифологии. Г-н Хэнкок также изобрел внутренний смеситель, который упростил адаптацию резины к другому текстилю.

По мере роста популярности и спроса на каучук росли и проблемы, связанные со сбором натурального каучука. К сожалению, производители каучука безжалостно эксплуатировались, а снабжение и транспортировка стали серьезной проблемой. Говорят, что в 1876 году один англичанин собрал семена в Бразилии и вернулся в Англию.Семена были выданы и на Дальний Восток. Это действие положило начало увеличению ферм по выращиванию каучуковых деревьев по всему миру.

Резиновая промышленность

В 1889 году Джон Данлоп из Англии изготовил первую коммерчески успешную шину для велосипедов, а позже, в 1906 году, создал первую автомобильную шину. Когда автомобильная промышленность начала развиваться после 1910-х годов, каучук продолжал оставаться ходовым товаром. Развитие Второй мировой войны показало уязвимость поставок каучука, поскольку многие страны изо всех сил пытались получить достаточное количество каучука для производства оружия и предметов снабжения.Становилось все более очевидным, что необходима альтернатива натуральному каучуку. Химики всего мира активно пытались изобрести искусственный вариант каучука, который назвали бы синтетическим каучуком.

История говорит нам, что в 1910 году русские первыми приготовили синтетический каучук под названием полибутадиен. 20 лет спустя немцы последовали этому примеру, выпустив коммерческий каучук под названием Buna-S (бутадиен-стирольный сополимер). В Соединенных Штатах правительство вместе с промышленностью инициировало проект исследований и разработок по разработке стирол-бутадиенового каучука или того, что сейчас называется SBR.

Со временем появились и другие искусственные каучуки:

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.