Что не входит в состав резины

главная > справочник > химическая энциклопедия:

Резина

Резина (от лат. resina – смола) (вулканизат), эластичный материал, образующийся в результате вулканизации натурального и синтетических каучуков. Представляет собой сетчатый эластомер – продукт поперечного сшивания молекул каучуков химическими связями.

Получение резины

Резину получают главным образом вулканизацией композиций (резиновых смесей), основу которых (обычно 20-60% по массе) составляют каучуки. Другие компоненты резиновых смесей – вулканизующие агенты, ускорители и активаторы вулканизации (см. Вулканизация), наполнители, противо-старители, пластификаторы (мягчители). В состав смесей могут также входить регенерат (пластичный продукт регенерации резины, способный к повторной вулканизации), замедлители подвулканизации, модификаторы, красители, порообразователи, антипирены, душистые вещества и другие ингредиенты, общее число которых может достигать 20 и более. Выбор каучука и состава резиновой смеси определяется назначением, условиями эксплуатации и техническими требованиями к изделию, технологией производства, экономическими и другими соображениями (см. Каучук натуральный, Каучуки синтетические).

Технология производства изделий из резины включает смешение каучука с ингредиентами в смесителях или на вальцах, изготовление полуфабрикатов (шприцеванных профилей, каландрованных листов, прорезиненных тканей, корда и т.п.), резку и раскрой полуфабрикатов, сборку заготовок изделия сложной конструкции или конфигурации с применением специального сборочного оборудования и вулканизацию изделий в аппаратах периодического (прессы, котлы, автоклавы, форматоры-вулканизаторы и др.) или непрерывного действия (тоннельные, барабанные и др. вулканизаторы). При этом используется высокая пластичность резиновых смесей, благодаря которой им придается форма будущего изделия, закрепляемая в результате вулканизации. Широко применяют формование в вулканизационном прессе и литье под давлением, при которых формование и вулканизацию изделий совмещают в одной операции. Перспективны использование порошкообразных каучуков и композиций и получение литьевых резин методами жидкого формования из композиций на основе жидких каучуков. При вулканизации смесей, содержащих 30-50% по массе S в расчете на каучук, получают эбониты.

Свойства резины

Резину можно рассматривать как сшитую коллоидную систему, в которой каучук составляет дисперсионную среду, а наполнители – дисперсную фазу. Важнейшее свойство резины – высокая эластичность, т.е. способность к большим обратимым деформациям в широком интервале температур (см. Высокоэластическое состояние).

Резина сочетает в себе свойства твердых тел (упругость, стабильность формы), жидкостей (аморфность, высокая деформируемость при малом объемном сжатии) и газов (повышение упругости вулканизационных сеток с ростом температуры, энтропийная природа упругости).

Резина – сравнительно мягкий, практически несжимаемый материал. Комплекс ее свойств определяется в первую очередь типом каучука (см. табл. 1); cвойства могут существенно изменяться при комбинировании каучуков различных типов или их модификации.

Модуль упругости резин различных типов при малых деформациях составляет 1-10 МПа, что на 4-5 порядков ниже, чем для стали; коэффициент Пауссона близок к 0,5. Упругие свойства резины нелинейны и носят резко выраженный релаксационный характер: зависят от режима нагружения, величины, времени, скорости (или частоты), повторности деформаций и температуры. Деформация обратимого растяжения резины может достигать 500-1000%.

Нижний предел температурного диапазона высокоэластичности резины обусловлен главным образом температурой стеклования каучуков, а для кристаллизующихся каучуков зависит также от температуры и скорости кристаллизации. Верхний температурный предел эксплуатации резины связан с термической стойкостью каучуков и поперечных химических связей, образующихся при вулканизации. Ненаполненные резины на основе некристаллизующихся каучуков имеют низкую прочность. Применение активных наполнителей (высокодисперсных саж, SiO 2 и др.) позволяет на порядок повысить прочностные характеристики резины и достичь уровня показателей резины из кристаллизующихся каучуков. Твердость резины определяется содержанием в ней наполнителей и пластификаторов, а также степенью вулканизации. Плотность резины рассчитывают как средневзвешенное по объему значение плотностей отдельных компонентов. Аналогичным образом могут быть приближенно вычислены (при объемном наполнении менее 30%) теплофизические характеристики резины: коэффициент термического расширения, удельная объемная теплоемкость, коэффициент теплопроводности. Циклическое деформирование резины сопровождается упругим гистерезисом, что обусловливает их хорошие амортизационные свойства. Резины характеризуются также высокими фрикционными свойствами, износостойкостью, сопротивлением раздиру и утомлению, тепло- и звукоизоляционными свойствами. Они диамагнетики и хорошие диэлектрики, хотя могут быть получены токопроводящие и магнитные резины.

Резины незначительно поглощают воду и ограниченно набухают в органических растворителях. Степень набухания определяется разницей параметров растворимости каучука и растворителя (тем меньше, чем выше эта разность) и степенью поперечного сшивания (величину равновесного набухания обычно используют для определения степени поперечного сшивания). Известны резины, характеризующиеся масло-, бензо-, водо-, паро- и термостойкостью, стойкостью к действию химически агрессивных сред, озона, света, ионизирующих излучений. При длительном хранении и эксплуатации резины подвергаются старению и утомлению, приводящим к ухудшению их механических свойств, снижению прочности и разрушению. Срок службы резины в зависимости от условий эксплуатации от нескольких дней до нескольких десятков лет.

Классификация резин

По назначению различают следующие основные группы резин: общего назначения, теплостойкие, морозостойкие, маслобензостойкие, стойкие к действию химически агрессивных сред, диэлектрические, электропроводящие, магнитные, огнестойкие, радиационностойкие, вакуумные, фрикционные, пищевого и медицинского назначения, для условий тропического климата и др. (табл. 2); получают также пористые, или губчатые (см. Пористая резина), цветные и прозрачные резины.

Применение резины

Резины широко используют в технике, сельском хозяйстве, быту, медицине, строительстве, спорте. Ассортимент резиновых изделий насчитывает более 60 тыс. наименований. Среди них: шины, транспортные ленты, приводные ремни, рукава, амортизаторы, уплотнители, сальники, манжеты, кольца и др., кабельные изделия, обувь, ковры, трубки, покрытия и облицовочные материалы, прорезиненные ткани, герметики и др. Более половины объема вырабатываемой резины используется в производстве шин.

Мировое производство резиновых изделий более 20 млн. т/год (1987).

Лит.: Справочник резинщика. Материалы резинового производства, М., 1971; Кузьминский А.С., Кавун С.М., Кирпичев В.П., Физико-химические основы получения, переработки и применения эластомеров, М., 1976; Энциклопедия полимеров, т. 3, М., 1977, с. 313-25; Кошелев Ф.Ф., Корнев А.Е., Буканов А.М., Общая технология резины, 4 изд., М., 1978; Догадкин Б.А., Донцов А.А., Шершнев В.А., Химия эластомеров, 2 изд., М., 1981; Федюкин Д.Л., Махлис Ф.А., Технические и технологические свойства резин, М., 1985; Применение резиновых технических изделий в народном хозяйстве. Справочное пособие, М., 1986; Зуев Ю.С., Дегтева Т.Г., Стойкость эластомеров в эксплуатационных условиях, М., 1986; Лепетов В.А., Юрцев Л.Н., Расчеты и конструирование резиновых изделий, 3 изд., Л., 1987.

Резина. Виды и свойства. Плюсы и минусы. Применение и особенности

Резина – эластичный материал, получаемый вследствие вулканизации каучука с добавлением активатора, обычно серы. В основном используется для изготовления автомобильных шин, камер, мячей, спортивных снарядов, лодок, шлангов.

История появления

Изначально резина изготавливалась исключительно из натурального каучука. Это сок гевеи, произрастающей в Южной Америки. С древних пор его использовали индейские племена для изготовления мячей, а также непромокаемых чулок. На территорию Европы каучук попал только в первой половине 18 века. Исследовав его качества, тогдашние промышленники придумали использовать получаемую из него массу только для изготовления ластиков для стирания карандаша.

Вся проблема в том, что эластичный каучук после обработки становился твердым. Лишь в 1823 году был найден способ и пропорции компонентов, при котором он сохранял эластичность. Тогда примитивную резину начали применять для пропитки тканей с целью обеспечения их водонепроницаемости.

Полноценную же резину впервые получили лишь 1839 году, когда была разработана технология вулканизации. Новый материал сразу получил признание и начал использоваться для изготовления уплотнителей и изоляции.

Состав резины

Для производства резины требуется провести полимеризацию каучука, но не просто нагревом, а с добавлением серы. Создаваемая ею среда позволяет сделать вулканизацию, благодаря чему масса становится не твердой, а эластичной.

Вещество, полученное этим способом, уже является резиной, но с совершенно не такой, какой ее знают сейчас. Она имеет мутный сложно определяемый цвет, сильно подвержена эффекту старения и обладает многими другими недостатками. Для ее улучшения первоначальный состав был усовершенствован.

Сейчас в него входит:

• Каучук.
• Регенерат.
• Вулканизирующие вещества.
• Ускорители вулканизации.
• Наполнители.
• Размягчители.
• Противостарители.
• Красители.

Регенерат – это вторсырье. В состав практически всей резины, кроме высококачественной медицинской и подобной ей, входят уже отработанные резиновые изделия. Их наличие снижает необходимую концентрацию каучука, который является самым дорогостоящим компонентом состава.

В качестве вулканизирующего вещества обычно применяется сера. Она включается в 1-35%. Причем от ее количества зависит уровень эластичности. У самой тягучей ее всего 1-4%. Процесс вулканизации достаточно продолжителен. Чтобы его ускорить, используются добавки, обычно каптакс или окись свинца. Их нужно совсем немного 0,5-2%. Причем они не только работают как ускорители, но и уменьшают температуру вулканизации.

Современная резина не является чистым вулканизированным каучуком. В ее состав входят различные наполнители, доля которых может доходить до 80%. От того какой из них применяется, зависят качества резины.

Всего используется 3 типа наполнителей:

• Активные.
• Неактивные.
• Специальные.

В качестве активного применяется сажа или свинцовые белила. Такие наполнители укрепляют резину, делают ее более прочной, но при этом в некоторой мере позволяют ей сохранить эластичность. С ними она становится более прочной на разрыв и истирание. Автомобильные покрышки являются ярким примером резины, которая изготовлена на основании сажи.

К неактивным наполнителям для резины можно отнести тальк и мел. С ними получается менее прочный и стойкий материал, но более дешевый. Талька и мела много, их несложно добыть, намного проще, чем производить сажу. Такой наполнитель просто увеличивает объем резины.

Специальные наполнители это каолин и асбест. С ними резина приобретает нехарактерные для себя свойства, такие как температурная или химическая стойкость. Применение в качестве наполнителя диатомита делает ее улучшенным электроизолятором.

Размягчители в составе резины как понятно из названия делают ее более мягкой. Это дает характерную упругость, гибкость. Противостарители же снижают склонность материала к эффекту старения. С ними растрескивание резины со временем проявляется в меньшей мере.

Где используется резина

Применение резины получило широкое распространение благодаря ее упругости, долговечности, устойчивости отдельных ее видов к воздействию масла, бензина. Даже в обычном легковом автомобиле используется 200 видов резиновых деталей. Это шланги, приводные ремни, манжеты, втулки и т.д.

Из резины производят десятки тысяч наименований продукции. Большая доля этого сырья идет на изготовление автомобильных шин. Из нее делают коврики, тротуарную плитку, жгуты, транспортировочные ленты и т.д.

Виды резины

Изменяя соотношение компонентов, а также видов каучука и наполнителя, можно получать совершенно разные по своим качествам типы резины. Одни ее образцы отличаются великолепной тягучестью и упругостью, другие жесткостью, температурной устойчивостью, стойкостью к истиранию.

Таким образом, различают много видов резины, которые можно разделить на несколько объединенных групп:

• Армированная.
• Пористая.
• Твердая.
• Мягкая.

Армированной называют резину, внутри которой имеются армирующие включения. Это может быть металлическая сетка, спираль, трос, нитка. Сталь обычно покрывается тонким слоем латуни, что обеспечивает ее устойчивость к коррозии. Армирующее включение размещается в массе, которая еще не является резиной, и поддается вулканизации. После срабатывания серы в условиях высокой температуры и происходит надежное закрепление сетки, проволоки и т.д. Обычно армированными делают резиновые изделия, такие как шины, ремни, ленты транспортеров, трубы высокого давления и т.п. Также армируют и рулонную резину, но обычно ниткой или проволокой, так как они позволяют сохранить хорошую гибкость.

Пористая резина имеет внутри небольшие поры. Это достигается за счет свойства каучука абсорбировать на себе пузырьки газа. Для изготовления данной резины через подготовленную массу пропускают газ, который задерживается в ее толще. Для этого необходимо включение большего количества каучука, размягчителей и меньшего наполнителей. Пористая резина бывает губчатая и однородная. У первой поры получаются крупными и открытыми. У однородной они представляют собой внутренние закрытые ячейки. Пористую резину используют при изготовлении амортизаторов, прокладок, в частности уплотнителей для окон. Она отличается высокой мягкостью, отлично заполняет неровности при сжатии. Кроме этого пористость снижает вес резины, уменьшает теплопроводность.

Для твердой резины характерно присутствие большого количества серы при вулканизации. За счет этого происходит ее отвердевание. Одним из ее видов выступает эбонит. Он отличается высокой прочностью и жесткостью, благодаря чему может применяться для изготовления корпусов электроприборов вместо пластика. Эбонит меньше подвержен растрескиванию при ударах или понижении температуры, при этом обладает лучшей электроизоляцией. Для твердой резины характерна большая масса. Так, эбонит имеет плотность в среднем 1300 кг/м³.

Мягкие резины занимают основной ассортимент всей продукции производимой из каучука. Они имеют различную степень эластичности и упругости. Из них делают прокладки, медицинские жгуты, мембраны, манжеты и т.д.

Свойства резины

Для резины характерны уникальные качества, которых лишены прочие материалы. В связи с этим она и получила столь высокое значение.

К ее главным свойствам относят:

• Эластичность.
• Непроницаемость.
• Выраженная химическая стойкость.
• Электроизоляция.
• Малая теплопроводност.

Самым выдающимся качеством резины выступает высокая эластичность. Она может подвергаться любым деформациям, в том числе и растяжению. При этом после механического воздействия практически полностью возвращает свою первоначальную форму, причем мгновенно. Она обладает высоким сопротивлением к разрыву. Выраженная упругость позволяет ее применять для изготовления, к примеру, оружия для подводной охоты, жгутов для остановки кровотечений на конечностях.

Резина является непроницаемым материалом для воды, газов. Не удивительно, что из нее делают водонепроницаемые сапоги, перчатки. Но нужно отметить, что большинство видов резины все же могут пропустить сквозь себя агрессивные жидкости если будут с ними долго контактировать. Те просто ее растворят. Так, зачастую она боится бензина, масла. Но в целом ее химическая стойкость более чем высокая.

Материал выступает отличным электроизолятором. Именно поэтому защитные перчатки для электриков делают из резины. Кроме этого самая лучшая изоляция для гибких проводов также изготавливается из нее. Резину используют для получения уплотнителей на окна, так как она обладает низкой теплопроводностью, особенно если имеет пористую структуру.

Важные недостатки резины:

• Низкая теплостойкость и морозостойкость.
• Эффект старения.

Под воздействием высоких температур резина начинает сильно размягчаться, приобретает текучесть. В холод она наоборот затвердевает, от чего ее упругость снижается. В таких условиях ее действительно можно разорвать, приложив усилие, которое она с легкостью переносит при нормальной температуре.

Для резины характерным является эффект старения. Она теряет свои качества под воздействием света, воздуха, тепла, особенно бензина и масла. Это проявляется растрескиванием, появлением белесого цвета, потерей упругости. Для решения этой проблемы в ее состав добавляют различные добавки. Чем их больше и они лучше, тем меньше проявляется эффект старения. Большинство видов резиновых изделий без проблем служат десятки лет, так что эта проблема почти решена.

Из чего и как делают резину для автомобилей шин

Чтобы разобраться из чего сделана резина, надо понять, какой основной ингредиент используется для производства колёс. В древности, когда транспортные средства только начинали зарождаться, компоненты для изготовления резины в основном брались из натуральных, природных ингредиентов.

Иногда для производства используется большое количество компонентов, которые может достигать до 20 разновидностей. Многие производители держат в секрете технологию производства своих колёс, а также состав и количество ингредиентов. Но основные компоненты, всё же, известны. Рассмотрим самые важные из них.

1. Натуральные и синтетические компоненты
2. Что представляет собой каучук
3. История каучука
4. Состав современные шин
5. Процесс изготовления резины
6. Технология производства покрышек
7. Заключение

Натуральные и синтетические компоненты

Основной компонент для производства покрышек – это каучук. Он может добываться как природным путём, так и производиться искусственно в лаборатории. Органический, издавна извлекают с каучуковых деревьев. Для этого в коре дерева прорезают продольные полосы и собирают «его слёзы», то есть сок дерева, так как «каучук» переводится как «древо, которое плачет». Именно этот древесный сок и является основным сырьём для производства резины.

Однако себестоимость такого дорогостоящего метода добывания натурального каучука значительно выше, чем химическое производство его аналога в искусственных условиях. Вторым, не менее важным компонентом, является технический углерод, для производства покрышек его доля составляет не менее 30%. Молекулярная степень свойств углерода позволяет определить его роль среди всех остальных компонентов в качестве хорошего скрепляющего вещества. Углерод (или сажа) благоприятно воздействует на такие способности резины:

• повышает износостойкость;
• увеличивает в разы долговечность;
• усиливает прочность продукта.

Существует более дешёвый аналог сажи. Некоторые производители для снижения себестоимости покрышки при производстве заменяют технический углерод на кремниевую кислоту. Такая замена не всегда себя оправдывает, так как снижается уровень износостойкости колёс. Но из положительных моментов такой замены можно указать, что при этом увеличивается сцепка резины с влажной устилкой дороги.

Масла и смолянистые вещества, дополнительно входящие в структуру резины, снижают жёсткость зимних колёс. Каждый изготовитель делает акцент на том или ином веществе, чтобы вывести на передний план определённые характеристики продукта:

• сцепку с дорогой,
• износостойкость или параметры,
• обеспечивающие хорошее развитие скорости.

Что представляет собой каучук

Материал каучук добывают с каучуконосных деревьев с древних времён. Самый известное название такого дерева – бразильская Гевея. Из этой древесной породы также изготавливают мебельные изделия высокой прочности. Так как этот материал не впитывает в себя влагу, надёжно выдерживает натиски вредителей, не подвергается гниению.

Плантации деревьев в основном располагаются в Малайзии, а также имеют азиатское происхождение. Природный каучук может находиться и в соке таких каучуковых деревьев, как Кастилья.

Кастилья имеет природный размер более 50 метров, и сок в таком дереве может находиться в коре, листьях и цветках дерева. Обычно сок вытекает в месте отрыва ветки или коры, в случае искусственного добывания этого вещества кора дерева принудительно обрезается. Бразильская Гевея также имеет внушительные габариты до 50 метров в длину, и у выросшего десятилетнего дерева делаются диагональные надрезы, которые и дают возможность собрать сок в ёмкость.

С попаданием в воздух каучуковый сок становится более плотным и тягучим. В основном сборы каучуковой жидкости происходят с этих двух видов каучуконосных деревьев: Гевеи и Кастильи. Во многих странах Азии, Америки, Перу, Малайзии расположены целые насаждения этих деревьев, которые выращиваются только для добывания ценного каучука. Поэтому многие местные жители активно принимают участие в прибыльном каучуковом бизнесе, многие из них занимаются этим всю жизнь.

История каучука

Первым в Европу привёз каучук из своих путешествий Колумб в виде эластичного мячика. Индейцы уже пробовали делать из каучукового сока обувь, ткань, ёмкости для воды и даже игрушки для детей. Затем все забыли о каучуке до начала 18 века, когда экспедиция из Франции вновь нашла дерево, выделяющее тянущийся материал. Шотландец Ч. Макинтош предложил идею прокладывания резинового материала между двумя слоями ткани.

Появились плащи, которые не промокали под дождём, галоши и шляпы. Резиновый материал укладывали даже на крыши домов. Но зимой такие изделия затвердевали и трескались, а летом становились мягкими, с неприятным запахом. Однако, американец Ч. Гудьир в начале 19 века нашёл способ улучшения прочности и эластичности материала – он добавил в состав серу и подверг смесь нагреванию. Так появилась прочная и довольно качественная резина.

Состав современные шин

Автомобили сегодняшнего дня имеют резиновые покрышки, которые могут иметь в основе натуральный каучук или синтетический каучук, произведённый в лаборатории искусственно. Каучук (того или иного вида) стандартно занимает львиную часть во всей резиновой смеси, его доля приблизительно составляет 40-50% от общего объёма резины.

Затем в резину домешивают технический углерод (сажу). Его часть в общем объёме равняется 25-30%. Автопокрышка становится крепкой именно благодаря техническому углероду, он является скрепляющим звеном в молекулах каучука. Материал получает возможность хорошо переносить воздействие высоких температур. Колёса с высокими примесями сажи хорошо справляются с резкими торможениями. Их эксплуатационный срок вырастает в целых 10-15 раз.

Ещё один компонент – кремниевая кислота. Её себестоимость значительно дешевле технического углерода, а свойства, придающие колесу прочность благодаря хорошей сцепке молекул каучука, практически идентичные. Поэтому некоторые изготовители покрышек заменяют сажу именно кремниевой кислотой. Однако, есть производители, которые не используют этот компонент, считая его недостаточно износостойким.

Если проанализировать рынок покрышек известных производителей и состав их шин, можно прийти к выводу, что сажа довольно часто присутствует в составе покрышек. Ведущие компании автомобильных аксессуаров делают акцент, что именно этот компонент повышает способность хорошего реагирования машины на мокрой трассе. В среднем её доля в общей массе покрышки занимает около 10%.

Компонентом с незначительной долей в общем объёме являются масла или смолы. Их количество аналогично примеси сажи составляет 10%. Более значительное количество смол присутствует в зимнем варианте резины, они смягчают весь состав, чтобы покрышки не «дубели» при низких температурах, что отрицательно сказывается на качестве езды. В летнем варианте покрышек доля смол слегка снижена.

И конечный ингредиент всей смеси – это секретные компоненты, которые производители не разглашают, но они порой оказывают сильное влияние на заключительный результат и качество готовой покрышки. Из изучения всей смеси для производства резины можно сделать вывод, что синтетический каучук ещё не готов полностью заменить натуральный по своим качествам, поэтому они часто комбинируются совместно.

Процесс изготовления резины

Летний и зимний вариант автопокрышек различается объёмом каучука, входящего в состав смеси. Летние шины для авто изготовляются из синтетического каучука, который создаёт отвердения покрытия для хорошего сцепления с дорогой. Резину для зимних месяцев, наоборот, стараются производить из натуральных компонентов, чтобы такие колёса сохраняли пластичность и не задубевали при отрицательных температурах.

После сбора жидкого каучука в виде сока, его наливают в огромные ёмкости с кислотой на период от 10 часов и более. После этого жидкость отвердевает в ходе химической реакции, и образуется латекс. Его отжимают от излишков жидкости, затем он проходит сквозь специальные ролики для трансформации в просторные полосы. Эти полосы режутся на мелкие частицы, затем множество лёгких частиц трансформируются в более крупные упаковки путём обжигания под высокой температурой.

Далее полученные упаковки кладутся в ёмкость для нагрева совместно с иными составляющими, которые подбирает производитель для придания резине набора определённых качеств. Все эти компоненты нагреваются и переходят в состояние резины. Полученный состав катают на ленты нужного размера, после чего оставляют для остывания.

Технология производства покрышек

Так как автопокрышки производятся не только из резиновой основы, стоит обратить внимание и на другие составляющие. Основа колеса производится из специальных нитяных кордов. Они подразделяются на:

• стальные;
• текстильные;
• полимерные.

Режим изготовления нитей имеет сходство с работой ткацкого оборудования. Произведённая нить заходит в машину, где обволакивается резиновым покрытием. Затем материал разделяется на ленты различной ширины для разнокалиберных автопокрышек. Для формирования защитного покрытия прорезиненные нити подаются на соответствующее оборудование, где путём продавливания через формирующие отверстия они переходят в состояние протектора.

Защитные края резины при формировании проходят такие стадии:

1. Стальная проволока обволакивается в резиновое покрытие.
2. С учётом параметров автопокрышек материал делится на нужный размер (круги).
3. Специальное оборудование автоматически осуществляет сборку бортов.

Данное оборудование работает в полуавтоматическом режиме. Мастер загружает на него круги и бобины для покрышек. Оборудование компонует все части в единую покрышку и заполняет протектор воздушной массой. Заключительной стадией процесса является вулканизирование и термообработка покрышки паром под высоким давлением. На горячей резине станок продавливает необходимые характеристики с отметкой предприятия, после чего остаётся только стадия тестирования готовой продукции.

Заключение

Основным ингредиентом для изготовления резины является каучук, в который добавляется кислота кремния, смолистые вещества, сажа и компоненты, не указываемые производителем. В зависимости от желаемых качеств и технических характеристик автомобильных покрышек на выходе в смесь для производства могут добавляться глицерин, ланолин, мел и прочие ингредиенты.

От количества подаваемых составляющих будет зависеть жёсткость, стойкость, жизненный цикл колеса, а также его стоимость. При выборе покрышек для автомобилей не стоит руководствоваться только высокой ценой или наличием множества химических компонентов в составе. Для того, чтобы совершить правильную покупку, нужно удостовериться в соответствии указанных характеристик колёс.

Оценить продукцию можно, основываясь на опыт экспертов, которые на практике проверили качество товара производителя. Покупка автопокрышек – важное мероприятие, ведь от этого будет зависеть качество вашей езды.

Резины. Состав, свойства, применение резины

Резина – пластмассы с редкосетчатой структурой, в которых связующим выступает полимер, находящейся в высокопластическом состоянии.

В резине связующим являются натуральные (НК) или синтетические (СК) каучуки.

На рис. 1 и 2 показаны область применения каучуков и получаемые изделия.

Рис. 1 Применение каучуков

Рис. 2 Изделия, где используются каучуки

Каучуку присуща высокая пластичность, обусловленная особенностью строения их молекул. Линейные и слаборазветвлённые молекулы каучуков имеют зигзагообразную или спиралевидную конфигурацию и отличаются большой гибкостью (рис. 3, верхний). Чистый каучук ползёт при комнатной температуре и особенно при повышенной, хорошо растворяется в органических растворителях. Такой каучук не может использоваться в готовых изделиях. Для повышения упругих и других физико-механических свойств в каучуке формируют редкосетчатую молекулярную структуру. Это осуществляют вулканизацией – путём введения в каучук химических веществ – вулканизаторов, образующих поперечные химические связи между звеньями макромолекул каучука (рис. 3, нижний). В зависимости от числа возникших при вулканизации поперечных связей получают резины различной твёрдости – мягкие, средней твёрдости, твёрдые.

Рис. 3 Структуры каучука и резины

Механические свойства резины определяют по результатам испытаний на растяжение и на твёрдость. При вдавливании тупой иглы или стального шарика диаметром 5 мм по значению измеренной деформации оценивают твёрдость (рис. 4).

Рис. 4 Определение твёрдости резины протектора

При испытании на растяжение определяют прочность Ϭ_z (МПа), относительное удлинение в момент разрыва ε_z (%) и остаточное относительное удлинение Ѳ_z (%) (рис. 5).

Рис. 5 Лабораторная установка для проведения механических испытаний резины

В процессе эксплуатации под воздействием внешних факторов (свет, температура, кислород, радиация и др.) резины изменяют свои свойства – стареют. Старение резины оценивают коэффициентом старения К_стар, который определяют, выдерживая стандартизованные образцы в термостате при температуре -70 о С в течение 144 час, что соответствует естественному старению резины в течение 3 лет. Морозостойкие резины определяется температурой хрупкости Т_хр, при которой резина теряет эластичность и при ударной нагрузке хрупко разрушается.

Для оценки морозостойкости резин используют коэффициент К_м, равный отношению удлинения δ_м образца при температуре замораживания к удлинению δ_о при комнатной температуре.

Состав резины

Резины являются сложной смесью различных ингредиентов, каждый из которых выполняет определённую роль в формировании её свойств (рис. 6). Основу резины составляет каучук. Основным вулканизирующим веществом является сера.

Рис. 6 Компоненты, которые входят в состав резины

Вулканизирующие вещества (сера, оксиды цинка или магния) непосредственно участвуют в образовании поперечных связей между макромолекулами. Их содержание в резине может быть от 7 до 30 %.

Наполнители по воздействию на каучуки подразделяют на активные, которые повышают твёрдость и прочность резины и тем самым увеличивают её сопротивление к изнашиванию и инертные, которые вводят в состав резин в целях их удешевления.

Пластификаторы присутствия в составе резин (8 – 30%), облегчают их переработку, увеличивают эластичность и морозостойкость.

Противостарители замедляют процесс старения резин, препятствуют присоединению кислорода. Кислород способствует разрыву макромолекул каучука, что приводит к потере эластичности, хрупкости и появлению сетки трещин на поверхности.

Красители выполняют не только декоративные функции, но и задерживают световое старение, поглощая коротковолновую часть света. Наибольшее распространение получили сорта натурального каучука янтарного цвета и светлого тона.

Обычно приняты классификация и наименование каучуков синтетических по мономерам, использованным для их получения (изопреновые, бутадиеновые, бутадиен-стирольные и т.п.), или по характерной группировке (атомам) в основной цепи или боковых группах (напр., полисульфидные, уретановые, кремнийорг), фторкаучуки.

Каучуки синтетические подразделяют также по другим признакам, например, по содержанию наполнителей – на ненаполненные и наполненные каучуки, по молекулярной массе (консистенции) и выпускной форме – на твердые, жидкие и порошкообразные.

Получение и применение каучуков

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. (рис. 7).

Рис. 7 Схема получения синтетических каучуков

СКБ – бутадиеновый каучук, чаще идёт на изготовление специальных резин (рис. 8).

Рис. 8 Уплотнители — упругие прокладки трубчатого или иного сечения

СКС – бутадиенстирольный каучук. Каучук СКС – 30, наиболее универсальный и распространённый, идёт на изготовление автомобильных шин, резиновых рукавов и других резиновых изделий (рис. 9). Каучуки СКС отличаются повышенной морозостойкостью (до -77 о С).

Рис. 9 Изделия из каучука СКС

СКИ – изопреновый каучук. Промышленностью выпускается каучуки СКИ-3 – для изготовления шин, амортизаторов; СУИ-3Д – для производства электроизоляционных резин; СКИ-3В – для вакуумной техники (рис. 10).

Рис. 10 Вакуумный выключатель-прерыватель (а), электрозащитные перчатки (б)

СКН – бутадиеннитрильный каучук. В зависимости от содержания нитрила акриловой кислоты бутадиеннитрильные каучуки разделяют на марки СКН-18, СКН-26, СКН-40. Они стойки в бензине и нефтяных маслах. На основе СКН производят резины для топленных и масляных шлангов, прокладок и уплотнителей мягких топливных баков (рис. 11).

СКТ – синтетический каучук теплостойкий имеет рабочую температуру от -60 до +250 о С, эластичный. На основе этих каучуков производят резины, предназначенные для изоляции электрических кабелей и для герметизирующих и уплотняющих прокладок (рис. 12).

Рис. 11 Масляные шланги и уплотнители топливных баков

Рис. 12 Уплотняющая прокладка и изоляция электрических кабелей

Технология формообразования деталей из резины

Из сырой резины методами прессования и литья под давлением изготавливают детали требуемой формы и размеров. Каждый метод имеет только ему присущие технологические возможности и применяется для изготовления определённого вида деталей.

Прессование. Детали из сырой резины формуют в специальных прессформах на гидравлических прессах под давлением 5 – 10 МПа (рис. 13).

Рис. 13 Гидравлический пресс и готовые изделия

В том случае, если прессование проходило в холодном состоянии, отформованное изделие затем подвергают вулканизации. При горячем прессовании одновременно с формовкой протекает вулканизация. Методом прессования изготавливают уплотнительные кольца, муфты, клиновые ремни.

Литьё под давлением. При этом более прогрессивном методе форму заполняют предварительно разогретой пластичной сырой резиновой смесью под давлением 30 – 150 МПа. Резиновая смесь приобретает форму, соответствующую рабочей полости пресс-формы. Прочность резиновых изделий увеличивается при армировании их стенок проволокой, сеткой, капроновой или стеклянной нитью (рис. 14).

Рис. 14 Резиновые изделия с увеличенной прочностью

Сложные изделия – автопокрышки, гибкие бронированные шланги и рукава – получают последовательно. Сначала наматывают на полый металлический стержень слои резины, затем изолирующие и армирующие материалы (рис. 15).

Рис. 15 Бронированные шланги и устройство автопокрышки

Сборку этих изделий выполняют на специальных дорновых станках (рис. 16).

Рис. 16 Один из разновидностей дорновых станков литья под давлением резины

Вулканизация. В результате вулканизации – завершающей операции технологического процесса – формируются физико-механические свойства резины. Горячую вулканизацию проводят в котлах, вулканизационных прессах, пресс-автоматах (рис. 17), машинах и вулканизационных аппаратах непрерывного действия под давлением при строгом температурном режиме в пределах 130 – 150 о С. Вулканизационной средой могут быть горячий воздух, водяной пар, горячая вода, расплав соли. Основной параметр вулканизации – время – определяется составом сырой резины, температурой вулканизации, формой изделий, природой вулканизационной среды и способом нагрева.

Вулканизацию можно проводить и при комнатной температуре (рис. 18). в этом случае сера отсутствует в составе сырой резины, а изделие обрабатывают в растворе или парах дихлорида серы или в атмосфере сернистого газа.

Рис. 17 Пресс-автомат и котёл для вулканизации резины

Рис. 18 Вулканизация (ремонт) шин при комнатной температуре

В результате вулканизации увеличиваются прочность и упругость резины, сопротвление старению, действию различных органических растворителей, изменяются электроизоляционные свойства.

На фото 1 и 2 показано сборочное оборудование Нижнекамского завода и цех вулканизации шин ЦМК (цельнометаллокордных покрышек).

Главное преимущество цельнометаллокордных покрышек — возможность их двукратного восстановления путем наварки протектора. Это позволяет в конечном итоге удвоить срок их службы и довести до 500 тыс. км пробега. Помимо ресурсосбережения достигается значительный экологический эффект — вдобавок к уменьшению выхлопных газов сокращаются и отходы в виде изношенных покрышек.