Свойства резины зависят прежде всего от типа каучука, применяемого для её производства. Резина отличается высокой эластичностью, способностью к большим деформациям, малой сжимаемостью, высокой стойкостью к истиранию, газ- и водонепроницаемостью, химической стойкостью, электроизоляционными свойствами, небольшой плотностью, высокой теплостойкостью.
Ассортимент отечественного синтетического каучука в настоящее время весьма большой: он насчитывает более 30 типов и свыше 200 марок. Основными типами синтетических каучуков являются:
СКБ (бутадиеновый, натрий-дивиниловый или дивинильный);
СКС (бутадиен-стирольный, или дивинил-стирольный);
СКИ (изопреновый);СКЭП (этилен-пропиленовый);
СКФ (фторсодержащий);
Бутилкаучук;
Найрит (хлоропреновый каучук);
СКН (бутадиен-нитрильный);
Полисульфидный (тиокол);
СКТ (теплостойкий);
СКУ (полиуретановый).
Что касается резин, то в настоящее время выпускаются резины общего (на основе натурального каучука, СКБ,СКС и СКИ) и специального назначения, в том числемасло-бензостойкие (на основе найрита, СКН и тиокола), термостойкие (на основе СКТ), светоозоностойкие (на основе СКФ, СКЭП), износосойкие (на основе СКН), электротехнические (на основе СКН, найрита).
Резиновые технические изделия классифицируются по строению, технологии изготовления, типу конструкции.
2.2 Формирование изделий из резины
Натуральный и синтетический каучук.
Основой натурального каучука является млечный сок (латекс) каучуконосных растений. Латекс представляет собой молочно-белую жидкость со слабым желтым, розовым или сероватым оттенком.
Синтетические каучуки (натрий-бутадиеновые, бутадиен-стирольные, изопреновые, бутадиен-нитрильные, хлоропреновые и др.) получают методами полимеризации и поликонденсации.
Впервые технологию получения синтетического натрий-бутадиенового каучука разработал советский ученый С. В. Лебедев. Для получения каучука пары этилового спирта при температуре 400-500° в присутствии катализатора в контактной печи разлагаются с образованием 26-28% бутадиена (дивинила) и других продуктов - этилена, ацетилена, изобутилена, альдегидов, высших спиртов и др. Бутадиен отделяют от спирта и примесей и подвергают полимеризации с помощью металлического натрия. Полученный в результате полимеризации каучук обрабатывают в вакуум-мешалке (для удаления летучих примесей и придания ему однородности), а затем - на листовальных или рафинирующих вальцах.
Наиболее распространенным является бутадиен-стирольный каучук, в котором около 30% бутадиена заменено стиролом (бесцветной с острым запахом жидкостью, кипящей при температуре 143°). Этот каучук получают совместной полимеризацией бутадиена и стирола, взятых в соотношении 7:3.
Хлоропреновый каучук получают в результате полимеризации хлоропрена в эмульсии. Промышленностью выпускается два вида хлоропреновых каучуков - наирит и наирит С. Наирит - продукт полимеризации хлоропрена; наирит С получают совместной полимеризацией хлоропрена с небольшим количеством стирола. Стирол в наирите облегчает переработку каучука.
Приготовление резиновых смесей. Первичной операцией переработки натурального каучука является вулканизация, в процессе которой образуются поперечные химические связи между молекулярными цепями каучука. Этот процесс может происходить под влиянием химической реакции, световой и тепловой энергии, радиации и др.
Вулканизация может быть горячей и холодной и протекает с присутствием серы как вулканизирующего вещества и ускорителей, активаторов и др. При горячей вулканизации резиновую смесь с серой, окисью цинка и некоторыми другими веществами выдерживают определенное время при температуре 130-170°.
Холодная вулканизация протекает в растворах полухлористой серы при комнатной температуре.
Свойства резины в значительной степени определяются дозировкой серы. Для получения мягкой резины в смесь вводят от 1,5 до 6 весовых частей серы на 100 весовых частей каучука. При увеличении серы до 30-40 весовых частей получается жесткая резина, называемая эбонитом. Для придания резине требуемых свойств в исходную смесь каучука вводят различные материалы, называемые ингредиентами. В зависимости от свойств и назначения ингредиенты делятся на вулканизирующие, ускорители вулканизации, активаторы ускорителей, усилители, красители, наполнители, мягчители, противостарители и др.
Наибольшее распространение как вулканизирующее вещество имеет сера.
Ускорителисокращают время вулканизации, уменьшают потребное количество серы, позволяют снизить температуру процесса. При вулканизации они взаимодействуют не только с серой, но и с каучуком, что оказывает непосредственное влияние на образование пространственных структур резины. В качестве ускорителей применяют окись магния и свинца, гидроокись кальция, окись цинка. Для ускорения вулканизации натрий-бутадиенового каучука применяют едкий натрий, углекислый и двууглекислый натрий. При вулканизации эбонитовых смесей применяют окись магния.
Активаторысокращают время вулканизации и повышают прочность резины. Для органических ускорителей в качестве активаторов применяют цинковые белила и окись магния. Употребляемые в качестве активаторов окислы металлов в присутствии жирных кислот (стеариновой, олеиновой и др.) обеспечивают переход ускорителей в солеобразное состояние, что способствует лучшему их растворению в смесях. Это облегчает взаимодействие серы и ускорителей.
Наполнителив зависимости от влияния на резиновую смесь разделяют на активные (усилители) и неактивные. Активные наполнители вводят в резиновую смесь как для увеличения ее объема, так и для улучшения свойств резины, неактивные - только для увеличения объема. К активным наполнителям относят сажу (вводят 30-60%), цинковые белила (20-25%), каолин (до 50%), белую сажу (до 60%). Белая сажа (коллоидная кремнекислота) вводится как усилитель в синтетические каучуки. Каолины повышают маслостойкость и теплостойкость резины, однако резина с каолином имеет невысокую прочность на разрыв.
Для придания резине требуемой окраски в смесь вводят органические и неорганические красители, отличающиеся светостойкостью, устойчивостью при вулканизации и большой красящей способностью (окись титана и хрома, цинковые белила, охра).
Для облегчения смешения каучука с порошковыми материалами и обработки резиновой смеси в нее вводят в количестве 5-20% мягчители(мазут, гудрон, масла, каменноугольные смолы, сосновую смолу, канифоль, растительные масла, стеариновую и олеиновые кислоты, полидиены и др.).
Под длительным действием кислорода воздуха происходит старение резины, заключающееся в изменении физических, химических и механических свойств. Для предохранения от старения в состав резиновых смесей вводят в количестве 0,5-2% от веса каучука противостарители- вещества, вступающие в химическое взаимодействие с кислородом и предохраняющие этим резину от старения. В качестве противостарителей используют неозод Д (порошок светло-серого или светло-коричневого цвета) и эджерайт (смола желтого цвета с температурой плавления 65-70°) и др.
Для облегчения технологических операций в резиновые смеси вводят ингредиенты специального назначения: ускорители пластикации; вещества, предотвращающие преждевременную вулканизацию; облегчающие вулканизацию эбонита; повышающие морозостойкость волокнистые вещества (асбест); абразивную пыль, придающую резине свойства шлифующих материалов, и др.
Перед смешением с ингредиентами каучук подвергают пластикации, что увеличивает его пластичность и мягкость. Пластикация производится в валковых резиносмесителях или червячных пластикаторах. При этом натуральный каучук благодаря механическому воздействию, нагреву (до 150-200°) и окислению кислородом воздуха становится пластичным и легко смешивается с сыпучими материалами.
Смешение каучука с ингредиентами происходит механическим способом на вальцах или в смесителях. Качество смеси зависит от равномерности распределения ингредиентов в каучуке и соблюдения оптимальных режимов смешения. Увеличение времени смешения оказывает положительное влияние на качество смеси до определенного предела, превышение которого вызывает ухудшение качества смеси.
2.3 Переработка резиновых смесей
В зависимости от назначения резинового изделия, требований к его свойствам и форме применяют различные виды обработки: каландрование, шприцевание, литье под давлением и др.
Каландрованиемназывают процессы получения резиновых листов или профильных заготовок, покрытие тканей слоем резины, сдваивание листов и др. на специальном оборудовании - каландрах, основным рабочим органом которых являются валки. В зависимости от назначения различают листовальные, обкладочные, промазочные и другие каландры.
Перед обработкой резиновая смесь предварительно нагревается до температуры 70-80° пропусканием в горячих вальцах. Листы резины получают на трехвалковом листовом каландре. Резиновая смесь по транспортеру подается в зазор между верхним и средним валками. По выходе из валков формованный лист прилегает к среднему валку и, таким образом, попадает в зазор между ним и нижним валком. На нижнем валке установлены ножи, срезающие с него полосы требуемой ширины. Скорость листования резиновой смеси - до 30 м/мин.
По выходе из валков каландровая резина проходит охладительные барабаны и поступает в транспортер, где с прокладочным полотном закатывается в рулоны.
В результате каландрования резина получает повышенную прочность и меньшее удлинение в продольном направлении по сравнению с поперечным. Это явление называется каландровым эффектом, который объясняется ориентацией молекул каучука и ингредиентов вдоль листа при каландровании. Снижения каландрового эффекта добиваются применением ингредиентов, имеющих сферическую форму, пропусканием резины по горячим плитам, барабанам или через нагретые камеры - туннели.