Резина - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

В настоящее время промышленно производится каучук, содержащий до 99% изопреновых единиц, объединенных в 1,4-положении, в то время как натуральный каучук составляет 98%.

Содержание

Типы резины

Резина – Природные или синтетические продукты полимеризации определенных диенов с сопряженными связями. Наиболее важными физическими свойствами резин являются эластичность (способность изменять форму) и непроницаемость для воды и газов.

Резины – это гибкие материалы с высокой молекулярной массой (эластомеры), из которых путем вулканизации (нагревания с серой) получают каучук.

Особое значение имеют полимеры, полученные из ненасыщенных углеводородов, в том числе синтетические каучуки. Все каучуки делятся на натуральные и синтетические; последние подразделяются на бутадиеновый, изопреновый и хлоропреновый каучуки в зависимости от вещества, используемого при их синтезе.

Натуральный каучук или гуттаперча

Натуральный каучук изготавливается из латекса – млечного сока гуттаперчевого дерева. Для обеспечения потока в коре дерева делаются V-образные надрезы. Латекс можно собирать со здорового дерева в течение 30 лет. Индейцы называли его “кау чу”, то есть “слезы дерева”.

Сбор урожая каучука с растения Hebea

Натуральный каучук представляет собой высокомолекулярный ненасыщенный углеводород с составом (C₅Н₈)_nгде n составляет 1000-3000 единиц. При нагревании без воздуха он разлагается с образованием диенового углеводорода 2-метилбутадиена-1,3 или изопрена.

Каучук, все единицы которого находятся в цис- или транс-конфигурации, называется стереорегулярным.

Видеоклип “Натуральный каучук

Натуральный каучук – это стереорегулярный полимер, в котором молекулы изопрена связаны друг с другом в конфигурации 1,4-единицы с цис-конфигурацией полимерной цепи:

снг-полиизопрен (резина)

В естественных условиях натуральный каучук производится не путем полимеризации изопрена, а в результате другого, более сложного процесса.

Молекулярная масса натурального каучука варьируется от 7-10 4 до 2,5-10 6 .

Транс-полимер изопрена также встречается в природе в виде гуттаперчи:

Сис-форма более гибкая, потому что ее легко скрутить в шар.

Транс-форма менее гибкая, поскольку ее макромолекулы более вытянуты.

Наиболее важным физическим свойством резины является эластичностьт.е. способность к обратимому растяжению даже при небольшом усилии. Другим важным свойством является непроницаемость для воды и газов. Основным недостатком резины является ее чувствительность к высоким и низким температурам. При нагревании резина размягчается и теряет эластичность, а при охлаждении становится хрупкой и также теряет эластичность.

Эти недостатки можно преодолеть, нагревая каучук вместе с серой. Этот процесс называется вулканизация резины.

Синтетические каучуки

Первый синтетический каучук, полученный по методу С.В. Лебедева путем полимеризации дивинила под действием металлического натрия, представлял собой нерегулярный полимер со смешанным типом 1,2- и 1,4-соединений:

В 1950-х годах отечественные ученые провели каталитическую стереополимеризацию диеновых углеводородов и получили стереорегулярный каучук (структурные единицы и функциональные группы расположены в пространстве в определенном порядке) со свойствами, аналогичными натуральному каучуку.

В настоящее время промышленность выпускает каучук с содержанием изопреновых единиц, соединенных в положении 1,4, до 99%, в то время как натуральный каучук составляет 98%.

Кроме того, в промышленности используются синтетические каучуки на основе других мономеров, таких как изобутилен и хлоропрен, а натуральный каучук утратил свое монопольное положение.

Учебный фильм “Резина

Вулканизация каучуков

Натуральные и синтетические каучуки перерабатываются в резину для улучшения их качества.

Резина – представляет собой вулканизированную резину с резиновым наполнителем (сажа). Суть процесса вулканизации заключается в том, что атомы серы присоединяются к линейным (нитевидным) молекулам каучука по двойным связям и, так сказать, сшивают молекулы дисульфидными мостиками, образуя трехмерный сшитый полимер:

Вулканизация превращает вязкую и жесткую резину в упругую и эластичную. Резина прочнее каучука и более устойчива к перепадам температуры.

Каучуки, наполненные активным сажей, используются для производства автомобильных шин и других резиновых изделий.

В зависимости от количества сшивающего агента (серы) можно получить сетки с различной частотой сшивания.

Для вулканизации каучука используется небольшое количество серы в размере 2 – 3% от общего веса. Если в каучук добавить более 30% серы, она свяжет почти все π-связи вместе и образует чрезвычайно сшитый натуральный каучук, эбонит, который не обладает эластичностью и является твердым материалом.

Наиболее широкое применение каучук находит в производстве резины для автомобильных, авиационных и велосипедных шин.

Резина используется для производства широкого спектра специальных прокладок и уплотнений для тепловой, акустической, воздушной и гидроизоляции строительных элементов, в санитарной и вентиляционной технике, а также в гидравлической, пневматической и вакуумной технике.

Каучук используется для электроизоляции, медицинских приборов и противозачаточных средств.

В ракетной технике синтетические каучуки используются в качестве полимерной основы при производстве твердого ракетного топлива, в котором они играют роль горючего, а нитратный (калиевый или аммиачный) порошок или перхлорат аммония используется в качестве наполнителя, играющего роль окислителя в топливе.

Сравнительные характеристики и области применения каучуков приведены в таблице, а производство некоторых из них описано в разделе Свойства и производство алкадиенов:

Типы резины

Сегодня выпускаются различные виды резины. Все синтетические каучуки в целом делятся на:

Резины общего назначения. Используется в массовом производстве таких изделий, как шины, конвейерные ленты, резиновые сапоги и т.д., где используются эластичные свойства резины:

Бутадиен (SKD; SKB)
Изопрен (SKI)
Хлоропрен (Наирит)
Стирол-бутадиен (CKC, CKMC)
Этилен-пропилен (SKEP, SKEPPT)
Бутилкаучук (БК) и т.д.

Специальные резиныОни используются для производства изделий, которые не только эластичны, но и устойчивы к различным агрессивным средам, жаро- и морозостойки и обладают другими уникальными свойствами. Синтетический:

Нитрил-бутадиен (NBR)
Полисульфид (Тикол)
Органический кремний (CKT)
Уретан (SKU)
Фторированный (SCF)
Винилпиридин, метилвинилпиридин (MBP) и др.

Сравнительные свойства и области применения каучуков приведены в таблице ниже. Некоторые из каучуков описаны в разделе Свойства и получение алкадиена:

Виды и применение резин:

Важные свойства резины включают:

Резина: Свойства

Каковы свойства натурального каучука? Этот полимер совершенно уникален и меняет свои свойства в зависимости от температуры окружающей среды. Он может быть очень эластичным, жидким или даже стеклянным.

При температуре от 20 до 30 °C материал характеризуется следующими свойствами

белое обесцвечивание или полное отсутствие цвета;
Аморфная, хрупкая структура;
Растворим только в бензоле, бензоле, эфире;
Нерастворим в воде и спиртах.

Важные свойства резины включают:

эластичность и эластичность. Резиновое изделие можно растянуть до 1000%, и даже по истечении этого времени оно быстро возвращается в исходное состояние. Это качество теряется только после очень длительного хранения;
мягкость мягкость при комнатной температуре и пластичность при нагревании. Если для работы с материалом выбраны правильные условия, то форма, полученная в результате термообработки, может быть сохранена;
непроницаемость к электричеству, теплу, газам и воде. Это свойство делает использование резины очень удобным во всех областях. Изделия из него имеют длительный срок хранения и мало подвержены воздействию окружающей среды.

Поэтому ни один из ранее известных материалов не мог сравниться с резиной, не говоря уже о том, чтобы конкурировать с ней.

Использование нового сырья, такого как каучук, гуттаперча и балата, продвигал уроженец Кельна Франц Клут (1838-1910), который стал новатором и важным основателем резиновой промышленности в Германии.

Резина и резиновые материалы: каучук, эбонит, гуттаперча, балата

Резина – Общее название продукта коагуляции млечного сока, выделяемого некоторыми тропическими растениями. К таким растениям относится бразильская гевея (Hevea brasiliensis) и родственные виды. На долю растений гевеи, как дикорастущих, так и выращенных на плантациях, приходится около 9/10 мирового производства каучука.

Каучук, выращенный на плантациях, имеет лучшее качество, чем дикий каучук. Выращенный на плантациях каучук имеет различные названия, наиболее ценный сорт – “пара-каучук”. Химически основным компонентом каучука является углеводород с составом ( C₁₀ H₁₆ ) _n. Сегодня большое количество синтетического каучука производится путем полимеризации изопрена (C₅ H₈ ) . Каучук растворим в бензине, бензоле, дисульфиде углерода и т.д.

Еще до открытия Бразилии местные индейцы имели “резиновые мячи” – бутылки из небьющегося материала и использовали для освещения праздников факелы, которые горели долго, но производили много копоти и имели резкий запах. Они были сделаны из молочно-белых “слез” дерева кауджу.

Образцы этого материала в виде сухих резиновых лепешек были привезены на родину французским исследователем и ученым Шарлем Мари де ла Кондамином в 1744 году во время британской морской блокады Франции. Однако промышленное значение каучук приобрел только после того, как в 1839 году американскому химику Чарльзу Нельсону Гудьиру удалось под воздействием тепла перевести сернистый каучук из пластичного в эластичное состояние (резину).

В результате процесса вулканизации и производства эбонита он стал основателем современной резиновой промышленности в 1848 году. В 1898 году. Компания Goodyear Tire & Rubber основана в Аккермане, штат Огайо. Сегодня она остается одним из крупнейших в мире производителей резины и изделий из синтетического каучука.

Обработка резины

Чистый каучук не используется в чистом виде, а предварительно смешивается с различными веществами, ключевую роль среди которых играет сера. Полученную смесь формуют и вулканизируют. Резина готовится путем измельчения каучука на вальцах с добавлением того или иного соединения.

В состав резиновой пасты могут быть включены следующие вещества

Заменители резины (регенерат – старая резина и фактис – жирные масла, вулканизированные серой);

Наполнители (оксид цинка, мел, каолин и т.д.);

Пластификаторы, добавляемые к высокому содержанию наполнителей (парафин, церезин, асфальт и т.д.);

Мягкая резина с высоким содержанием наполнителя (до 60% и более), но низким содержанием серы, и твердая резина, роговая резина, эбонит, с высоким содержанием серы, используются в электротехнике.

Резина представляет собой смесь каучука и серы, обработанную при повышенных температурах. Чрезвычайно эластичный, упругий, полностью водонепроницаемый материал с высокими изоляционными свойствами. Он производится в листах различной толщины и широко используется для изоляции проводов. Его недостатком является низкая тепло- и маслостойкость.

Вулканизация

Горячая вулканизация – это единственный процесс вулканизации, используемый для вулканизированных электрических деталей. Температура вулканизации составляет 160-170°C для твердой резины и 125-145°C для мягкой резины. Время вулканизации зависит от типа и размера изделия.

Для ускорения процесса вулканизации в смесь добавляются специальные органические и неорганические ускорители. К ним относятся некоторые оксиды металлов, а также некоторые сложные органические соединения. Замедлители не только сокращают время вулканизации в 4-6 раз, но и дают более однородный и во всех отношениях более качественный продукт.

Свойства смятой резины

Свойства резины зависят от сорта каучука, типа наполнителей, количества серы, времени вулканизации и т.д. Более высокое содержание серы увеличивает диэлектрическую проницаемость и угол потерь. Наиболее вредной из примесей является сажа, наименее вредной – молотый кварц.

Среднее удельное сопротивление составляет 10 14 – 10 16 Ом х сек. Диэлектрическая проницаемость составляет от 2,5 до 3. Электрическая прочность составляет 24 кВ/мм для сырой резины и 38,7 кВ/мм для вулканизированной резины. Тангенс угла потерь для вулканизированной резины составляет 0,005 – 0,02. Удельный вес чистой резины составляет 0,93 – 0,97, резиновой смеси – 1,7 – 2. Прочность на разрыв хорошей резины составляет 120 кг/см2 , при разрыве резина удлиняется в 7 раз.

Мягкая резина в основном используется для изоляции проводов, трубок, лент, перчаток и т.д. Изоляционная лента широко используется в электроустановках, представляя собой обычную миткалевую ленту, покрытую с одной стороны резиновой липкой массой.

Иначе известен как твердая резина. Лучшие сорта эбонита содержат 75% чистого каучука и 25% серы. Некоторые марки также содержат регенераты и наполнители. Однако иногда добавляют наполнители, чтобы изменить свойства эбонита в желаемом направлении, например, повысить его жаропрочность.

Удельное сопротивление лучших моделей эбонита составляет 10 16 – 10 1 7 Ом х с м. Поверхностное сопротивление достигает 10 1 5 Ом. Однако удельное сопротивление поверхности значительно уменьшается при длительном воздействии световых лучей. Поверхность эбонита должна быть хорошо отполирована, чтобы уменьшить этот эффект.

Старение вызвано выделением свободной серы из эбонита, которая, соединяясь с кислородом воздуха и влагой, дает серную кислоту. Для обновления поверхности эбонит сначала промывают нашатырным спиртом, а затем многократно дистиллированной водой.

Диэлектрическая прочность эбонита составляет от 8 до 10 кВ/мм, а толщина – от 5 до 10 мм. Прочность на изгиб при изгибе составляет от 400 до 1 000 кг/см2 . Сопротивление удару при изгибе 5 – 20 (кг x см)/см 2 . Температурная стойкость 45 – 55°C.

Производители эбонита обычно выпускают несколько сортов эбонита. Чем ниже сорт, тем больше в нем заменителей резины и наполнителей. Эбонит широко используется в электротехнике. Эбонит продается в виде листов, стержней и трубок.

Специальные сорта эбонита включают асбестонит и асбест Vulcan. Их производство несколько отличается от производства эбонита: после полного измельчения асбестового волокна вальцами каучук растворяют в бензоле, а затем смешивают с асбестом и другими наполнителями. Такие смеси могут содержать очень небольшое количество каучука, до 10%, так что термостойкость этих изделий может быть увеличена до 160° C.

Эбонитовый порошок используется в производстве пластмасс для прессования различных изоляционных деталей.

Синтетический каучук

Современная кабельная промышленность предпочитает не натуральный каучук, а синтетические сорта и смеси. Эти смеси придают особые свойства изоляционному слою и оболочке готовых изделий (проводников, проводов и кабелей). Добавки добавляются для ускорения реакции сшивания, а также цветовые пигменты и добавки для защиты готового продукта от старения.

Существует несколько типов синтетического каучука – карбоксилатный, полисульфидный, этилен-пропиленовый и др. Электрические свойства синтетического каучука аналогичны свойствам натурального каучука, но механические свойства ниже.

Гуттаперча – это продукт коагуляции млечного сока некоторых растений, произрастающих на островах Малайского архипелага.

Гуттаперча содержит 20 – 30% смолы и 70 – 80% каучука с углеводородами, и ее химический состав похож на натуральный каучук. Но, поскольку родственники не всегда похожи, гуттаперча также ведет себя иначе, чем натуральный каучук. Гуттаперча становится податливой при температуре 50-70o C, но не эластичной, как резина, и затвердевает под воздействием холода.

Гуттаперча не подвергается вулканизации. Он размягчается при 37°C, становится абсолютно гибким при 60°C и плавится при 130°C. Удельное сопротивление составляет 10 14 – 10 16 Ом х с м.

Это один из старейших электроизоляционных материалов. Гуттаперча использовалась для изоляции телеграфных кабелей в Великобритании с 1845 года, включая изоляцию подводных линий.

Подводный телеграфный кабель 1864 года

В 1870-х годах появились первые кабельные мельницы как за рубежом, так и в России. Эти заводы в основном производили изолированные провода для телеграфа, а несколько заводов выпускали подводные телеграфные кабели с гуттаперчевой изоляцией.

Вернер фон Сименс также экспериментировал с гуттаперчей в качестве изоляционной прокладки и хотел использовать ее в подземных кабелях. Трехлетние испытания, проведенные по заказу правительства Германии, показали, что гуттаперча разрушается под воздействием естественных агрессивных веществ земли и через некоторое время теряет свои изоляционные свойства в грунтовых водах.

В качестве изолятора для проводников силовых кабелей гуттаперча просуществовала сравнительно недолго, поскольку изоляция становилась твердой на холоде и мягкой при воздействии тепла, была дорогой и поэтому не могла стать совершенной (см. – Какие бывают виды кабельной продукции).

Покрытие кабеля гуттаперчей. Гринвич, 1865-66: картина Р.К. Дадли.

Кабели того времени прокладывались в трубах из железа и свинца и обматывались лентами из хлопка, льна или джута. В 1882 году родилась идея использовать эти материалы для изоляции. Для этого были разработаны пропитывающие средства на основе вазелина с добавлением натуральных смол для его загущения.

Гуттаперчевый пресс, использовавшийся в то время, был переоборудован в гидравлический свинцовый пресс, так что свинцовая облицовка наносилась непосредственно на сердечник, и необходимость в железных трубах отпала.

Облицовка была защищена от коррозии с помощью пропитанного битумом джута, который был обернут вокруг кабеля. В качестве механической защиты использовались два листа оцинкованного железа, пропитанные битумом и наложенные друг на друга. Для полной защиты от коррозии они были снова покрыты джутом, пропитанным битумом.

Битум – это один из продуктов, который на протяжении десятилетий оставляет черные следы на руках прокладчиков подземных кабелей. Поскольку он известен как “земляная смола” или “горная смола”, добывается как “природный асфальт” и сегодня в основном выделяется при перегонке сырой нефти в вакууме, он использовался еще в 2500 году до нашей эры под названием “асфальт” месопотамским народом для уплотнения между досками палубы своих кораблей. Он также использовался в качестве предшественника линолеума для изоляции полов от проникновения влаги.

Балата

Балата – это продукт, родственный каучуку и гуттаперче, добываемый в Венесуэле. По своим свойствам она похожа на гуттаперчу и используется как добавка к ней и к резине. Балата содержит больше натуральных смол, чем резина и гуттаперча, и, в отличие от резины, не вулканизируется. Он используется в больших количествах в качестве пропитки при производстве приводных и конвейерных ремней.

Сок добывается из деревьев, возраст которых составляет не менее 12 лет. Ежегодно можно получать от 3 до 5,5 кг латекса.

Производство синтетического каучука

Когда каучук начал массово использоваться в промышленности, ресурсов натурального каучука для его производства стало не хватать. Эта ситуация поставила перед учеными задачу синтезировать искусственный материал с такими же физическими и химическими свойствами.

Синтетический каучук по методу Лебедева

Завод по производству этого материала был впервые создан в 1930-х годах.

Синтетический каучук производится из дивинила, который выделяется в результате реакции разложения спирта. Мономером искусственного каучука является изопрен. Материал получают путем полимеризации.

Большинство коммерческих полисульфидных олигомеров имеют слегка разветвленную структуру и концевые группы SH. Наличие таких концевых групп, которые легко окисляются в мягких условиях, позволяет использовать эти олигомеры в качестве основы для изготовления композиционных материалов (тиоколовых герметиков, компаундов, мастик).

Герметики Thiokol

Герметики Thiokol занимают особое место среди уплотнительных материалов различного назначения, поскольку создают непроницаемость в соединениях, подверженных статическим и динамическим деформациям растяжения и сжатия в условиях перепада температур, присутствия растворителей и агрессивных сред.

Первыми полисульфидными полимерами были так называемые твердые тиоколлоиды, описанные в 1926-1927 годах Баером и Патриком. Их промышленное производство впервые было осуществлено в 1930 году в США (тиокол А).
В начале 1930-х годов подобные каучуки производились в СССР (смола), а позднее их синтез был освоен в других странах мира.
Синтез полисульфидных каучуков основан на реакции полисульфидирования путем взаимодействия алифатических и ароматических дигалогенпроизводных и полисульфидов щелочных металлов.

Каучук обычно имеет молекулярную массу от 200 000 до 500 000 МВ.

В результате восстановительного крекинга высокомолекулярных полисульфидов образуются жидкие тиолы, широко используемые в производстве композитных материалов различного назначения.

В настоящее время полисульфидные олигомеры примерно в 10 раз более расходны, чем твердые тиолы. Это связано с неудовлетворительными физико-механическими свойствами вулканизатов полисульфидных каучуков, присущей им холодной текучестью и неприятным запахом.

Характерной особенностью полисульфидных полимеров является наличие в макромолекулах значительного количества химически связанной серы. В зависимости от структуры органического радикала, содержание серы составляет 40-85% (масс.%).

Читайте далее: