Технические продукты на основе полимеров

2.1 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.