8.2. Резиновые материалы

Резины представляют собой продукт вулканизации каучука в смеси с добавками и наполнителями. Под вулканизацией понимают процесс сшивки макромолекул каучука в пространственно-сетчатую структуру с целью получения высокоэластичного материала. Основой резины является каучук натуральный или синтетический. Подавляющее большинство резиновых материалов производится на основе синтетических каучуков (известно около 250 видов). Наиболее важное практическое применение имеют каучуки бутадиеновые, бутадиенстирольные, бутадиеннитрильные, хлоропреновые, бутиловые, этиленпропиленовые, кремнийорганические, полиуретановые и др.

Сырьем для получения синтетических каучуков является этиловый спирт, ацетилен, бутан, этилен, бензол, изобутилен, нефть, нефтепродукты, природный газ, древесина.

Помимо каучуковой основы в состав вулканизируемой смеси входят следующие инградиенты.

Вулканизирующие вещества (агенты). Для большинства каучуков вулканизирующим агентом номер один является сера, сшивающая макромолекулы каучука за счет образования поперечных связей между ними. При небольших добавках серы (массовая доля до 5 %) образуется редкосетчатый полимер, обладающий высокой эластичностью. По мере увеличения содержания серы твердость полимера возрастает и при массовой доле серы свыше 30 % образуется твердый материал  эбонит. Кроме серы в качестве вулканизирующих агентов могут использоваться селен, оксиды некоторых металлов и другие вещества.

Наполнители вводят для улучшения механических свойств (сажа, оксид цинка) и снижения стоимости (мел, барит, тальк) резины. Иногда в качестве наполнителей используются измельченные производственные отходы резины и старые резиновые изделия.

Антиоксиданты (противостарители) замедляют процесс старения резины в результате окисления. К ним относятся альдоль и неозон Д.

Мягчители (пластификаторы) составляют 8…30 % от массы каучуковой основы. Мягчителями служат вазелин, парафин, растительные масла, битумы и другие вещества.

Вулканизирующие вещества, придающие резине требуемую твердость, прочность, упругость (сера, перекись марганца, свинец, бензол); ускорители вулканизации  оксиды марганца, цинка и др.

Красители обеспечивают резине необходимую окраску, а в ряде случаев  замедляют старение резины под действием солнечного света.

Резиновые смеси перед вулканизацией подвергают специальной механической или термической обработке с целью их пластификации. Сам процесс вулканизации проводят при температуре 140…180 С при оптимальном времени.

Резины  химически стойкие материалы, обладающие газо- и водонепроницаемостью, высокой стойкостью к истиранию и хорошими электроизоляционными свойствами. Эти материалы имеют низкий модуль упругости (Е = 1…10 МПа); являются малосжимаемыми; склонны к снижению работоспособности за счет воздействия теплоты, выделяющейся вследствие внутреннего трения при многократном нагружении изделия, обладают способностью многократно изгибаться, поглощать вибрации; стойки против воздействия жидкого топлива и месел.

Механические свойства резин сильно зависят от температуры, повышение которой вызывает снижение их прочности и твердости.

Резины по назначению делятся на две основные группы: резины общего назначения и резины специального назначения.

К резинам общего назначения относятся материалы на основе натурального, бутадиенового, изопренового, бутадиенстирольного, хлоропренового, бутилового каучуков. Из этих резин изготавливают шины, конвейерные ленты, приводные ремни, кабельную изоляцию и фасонные резинотехнические изделия. Изделия из резин общего назначения могут работать при температурах в интервале 35…150 С, их отличает стойкость в воздухе, воде и слабых растворах кислот и щелочей.

К резинам специального назначения относятся теплостойкие, морозостойкие, маслобензостойкие, износостойкие, электропроводящие, магнитные, диэлектрические, стойкие к действию агрессивных сред и др.

Основой теплостойких резин являются этиленпропиленовые и полисилоксановые каучуки, которые обеспечивают возможность работы при температурах 150…200 С, а в отдельных случаях даже при 350…400 С.

Морозостойкие резины получают на основе каучуков с низкой температурой стеклования, преимущественно кремнийорганических, либо с обычной температурой стеклования, например бутадиеннитрильных, но со специальными пластификаторами. Рабочие температуры достигают 76 С.

Маслобензостойкие резины на основе хлоропреновых, уретановых, полисульфидных, бутадиеннитрильных и других каучуков могут работать в условиях длительного контакта с нефтепродуктами и растительными маслами.

На основе полиуретановых каучуков получают износостойкие резины, а на основе бутадиеннитрильных, кремнийорганических, хлоропреновых, акрилатных каучуков  резины, стойкие к действию агрессивных сред.

Электропроводящие и магнитные резины изготавливают путем введения электропроводящих и магнитных наполнителей в полярные бутадиеннитрильные каучуки.

Основой диэлектрических резин являются кремнийорганические, этиленпропиленовые, изопреновые и некоторые другие каучуки. Помимо рассмотренных, существуют и другие виды специальных резин: пищевые, медицинские, вакуумные, огнестойкие, радиационно стойкие и т.д.

Уплотнительные  в виде уплотнительных профилей, уплотнительных манжет, втулок (сальников, прокладок и т.д.).

Вибро- и звукоизолирующие и противоударные  типа подшипников, амортизаторов и т.п.

Силовые  такие, как шестерни, корпуса различных агрегатов, муфты и т.п.

Опоры скольжения  различные резинометаллические подшипники, подпятники, опоры и т.п.

Трубы для транспортирования жидкостей (воды, топлива, масел) и газов  как правило, резинотканевые изделия, очень часто армированные проволокой. К резинотканевым изделиям относятся также приводные плоские или клиновые ремни, транспортерные ленты для перемещения грузов.

Противоизносные  протекторы пневматических шин, катки, шины для автомашин, мотоциклов, самолетов.

Фрикционные изделия и инструменты  как, например, шлифовальные доски, тормозные устройства и т.п.

Несиловые и защитные  ковры для электрозащиты, ручки и т.п.

Декоративные  в виде различных полос, шнуров и т.п.

Номенклатура резиновых изделий чрезвычайно широка, она насчитывает десятки тысяч наименований. Резина является продуктом переработки каучуков. Натуральный каучук получают из растений. Наибольшее применение нашли синтетические каучуки.