Технические продукты на основе полимеров2.1 Резина. Это продукт взаимодействия каучука с серой, представляющий собой пластмассу с редкосетчатой структурой, в которой связующим выступает полимер, находящийся в высокопластическом состоянии. Связующим в резинах являются натуральные или синтетические каучуки. Натуральный каучук получают из млечного сока (латекса) каучуконосных деревьев, произрастающих в странах с тропическим климатом. В составе натурального каучука содержатся углеводород (изопрен), влага, зола, азотсодержащие белковые вещества и органические кислоты. Синтетические каучуки — это разнообразные продукты полимеризации углеводородов. Технологический процесс превращения каучука в резину называется вулканизацией — процесс химического взаимодействия каучука с серой в условиях нагрева свыше 100 °С. В качестве вулканизатора наряду с серой могут быть использованы и другие вещества. Содержание основного компонента резины — каучука в резине может изменяться в широких пределах — в интервале 10...98 %. Основное свойство каучука — очень высокая упругая деформация. Если для металлов упругая деформация составляет около 0,1 %, а для большинства полимеров при нормальных условиях не превышает 5 %, то каучук может растягиваться на 1000 % и более. Упругие свойства каучука являются следствием особенностей его надмолекулярного строения. Линейные макромолекулы каучука не вытянуты в одну линию, как у большинства полимеров, а имеют зигзагообразную форму (рисунок 4). Первоначальное удлинение каучука происходит только за счет распрямления макромолекулы, а не в результате растягивания связей между ее звеньями. Поэтому уже при небольших растягивающих усилиях достигается значительная деформация. По мере дальнейшего нагружения для продолжения деформации требуются все большие усилия и зависимость между деформацией и напряжением все больше отклоняется от прямолинейного характера. При снятии нагрузки начинается процесс свертывания макромолекул, однако каучук не возвращается к исходным геометрическим размерам полностью, он приобретает заметную остаточную деформацию. Каучук теряет свои упругие свойства и под влиянием температуры окружающей среды: он не обладает теп ло- и морозостойкостью, может набухать в органических растворителях, он липок. Рисунок 4 - Зигзагообразная форма строения макромолекул каучука
Отмеченные свойства, за редким исключением, затрудняют техническое применение каучука в чистом виде. Практически полное устранение отрицательных свойств каучука достигается путем его вулканизации. В процессе вулканизации образуются поперечные связи между макромолекулами каучука, линейная структура полимера превращается в объемную сетку: каучук превращается в резину. Поперечные связи препятствуют относительному перемещению макромолекул полимера и, таким образом, предотвращают остаточную деформацию. Для управления процессом вулканизации и улучшения свойств получаемой резины используют разного рода добавки: ускорители процесса, пластификаторы, красители, противостарители, наполнители и др. В результате вулканизации свойства каучука резко улучшаются: повышаются эластичность, механическая прочность и теплостойкость, вплоть до полного исчезновения снижается липкость и уменьшается степень взаимодействия с органическими растворителями. До 1930-х гг. для производства резины использовали только природный каучук, выделяемый из сока каучуконосных растений, которые произрастают преимущественно в южных странах. Натуральный каучук представляет собой высокомолекулярный полимер линейного строения, образующийся путем биохимического синтеза. Степень полимеризации натурального каучука превышает 2000. В необработанном млечном соке лучших каучуконосов — латексе — содержание каучука достигает 40 %. В чистом виде латекс находит ограниченное применение. Его используют в качестве резинового клея, который не содержит органических растворителей и поэтому является экологически безвредным техническим продуктом. Удаляя из латекса воду получают сырой каучук, который затем перерабатывают в резину. Однако сырьевая база природного каучука ограниченная, с 1 га лучших каучуконосных растений может быть собрано не более 500 кг натурального каучука в год, что не может обеспечить возрастающей потребности техники в резинотехнических изделиях. Поэтому развитие получили технологии производства синтетического каучука. Первый в мире завод синтетического каучука был введен в эксплуатацию в 1932 г. в Советском Союзе. Реализацию получил метод выдающегося ученого акад. С. В. Лебедева. В других промышленно развитых странах производство синтетического каучука было начато гораздо позже. Важнейшее преимущество синтетического каучука перед натуральным заключается в возможности целенаправленного изменения получаемых свойств применительно к требуемым условиям его применения, тогда как свойства натурального каучука зависят только от условий произрастания каучуконосных растений. Сырьевая база синтетического каучука практически не ограничена, так как производство основано на продуктах химической переработки органических горючих ископаемых — нефти, газа и каменного угля. Резины, получаемые на основе натурального каучука, обозначают соответственно буквами НК, а полученные на основе синтетического каучука — СК. Последующие буквы в маркировке синтетического каучука обозначают химический состав мономера, из которого получен каучук. Производятся резины общего назначения и специальные. К специальным резинам относятся маслобензостойкие, тепломорозостойкие, износостойкие и электротехнические. Универсальным типом резины общего назначения является резина СКС, получаемая на основе бутадиен-стирольного каучука. Она наиболее широко применяется в автомобильной промышленности, ее используют для производства шин разных транспортных средств — наиболее массовой резинотехнической продукции. Для удешевления шин в состав резины СКС вводят до 35 % нефтяных масел, что снижает стоимость шин до 25 %. К маслобензостойким резинам относится резина СКФ, получаемая из фторкаучука. Тепломорозостойкие резины получают на основе кремнийор- ганических каучуков. Такие резины маркируют буквами СКТ, где буква Т означает «теплостойкий», что является исключением из общего правила маркировки резин, так как обычно буква обозначает мономер, использованный для получения каучуковой основы резины. Резины СКТ работоспособны в интервале температур -100... + 300 °С. Износостойкие каучуки получают на основе полиуретанов и маркируют их соответственно буквами СКУ. Они обладают высокой износостойкостью, эластичны, маслобензостойки. Их используют для изготовления автомобильных шин повышенной износостойкости, транспортерных лент, внутренней облицовки трубопроводов для транспортирования жидкостей, содержащих абразивные частицы, и др. Электротехнические резины включают в себя электроизоляционные, электропроводящие и магнитные резины. Электротехнические свойства достигаются путем введения в состав резины соответствующего наполнителя. В электроизоляционные резины вводят наполнитель с диэлектрическими свойствами (мел, тальк и др.), электропроводность обеспечивают введением углерода в виде сажи или графита. Магнитные свойства резины создают введением в ее состав ферромагнитного порошка. Магнитная резина находит применение в качестве уплотнений, так как она обеспечивает плотность уплотнения разъемных устройств без использования каких-либо прижимов. Примером являются дверцы холодильников.
|