РЕЗИНОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Резинами называются эластичные многокомпонентные материалы на основе каучука. Эластичность резин, т.е. способность к большим (500—800%) обратимым деформациям, является наиболее ценным их свойством. Резины имеют очень низкий модуль упругости = 1—10 МПа) и легко деформируются под действием относительно небольших напряжений; их коэффициент Пуассона близок к 0,5.

Механические свойства резин определяют при испытаниях на растяжение. Для резин характерны ав = 10—60 МПа и значительное относительное удлинение в момент разрыва образцов — до 900—1000% (табл. 8.1). Трещины в резинах распространяются медленно; сопротивление раздиру (ГОСТ 262-93) изменяется от 20 до 150 кН/м.

Таблица 8.1

Механические свойства резин

Название резины

ов, МПа

6, %

Сопротивление раздиру, кН/м

Натуральная

20-30

15-35

300-1000

Изопреновая

20-30

15-35

300-800

20-150

Бутадиеновая

2-8

10-25

300-800

20-70

Бутадиен-стирольная

2-6

10-30

250-800

15-70

Бутиловая

3-20

8-23

200-800

20-80

Хпоропреновая

10-30

10-30

100-80

20-80

Этиленпропиленовая

2-7

10-25

100-800

20-60

Полиуретановая

20-50

20-60

200-800

30-130

Полисульфидная

5-9

300—450

Фторокаучуковая

3-7

10-25

100-450

15-60

Кремнийорганическая

1

4-12

100-800

10-45

Упрочнение резин при растяжении обусловлено выпрямлением молекул каучука, ограничением возможности дальнейшей высоко- эластичной деформации, а также их кристаллизацией. Кристаллизация в резинах нежелательна, так как из-за нее снижается эластичность. Наиболее склонны к кристаллизации резины на основе натурального каучука, близкого к нему изопренового, а также хлоропренового каучуков. После разрыва образцы имели остаточное относительное удлинение 20—30%, т.е. менее 5% максимального удлинения перед разрывом. Это остаточное удлинение в основном является необратимой деформацией из-за разрывов поперечных связей и проскальзывания макромолекул; чем меньше остаточное удлинение, тем выше качество резины.

Резины изготовляют на основе натуральных и синтетических каучуков с температурами стеклования ниже 0 °С. Основной операцией превращения каучука в резину является вулканизация, когда линейные молекулы термопластичного каучука соединяются поперечными химическими связями. Молекулярная структура резины представляет собой объемную сетку, способную к высокоэластичным деформациям благодаря невысокой плотности поперечных связей. По сравнению с каучуком резина прочнее, не склонна к необратимым деформациям под нагрузкой и не растворяется, а лишь набухает в тех растворителях, в которых растворим каучук.

У резин общего назначения интервал рабочих температур составляет от —50 до +150 °С. При нагреве выше 150 °С резина быстро разрушается, а при охлаждении ниже —50 °С теряет эластичность. Для более низких и более высоких температур разработаны специальные резины — морозостойкие и теплостойкие соответственно.

В зависимости от сопротивления старению резины подразделяются на три группы: стойкие (не содержащие двойных связей); умеренно-стойкие и нестойкие.

Стойкими являются резины на основе этиленпропиленовых, кремнийорганических и фторкаучуковых, а также хорсульфирован- ного полиэтилена. Они нечувствительны к озону ни при его равновесной концентрации в воздухе, равной (2-4)-10~6%, ни при увеличении этой концентрации до 0,1—1,0%. Эффект старения становится заметным у них лишь через годы.

К умеренно-стойким относятся резины на основе хлоропренового и бутилового каучуков и тиоколов. В этих материалах трещины начинают развиваться после нескольких месяцев выдержки.

Нестойкими являются резины общего назначения, которые производят в массовом количестве. Это натуральная резина и резины на основе изопреновых, бутадиен-стирольных, бутадиен-нитриль- ных и ряда других каучуков. Трещины возникают у них после непродолжительного растяжения, изгиба или кручения. Повышение концентрации озона в воздухе до 10'2—10'4% влечет растрескивание поверхности этих материалов при 20—25 °С уже через 1 ч выдержки. Поверхностные трещины приводят в дальнейшем к разрушению и понижают износостойкость резин.

Как полимерный материал резина характеризуется газо- и водонепроницаемостью, химической стойкостью (за исключением сильных окислителей). Резины незначительно поглощают воду (натуральная резина — до 2% Н20). Исключительно важное значение имеет стойкость резин к маслу и моторному топливу. Резины общего назначения, включая натуральную резину, нестойки к этим веществам, набухают в них и быстро теряют прочность. Специальные резины — бутадиен-нитрильные, полиуретановые, полисуль- фидные, хлоропреновые, а также резины на основе фторкаучуков являются маслостойкими. Резина на основе бутилового каучука превосходит прочие по газонепроницаемости, ее основное применение — камеры автомобильных шин.

В рабочем интервале температур механические свойства резин изменяются: эластичность уменьшается при приближении к t и при температурах выше 100 °С из-за термического разрушения и старения. При кратковременном нагреве до 120 °С (чтобы исключить старение) прочность всех без исключения резин уменьшается вдвое. Теплостойкими являются резины на основе этиленпропиленовых,



кремнийорганических и фторкаучуковых (до 300—400 °С вместо 150 °С для обычных резин). Резина является диэлектриком.

Свойства резины изменяются в зависимости от выбора компонентов, соотношения между ними и условий вулканизации. В состав резины входят: каучук, 8—30% пластификатора для подготовки сырой резины к формованию, наполнитель в виде тонкодисперсного порошка, вулканизатор для соединения молекул каучука поперечными силами, антиоксидант для замедления старения, ускоритель вулканизации, краситель и другие составляющие.

Наполнители подразделяют на активные (сажа, оксид кремния) и инертные (мел, тальк и др.). Активные наполнители в виде специально подготовленного высокодисперсного порошка взаимодействуют с молекулами каучука и повышают прочность резины. Инертные наполнители удешевляют резину, не повышая ее прочности. В сырую резину вводят регенерат (8—30%) — мелкоизмельченные отходы и старые резиновые изделия, что также ее удешевляет. Чем больше содержание активного наполнителя и вулканизатора, тем выше прочность, модуль упругости.

Номенклатура резиновых изделий исключительно широка. Для машиностроения главное значение имеют шины для средств транспорта, амортизаторы, приводные ремни, рукава, различные прокладки и манжеты, подшипники скольжения. Резину используют как материал штампов для листовой штамповки. Для производства резиновых изделий применяют резины общего назначения и специальные. К первым относят натуральную резину и практически одинаковую с ней по свойствам изопреновую резину, бутадиен-сти- рольные резины, превосходящие по сопротивлению изнашиванию натуральную резину.

К специальным резинам относятся:

  • • морозостойкие резины, сохраняющие эластичность до минус 70—100 °С; это кремнийорганические резины и резины со специальными пластификаторами, например бутадиен-нитриль- ные, пластифицированные себацинатами;
  • • теплостойкие резины — этиленпропиленовые (до 200—300 °С), фторкаучуковые (до 300 °С), кремнийорганические (до 250 °С);
  • • маслостойкие резины на основе хлоропреновых, бутадиен-нит- рильных, фторкаучуковых, а также полисульфидных (тиоколов) и полиуретановых каучуков;
  • • радиационно стойкие резины, наполненные соединениями свинца или бария для поглощения у-излучения.


 
Посмотреть оригинал