Основы технологии резиновых изделий

Натуральные и синтетические каучуки в чистом виде применяются ограниченно вследствие своей пластичности и низких физико-механических показателей. Основная масса каучуков перерабатывается в резину. Резины — продукты вулканизации каучуков. Для придания резинам требуемых свойств каучуки смешивают с сыпучими органическими и неорганическими веществами. Вещества, добавляемые к каучуку, называются ингредиентами, а смесь каучука с ингридиентами называют резиновой смесью.

Основные компоненты резиновых смесей в зависимости от назначения делят на следующие группы:

• · каучук или каучукоподобное вещество;
• · вулканизирующее вещество; ускорители и активаторы вулканизации;
• · наполнители;
• · противостарители;
• · пластификаторы;
• · красители и пигменты.

Кроме того, в состав резиновой смеси могут вводиться компоненты специального назначения.

Вулканизирующие вещества представляют собой химически активные соединения, принимающие непосредственное участие в образовании пространственной структуры вулканизата. Основным вулканизирующим агентом является сера. Ее содержание в резиновых смесях не превышает 3 — 3,5 %. Способностью вулканизировать каучуки обладают также оксиды металлов (цинка, магния, кадмия, свинца), органические соединения (диазосоединения, хиноны и др.), некоторые полисульфидные соединения.

Ускорители и активаторы — это вещества, которые вводятся в состав резиновой смеси для ускорения процесса вулканизации и повышения физико-механических свойств резины.

Наполнители вводятся в каучук для улучшения эксплуатационных свойств резинотехнических изделий. При введении наполнителя увеличивается не только прочность на разрыв, но и сопротивление истиранию, надрыву, а некоторые наполнители повышают эластичность резины. Эффект от применения наполнителей наблюдается только при значительном количестве их в резиновой смеси, поэтому они применяются в больших количествах от 15−20 до 100%, а иногда и более 100% от массы каучуков.

Наполнители принято подразделять на неактивные и активные, часто называемые усилителями. Усилители увеличивают физико-механические свойства показатели резины. К активным наполнителям относятся сажи, окись цинка, окись магния, углекислая магнезия. К неактивным наполнителям относятся мел, тальк и др.

При введении наполнителей происходит также улучшение технологических свойств резиновых смесей, т. е. значительно облегчается формование резины, они лучше каландрируются, дают ровную поверхность, хорошо заполняют форму. Следует также учитывать, что введение наполнителя уменьшает расход каучука и снижает стоимость резиновых изделий.

Пластификаторы вводятся в резиновую композицию для придания ей определенной мягкости и пластичности. Композиции с пластификаторами значительно легче обрабатываются и формуются. В качестве пластификаторов применяются нефтепродукты, жиры, торфяные, древесные и каменноугольные смолы, синтетические материалы. К этим продуктам относятся канифоль, сосновая смола, стеарин, вазелин, парафин, битумы, дибутилфталат и т. д.

При старении каучуков и резин их физико-механические свойства изменяются: снижается эластичность, увеличивается твердость, хрупкость, газопроницаемость, ухудшаются диэлектрические свойства. Одной из причин старения является окислительная деструкция полимеров в присутствии кислорода воздуха. В присутствии противостарителей старение каучука замедляется. В качестве противостарителей используются вещества с повышенной, по сравнению с каучуком, активностью к кислороду. Эти вещества взаимодействуют с кислородом воздуха, предохраняя тем самым каучук от окисления. К противостарителям относят различные производные фенолов и аминов.

Красители и пигменты добавляют в резиновую смесь в том случае, когда требуется получить окрашенные изделия.

Технологический процесс изготовления резиновых изделий складывается из трех главных стадий:

• * первая стадия — изготовление смесей, включающая подготовку ингредиентов, пластификацию каучука с целью придания ему пластических свойств, и смешение ингредиентов с каучуком;
• · вторая стадия — обработка, которая может сводиться к приданию смесям формы (формованию) или прорезиниванию тканей. Процесс формования сводится к листованию на каландрах или профилированию в экструдерах;
• · третья стадия — вулканизация изделий.

Вулканизация каучука является важнейшей технологической операцией превращения каучуков в резину и является разновидностью реакции структурирования полимеров.

Сущность процесса вулканизации заключается в том, что при взаимодействии с серой или ее соединениями происходит раскрытие имеющихся в каучуке двойных связей и присоединение серы по месту двойных связей. При этом возникают поперечные связи между макромолекулами по схеме:

СH₂-СН — СН — СН₂ — - СН₂ — СН = СН — СН₂

В результате образуется полимер с пространственной структурой, и каучук превращается в резину, у которой резко изменяются физико-механические свойства. Так у резин повышается прочность, снижаются удлинение, деформация, увеличивается эластичность, уменьшается растворимость и клейкость, повышается теплостойкость и т. д. Причем вышеназванные свойства изменяются тем заметнее, чем большее количество серы участвует в реакции вулканизации. Как уже указывалось, содержание сера в резиновых смесях составляет 3−3,5%. В зависимости от количества веденной серы, можно получить мягкие или жесткие резины. Очевидно, что увеличение количества введенной серы приводит к возрастанию числа образующихся межмолекулярных связей. При этом падает эластичность, но возрастают прочность и жесткость полимерного материала. При значительном возрастании количества серы (20% и более) каучук превращается в жесткий пластик — эбонит, который находит широкое применение в электротехнической промышленности.

Процесс вулканизации осуществляется обычно двумя методами:

• * горячим
• * холодным.

При горячей вулканизации взаимодействие каучука с cepoй проводится при повышенной температуре (125°-160°С) и повышенном давлении (в течение нескольких часов).

Холодная вулканизация применяется для получения тонкостенных изделий, при этом композиция, содержащая каучук, обрабатывается раствором галогенпроизводных серы при комнатной температуре.