Разновидности ингредиентов резины

Резины являются сложной смесыо различных ингредиентов, каждый из которых выполняет определенную роль в формировании ее свойств. Помимо основы — каучуков — в состав резин вводят вулканизирующие вещества, ускорители вулканизации, наполнители, пластификаторы, противостарители и красители.

Вулканизирующие вещества (сера, оксиды цинка или магния, пероксиды и нитросоединения) непосредственно участвуют в образовании поперечных связей между макромолекулами. Их содержание в резинах составляет 5—7%, а в твердых резинах, например эбоните, — до 30%. В присутствии ускорителей (тиурам, каптакс, оксиды свинца) процесс вулканизации наиболее активен.

Наполнители по воздействию на каучуки подразделяют на активные и инертные. Активные наполнители (сажа, оксид кремния) повышают твердость и прочность резины и увеличивают ее сопротивление истиранию. Инертные наполнители (тальк, мел и др.) вводят в состав резин с целью их удешевления.

Пластификаторы (вазелин технический, парафин, стеариновая кислота, минеральные и растительные масла и т. д.), присутствуя в составе резин (8—30%), облегчают их переработку, увеличивают эластичность и морозостойкость.

Протиаостарители замедляют процесс старения резин, препятствуют присоединению кислорода. Присоединение кислорода происходит по месту двойных связей в каучуке. В результате макромолекулы каучука разрываются на части, укорачиваются. Это приводит к потере эластичности, охрупчиванию и появлению сетки трещин на поверхности. Противостаритсли различают химического и физического действия. Противостарители химического действия (альдоль, неозон), взаимодействуя с кислородом, продиффундировавшим в резину и пероксидам каучука, задерживают его окисление. Противостарители физического действия (парафин, воск), образуя поверхностные пленки, затрудняют диффузию кислорода.

Красители (охра, ультрамарин) выполняют не только декоративные функции, но и задерживают световое старение, поглощая коротковолновую часть света.

Решающая роль в формировании основных свойств резин принадлежит каучукам. Натуральный каучук получают из сока (латекса), извлекаемого из стволов каучуковых деревьев. В латексе содержится 30—37% каучука, частицы которого имеют округлую форму диаметром 0,14—0,6 мкм. Каучук из латекса выделяют коагуляцией с помощью органических кислот (муравьиной или уксусной). Затем рыхлый сгусток промывают водой, раскатывают в листы и сушат. Наибольшее распространение получили сорта натурального каучука смокед-шитс янтарного цвета и светлый креп.

В химическом отношении чистый и натуральный каучук — непредельный углеводород состава

где п = 1000^-4000.

Натуральный каучук (НК) — мягкий эластичный материал плотностью 0,91—0,94 г/см³. Он хорошо растворяется в органических растворителях (бензине, бензоле, хлороформе и др.). Натуральный каучук обычно находится в аморфном состоянии. При длительном хранении возможна его кристаллизация. Деформация растяжением натурального каучука вызывает его кристаллизацию. Возникновение кристаллической фазы увеличивает прочность каучука. При температуре — 70 °C натуральный каучук утрачивает эластичность и становится хрупким. Нагрев натурального каучука выше 70 °C делает его пластичным, а при температуре выше 200 °C он разлагается. Резины на основе натурального каучука имеют высокую прочность и эластичность, высокие электроизоляционные свойства.

Более широкое применение в производстве резин получили синтетические каучуки, отличающиеся разнообразием свойств. Синтетические каучуки получают из спирта, нефти, попутных газов нефтедобычи, природного газа и т. д.

Бутадиеновый каучук (СКБ) получают полимеризацией газообразного углеводорода бутадиена СН₂=СН—СН=СН₂ (дивинила) в присутствии металлического натрия. Цепочка макромолекул СКБ имеет вид …—СН₂—СН=СН—СН₂—… Это некристаллизующийся каучук, отличающийся пониженной прочностью при растяжении, растворимый в неорганических растворителях.

Морозостойкость бутадиенового каучука невысокая и находится в пределах от -40 до -50°С. Каучук СКБ чаще идет на изготовление специальных резин.

Бутадиенстиролъный каучук (СКС) получают совместной полимеризацией бутадиена (СД1₆) со стиролом (CH₂=CIIC₆II5). Свойства каучука зависят от содержания стирольных звеньев. У величснис стирола повышает прочность, но понижает морозостойкость каучука. Промышленностью освоен выпуск нескольких марок бутадиснстирольных каучуков: СКС-10, СКС-30, СКС-50.

Каучук СКС-30 (содержит 30% стирола), наиболее универсальный и распространенный, идет на изготовление автомобильных шин, резиновых рукавов и других резиновых изделий. СКС-10 (содержит 10% стирола) отличается повышенной морозостойкостью (до -77°С). Каучуки СКС отличаются малой стойкостью к действию органических растворителей (масел и топлива). По диэлектрическим свойствам резины на основе каучуков СКС близки к резинам на основе НК.

Изопретвый каучук (СКИ) получают полимеризацией изопрена (С-, 1 I_iS) в присутствии щелочных металлов (литий) или комплексных катализаторов. Этот каучук по строению, химическим и физико-механическим свойствам близок к натуральному каучуку. СКИ способен кристаллизоваться только при значительном растяжении. Промышленностью выпускаются каучуки СКИ-3 — для изготовления шип, амортизаторов; СКИ-ЗД — для производства электроизоляционных резин; СКИ-ЗВ — для вакуумной техники.

Хлоропреновый каучук (наирит) представляет собой продукт эмульсионной полимеризации хлоропреиа.

Хлоропреновые каучуки имеют линейное строение макромолекул. Присутствие в макромолекуле каучука хлора (37%) придает ему полярность. Вследствие полярности наирит обнаруживает невысокие диэлектрические свойства, стойкость к действию масел и бензина, а также озона и других окислителей, огнестойкость. Хлоропреновые каучуки обладают высокими прочностными свойствами. Их применяют при изготовлении резин для шлангов, прокладок, защитных оболочек кабельных изделий.

Бутадиеннитрилъный каучук (СКН) получают совместной полимеризацией бутадиена и нитрила акрильной кислоты. В зависимости от содержания нитрила акриловой кислоты бутадиеннитрильные каучуки разделяют на марки СКН-18, СКН-26, СКН-40. Из-за наличия сильнополярной группы —CN бутадиеннитрильные каучуки имеют дипольную природу и низкие электроизоляционные свойства. Они стойки в бензине и нефтяных маслах и по этим показателям превосходят наирит. По теплостойкости СКН превосходит натуральный каучук. На основе СКН производят резины для топливных и масляных шлангов, прокладок и уплотнителей мягких топливных баков.

Синтетический каучук теплостойкий (СКТ) представляет собой продукт поликонденсации циклических силоксанов. Макромолекула такого каучука имеет линейное строение и содержит в основной цени чередующиеся атомы кремния и кислорода:

Значительная прочность (374,2 кДж) силоксановой связи (—Si—О) придает этим каучукам повышенную термостойкость. Радикалами могут быть соединения СН₃ и С₆Н₅. Силоксановый каучук, содержащий только метильную группу СН₃, имеет рабочую температуру от -60 до 250 °C. Замена радикала СН₃ на СбН₃ повышает его эластичность и морозостойкость до -80°С.

Каучуки стойки к действию озона и кислорода, растворяются в ароматических углеводородах и набухают в бензине и маслах, отличаются низкой прочностью и плохой адгезией.

На основе силоксановых каучуков производят резины, предназначенные для изоляции электрических кабелей и для герметизирующих и уплотняющих прокладок.

Фторсодержащие каучуки (СКФ) получают совместной полимеризацией ненасыщенных фторированных углеводородов (CF₂=CFCl, CIl2⁼CF₂ и др.). Фторсодержащий каучук — полностью насыщенный полимер. Промышленность выпускает фторкаучуки марок СКФ-32 и СКФ-26, химические формулы которых имеют вид

Каучуки отличаются повышенной стойкостью к тепловому старению, атмосферному воздействию, сильным окислителям, маслам, растворителям, высоким температурам (до 300°С). Они не горят и устойчивы к действиям микроорганизмов. Вместе с тем эти каучуки обнаруживают низкую морозостойкость (-25°С), низкую эластичность и малую стойкость в большинстве тормозных жидкостей.

Резины на фгоркаучуковой основе идут на изготовление уплотнителей и герметизирующих деталей, работающих в топливах и маслах при температуре до 300 °C.

Полисульфидный каучук (тиокол) — продукт иоликонденсации галогенопроизводных углеводородов с полисульфидами щелочных металлов и имеет формулу

Содержание серы в каучуке в зависимости от строения полимера достигает 40—85%. Каучук полярен. Тиокол устойчив к действию различных топлив и масел, озона, кислорода и солнечного света. Сера придает тиоколу высокую влагои газонепроницаемость. Механические свойства резин на основе тиокола невысокие. Резины сохраняют эластичность при температурах от -40 до -60°С, теплостойкость не выше 70 °C, а также обладают высокой адгезией к металлам. На основе тиокола изготавливают жидкие герметики, применяемые для герметизации топливных отсеков самолетов, сборных металлических конструкций в промышленном и гражданском строительстве.

Свойства натурального и синтетического каучуков приведены в табл. 10.5.