Резиновые материалы
Резиновыми материалами называют композиции, состоящие из натурального или синтетического каучука, наполнителей и специальных добавок. Характерной особенностью этих материалов является их эластичность.
Исходными составными частями резины являются каучук, вулканизирующее вещество, ускоритель вулканизации, наполнители, пластификаторы и красители.
Каучук является основной составной частью резиновых материалов. Натуральный каучук (НК) получают переработкой растений— каучуконосов (гевея, кок-сагыз, тау-сагыз«и др.).
По строению НК представляет собой полимер изопрена (CsHs) с удельным весом 0,93. Он обладает высокой пластичностью, легко растворяется в бензине, бензоле и минеральных маслах, имеет низкую термостойкость, способен к старению, т. е. к потере пластичности под воздействием кислорода, тепла и солнечных лучей.
Вследствие дефицитности натурального каучука, а также для придания резине специальных свойств термостойкости, стойкости против воздействия нефтепродуктов и других, широкое применение находит синтетический каучук (СК). Он получается в результате реакций синтеза и полимеризации.
Наиболее широкое применение находят бутадиеновый каучук (СКВ) — продукт полимеризации бутадиена (С4Нб), бутадиен-нитрильный каучук (СКН) — продукт совместной полимеризации бутадиена и нитрила акриловой кислоты, бутадиен-стирольный (СКС), получаемый совместной полимеризацией бутадиена и стирола, изопрено-вый каучук (СКИ), получаемый путем полимеризации изопрена. Широко применяются специальные сорта каучука: хлоропрено-вый, обладающий высокой стойкостью против воздействия света, озона и растворителей; тиоколовый, имеющий очень высокую бензо- и маслостойкость, а также кремнийорганический или по-лисилоксановый, обладающий высокой термостойкостью и позволяющий получать резину с хорошей эластичностью при температурах от —60 до +300°.
Малая скорость сублимации обеспечивает возможность применения кремнийорганической резины в качестве уплотнительных и электроизолирующих материалов вакуумного назначения.
Вулканизирующие вещества вводятся для придания резиновым материалам способности к вулканизации, сущность которой состоит в «сшивании» нитевидных молекул каучука и образовании пространственных макромолекул.
Основным вулканизирующим веществом является сера. В мягкие сорта резины (для камер и амортизаторов) вводится 1—3% серы; в более жесткие (для шлангов, прокладок и других деталей) до 5%.
Для ускорения процесса применяют ускорители вулканизации (органические вещества коптакс, тиурам и другие), вводимые в количестве от 0,1 до 2,5%.
Наполнители, служащие в основном для уменьшения стоимости резины, подразделяются на активные и неактивные. Активные наполнители наряду с уменьшением стоимости резины обеспечивают повышение прочности резины.
К ним относятся сажа, окись кремния, каолин, окись титана, окись магния и др. Неактивные наполнители (мел, тальк и другие) не упрочняют резину.
Противостарители уменьшают снижение пластичности резины при старении. Поскольку сущность старения состоит в присоединении к каучуку атомов кислорода, в качестве противостари-телей используются вещества (например, фенолы), реагирующие с кислородом с большей скоростью, чем каучук, или образующие на поверхности резины защитную пленку (парафин, церезин).
Пластификаторы вводятся для облегчения смешивания компонентов и улучшения эластичности резины. В качестве их используют стеарин, олеиновую кислоту, парафин.
Красители обеспечивают окраску резины. Применяются органические и неорганические красители.
Получение резиновых изделий включает пластификацию каучука, приготовление смесей, формование и сборку изделий и вулканизацию.
Вулканизация является важнейшим процессом, при котором каучук переходит из пластического состояния в упругое и резина приобретает необходимую прочность и твердость. Она обычно осуществляется нагревом изделия до температуры 120—150 °С и выдержкой в течение времени до 2 час.
Это выполняется обычно в металлической пресс-форме. Для обеспечения плотности контакта с формой изделие во время вулканизации находится под давлением 2—8 кГ/см2, сообщаемым с помощью пресса или пневматических прижимов.
Для тонких изделий может применяться холодная и газов™ вулканизация, при которых насыщение изделия серой происходит кз раствора или из газовой среды.
Резина имеет хороший комплекс фнзико-механически! свойств. Модуль упругости ее составляет 0,1 — 1 кГ/мм2.
Свойств эластичности резины сочетаются с высоким пределом прочности при растяжении, стойкостью против истирания, газо- и водонепроницаемостью, хорошими электроизоляционными свойствами и малым удельным весом.
Важной характеристикой резины является произведение упру, гости, получающееся перемножением значений удлинения и предела прочности при растяжении. Оно характеризует работу растяжения или энергию упругости и является обобщенной характеристикой работоспособности резины.
Для суждения об ухудшении свойств резины в результате старения или действия нефте-продуктов определяют относительное изменение произведения упругости, называемое соответственно коэффициентом старения или коэффициентом стойкости резины в топливе и масле.
Резина является хорошим поглотителем энергии при деформации, т. е. обладает высокой амортизационной способностью. На рис.
1 в координатах нагрузка — удлинение показан график деформации резины при растяжении и ее сокращения при нагрузке. Площадь, заключенная между кривыми растяжения и сокращения, является поглощенной работой, называется механическим гистерезисом и характеризует амортизационные свойства
Рис. 1. Кривая гистерезиса резины
Резина подразделяется на универсальную и специальную. Универсальная резина применяется для изготовления шин, ремней, рукавов и других изделий.
Резина специального назначения должна обладать свойствами масло- и бензостойкости, морозостойкости, повышенной теплостойкости и др.
В зависимости от назначения основные свойства резины весьма разнообразны. Так, например, мягкая резина марок 3701 и ВИАМ-2 для изготовления амортизаторов под приборы имеет предел прочности до 200 кГ/см2, удлинение до 700%, а твердость только 3—9 кГ/см2.
В то же время резина марок 3491 и 4094, предназначенная для работы в условиях сильного сжатия, имеет предел прочности до 70 кГ/см2, удлинение только до 40%, а твердость ее достигает 63 кГ/см2.
Резина высокой эластичности, применяемая для изготовления камер (марка 3311), имеет низкое остаточное удлинение. На амортизационные прокладки идет резина, имеющая большую работу гистерезиса (марки 1847, 2959, 2651).
Для уплотнительных прокладок, стойких в среде топлива и масла, может применяться твердая резина марок 2542, 4061, способная работать в условиях сильного сжатия и трения, а также резина средней твердости, работающая при меньшем поджатии (марки 3819, 3826с).
Эластичная морозостойкая резина предназначается для изготовления изделий, работающих в условиях Крайнего Севера.
Теплостойкая резина на основе полисилоксановых каучуков может применяться для защиты и протектирования вакуумных устройств и аппаратов космического применения. Ее важным достоинством является малая скорость сублимации в вакууме.
По-лисилоксановая резина может применяться и в качестве теплозащитного материала.
Особое место среди резиновых материалов занимает токопро-водящая резина, применяемая в радиотехнике. Электропроводность резины обеспечивается применением полярного каучука и использованием токопроводящих наполнителей, таких, как графит и окислы металлов.
Применение прокладок и амортизаторов из токопроводящей резины исключает необходимость заземления элементов контура.
Кислотостойкие резины изготовляются из хлоропренового каучука и стойких против воздействия кислот наполнителей. Для изготовления прокладок, стойких к воздействию сильных кислот и окислителей и способных работать при температурах от —70° до + 350°, могут применяться резиноподобные материалы ФКС-1 и ФКС-2, изготавливаемые из композиции политетрафторэтилена и полидиметилсилоксанового каучука с окисью цинка в качестве наполнителя.
Полное использование технических возможностей резиновых материалов возможно только при соблюдении правил эксплуатации их. Резина и резиновые материалы очень чувствительны к воздействию тепла, ультрафиолетовых лучей, света, а также органических растворителей и агрессивных сред.
Поэтому при эксплуатации и хранении следует защищать эти материалы от чрезмерного воздействия слишком низких и слишком высоких температур, прямых солнечных лучей и агрессивных жидкостей.
В процессе эксплуатации необходимо соблюдать условия работы, обеспечивающие предупреждение чрезмерного нагрева изделий. Излишняя затяжка соединений уменьшает стойкость уплотнений.
Стойкость элементов упругого привода снижается при работе на повышенной мощности и скорости. На доступных для осмотра резиновых деталях следует периодически проверять температуру, устраняя причины чрезмерного нагрева.
Стойкость резиновых материалов резко сокращается при воздействии на них газов и жидкостей, для работы в среде которых резина данной марки не предназначена. Поэтому нужно предохранять все системы, в которых имеются резиновые уплотнения, от попадания посторонних жидкостей, даже если эти жидкости менее агрессивны, чем основная.
При хранении резиновых материалов на складах необходимо поддерживать температуру 5—20 °С, а влажность 40—60%. Помещение должно быть хорошо вентилируемым и защищенным от прямого воздействия солнечных лучей.
Изделия следует хранить на стеллажах, расположенных не ближе 1 м от приборов отопления с соблюдением предусмотренных для каждого изделия, требований укладки, упаковки, периодичности осмотра, сроков хранения и необходимых контрольных испытаний. Все виды периодически проводимых регламентных работ должны фиксироваться в документации.
