Эластомеры (каучуки), резины

Эластомеры. Основные особенности этого класса полимеров -очень высокая упругая деформация и малый модуль упругости. Если для металлических материалов упругая деформация составляет около 0,1%, для большинства полимеров ее значения при нормальных температурах не превышают 2—5%, то эластомеры могут растяги­ваться на 1000%. Это означает, что при нормальных температурах эластомеры (каучуки) находятся в высокоэластичном состоянии. Первоначально удлинение происходит за счет распрямления макромолекулы, а не за счет растягивания связей между ее звенья­ми. Поэтому уже при небольших усилиях достигается значительная деформация, т. е. значения модуля упругости малы.

При нагружении, по мере того как молекулы вытягиваются, их деформация требует больших усилий. После окончательного распрямления макромолекул деформация реализуется только путем растя­гивания связей между их звеньями, т.е. определяется силой этих свя­зей, что требует больших усилий. Это означает, что по мере удлине­ния изменяется значение модуля упругости эластомера, он возрастает очень сильно — в 1000 раз, примерно от 10 до 10 000 МПа, т. е. материал не подчиняется закону Гука — зависимость между дефор­мацией и напряжением не прямолинейна.

При снятии нагрузки начинается процесс свертывания моле­кул, при этом эластомер приобретает первоначальную форму.

Естественными эластомерами являются натуральные каучуки (НК), их получают из сока растений: гевеи бразильской, кок-сагы­за, тау-сагыза. Каучуки могут быть также синтезированы. Из синте­тических (СК) наиболее распространены натрийбутадиеновый (СКВ), бутадиенстирольный (СКС) и др. По своей структуре кау­чуки являются линейными полимерами. Они отличаются очень высокой эластичностью, однако из-за отсутствия поперечных свя­зей подвержены ползучести, после растяжения сохраняется замет­ная остаточная деформация. Каучуки являются исходным сырьем для получения резины.

Резина — это продукт химической переработки каучуков, полу­чаемый в результате вулканизации. Наиболее распространенным вул­канизатором является сера, В процессе вулканизации (нагрев в парах серы) линейная структура каучука превращается в пространствен­ную за счет того, что сера, вступая в реакцию с омами углерода, имеющими до вулканизации двойные связи, соединяет макромоле­кулы. При этом появляются точки скрепления, что препятствует относитель­ному перемещению макро­молекул и таким образом ус­траняет остаточную деформа­цию. Таким образом, при вулканизации термопластич­ный пластик превращается в реактопласт с пространствен­ной структурой. 

В зависимости от количества вводимой серы получается различ­ная частота сетки полимера. При содержании серы до 5% образует­ся редкая сетка и резина получается мягкой, эластичной. При уве­личении ее количества твердость резины растет, при 30% серы насы­щаются все двойные связи и образуется твердый материал — эбонит.

Помимо каучука (НК или СК) и вулканизатора в состав резины входят:

противостарители (антиоксиданты) — эти вещества препятству­ют окислению резины, они связывают кислород, продиффундировавший в резину (химические), или образуют защитные пленки, предохраняющие от окисления (физические), — парафин, воск;

пластификаторы, облегчающие переработку резиновой смеси, - парафин, вазелин и др.;

наполнители — активные (сажа, оксиды кремния и цинка), уча­ствуют в образовании трехмерной структуры и поэтому повышают свойства; инертные (мел, тальк), вводимые для удешевления;

красители минеральные или органические выполняют декора­тивную роль, кроме того, поглощая коротковолновую часть сол­нечного спектра, задерживают световое старение резины.

В процессе эксплуатации резиновые изделия подвержены различ­ным видам старения (световое, озонное, тепловое и др.). В результа­те старения происходят необратимые изменения свойств. Скорость старения в напряженном состоянии выше, чем в свободном.

Повышение температуры снижает прочность резин, рабочая тем­пература нетеплостойких резин не превышает 150 °С, специальных теплостойких — 320 °С.

При низких температурах (ниже температуры Т_с) происходят переход в стеклообразное состояние и потеря эластичных свойств. Резины можно эксплуатировать при температуре от —30 до 80 ^оС.

По назначению резины подразделяются на резины общего на­значения и специальные.

К резинам общего назначения относятся НК, СКВ, СКС, СКИ: НК — на основе натурального каучука, СК — синтетические (пос­ледняя буква марки характеризует полимер - основу каучука, СКВ — бутадиеновый, СКС — бутадиенстирольный и т. д.).

К специальным резинам относятся маслобензостойкие, тепло­стойкие, морозостойкие, светоозоностойкие, износостойкие и элек­тротехнические.

Электротехнические резины подразделяют на электроизоляци­онные и электропроводящие; электропроводность достигается вве­дением в резину угольной сажи и графита.

Из резин общего назначения изготавливают ремни, рукава, транспортные ленты, прокладки (низкий модуль упругости опре­деляет высокие виброгасящие свойства) и др.

Технология изготовления резинотехнических изделий (РТИ) состоит из приготовления сырой резиновой смеси (сырая резина), прессования для получения необходимой формы и вулканизации, являющейся завершающей операцией.

 

 

⇐ Предыдущая17181920212223242526Следующая ⇒

Поделиться: