Резина (продукт вулканизации каучука)
Резина (продукт вулканизации каучука)
Резина (от лат. resina - смола), вулканизат, продукт вулканизации каучука (см. Каучук натуральный, Каучуки синтетические). Техническая Р. - композиционный материал, который может содержать до 15-20 ингредиентов, выполняющих в Р. разнообразные функции (см. Резиновая смесь). Основное отличие Р. от др. полимерных материалов (см. Пластические массы, Полимеры) - способность к большим обратимым, так называемым высокоэластическим, деформациям в широком интервале температур, включающем комнатную и более низкие температуры (см. Высокоэластическое состояние). Необратимая, или пластическая, составляющая деформации Р. намного меньше, чем у каучука, поскольку макромолекулы последнего соединены в Р. поперечными химическими связями (так называемая вулканизационная сетка). Р. превосходит каучук по прочностным свойствам, тепло- и морозостойкости, устойчивости к действию агрессивных сред и др.
Классификация. В зависимости от температурных и др. условий эксплуатации, в которых Р. сохраняет высокоэластические свойства, различают следующие основные группы Р.
Р. общего назначения, эксплуатируемые при температурах от -50 до 150 ?С. Изготовляются на основе натурального, синтетических изопреновых, стереорегулярных бутадиеновых, бутадиен-стирольных, хлоропреновых каучуков и их разнообразных комбинаций. Теплостойкие Р., предназначенные для длительной эксплуатации при 150-200 ?С. Основой таких Р. служат этилен-пропиленовые и кремнийорганические каучуки, бутилкаучук. Для Р., эксплуатируемых при более высоких температурах (до 300 ?С и выше), используют некоторые фторсодержащие каучуки, а также каучукоподобные полимеры типа полифосфонитрилхлорида. Морозостойкие Р., пригодные для длительной эксплуатации при температурах ниже -50 ?С (иногда до -150 ?С). Для их получения применяют каучуки с низкой температурой стеклования (см. Стеклование полимеров), например стереорегулярные бутадиеновые, кремнийорганические, некоторые фторсодержащие. Такие Р. могут быть получены и из неморозостойких каучуков, например бутадиен-нитрильных, при введении в состав резиновой смеси некоторых пластификаторов (эфиров себациной кислоты и др.). Масло- и бензостойкие Р., длительно эксплуатируемые в контакте с нефтепродуктами, маслами и др. Их получают из бутадиен-нитрильных, полисульфидных, уретановых, хлоропреновых, винилпиридиновых, фторсодержащих, некоторых кремнийорганических каучуков. Р., стойкие к действию различных агрессивных сред (кислото- и щёлочестойкие, озоностойкие, паростойкие и др.). Изготовляются на основе бутилкаучука, кремнийорганических, фторсодержащих, хлоропреновых, акрилатных каучуков, хлорсульфированного полиэтилена. Электропроводящие Р. Для их получения используют различные каучуки, наполненные большими количествами электропроводящей (ацетиленовой) сажи. Диэлектрические (кабельные) Р., характеризующиеся малыми диэлектрическими потерями и высокой электрической прочностью. Получают их из кремнийорганических, этилен-пропиленовых, изопреновых каучуков, наполненных светлыми минеральными наполнителями. Радиационностойкие Р. (рентгенозащитные и др.). Основой их служат фторсодержащие, бутадиен-нитрильные, бутадиен-стирольные каучуки, наполненные окислами свинца или бария.
Помимо перечисленных Р., различают также вакуумные, вибро-, свето-, огне-, водостойкие, фрикционные Р., а также медицинские, пищевые и др. Механические свойства резин на основе различных качуков1 Показатели Натуральный Синтетический изопреновый Стереорегуляр-
ный бутадиеновый Бутадиедн-a-метилстироль-
ный маслонаполнен-
ный Бутилкаучук Этиленпропи-
леновый бутадиен-нитрильный Хлоропрено-
вый I II I II I II I II I II I II I II I II
Напряжение при 300% удлинения2, Мн/м2 2-3 12-14 1,5-3 8-13 1-1,3 7-11 0,8-1,3 10-11 0,6-1,5 4-7 9-15 11-19 1,5-2,5 11-12 1-1,5 6,5-10,5
Прочность при растяжении2, Мн/м2 25-33 25-35 23-35 23-35 2-5 16-19 2-3 19-25 15-20 15-23 17,5-28 20-26 3-4 28-31 21-28 19,5-21
Относительное удлинение, % 800-850 600-850 700-1000 600-800 250-750 400-600 700-800 550-650 800-950 400-850 400-600 370-500 500-700 550-700 750-1100 450-700
Сопротивление раздиру, кн/м, или кгс/см 50-100 130-150 30-90 110-160 5-7 35-45 7-10 70-90 8-20 50-85 40-55 40-50 - 65-80 25-45 55-70
Твёрдость по ТМ-2 35-40 60-75 30-40 60-70 40-52 57-68 32-43 50-60 27-32 60-85 42-68 40-68 - 69-72 37-50 55-60
Эластичность по отскоку, % 68-75 40-55 65-75 37-51 65-78 45-50 50-55 35-46 8-20 20-25 - 55 50-55 28-32 40-42 32-40
Модуль внутреннего трения, Мн/м2 0,12-0,26 1,8-2,2 0,13-0,26 2-2,4 0,25 1,6-1,8 0,28-0,35 2,2-2,6 - - - - - - - -
Коэффициент истираемо-сти, cм3l(квт*ч) - 270-330 - 280-340 0,5 170-190 - 300-340 - 300-350 - 220-300 - 170-200 - 350-450
Выносливость при многократных деформациях, тыс. циклов - 170-180 - 130-160 - 100-130 - 60-85 - - - - - - - -
1Данные для температуры 22 = 2 *С; I - ненаполненная резина; II - резина, наполненная активной сажей.
2 1 Мн/м2 " 10 кгс/см2.Свойства. Комплекс свойств Р. определяется прежде всего типом каучука. Существенное влияние на механические характеристики Р. (деформационные, прочностные) оказывают наполнитель (см. табл.), а также структура и плотность вулканизационной сетки. Важнейшее деформационное свойство Р. - модуль (отношение напряжения к деформации) зависит от ряда факторов: условий механического нагружения (статические или динамические ); абсолютного значения напряжения и деформации, а также от вида последней (растяжение, сжатие, сдвиг, изгиб); длительности или скорости нагружения, что обусловлено релаксационными явлениями, т. е. изменением реакции Р. на механическое воздействие (см. Релаксация, Релаксационные явления в полимерах); состава (рецептуры) Р.
В области относительно небольшой деформации (< 100%) модуль Р. при растяжении на 5 порядков ниже модуля Юнга для стали [соответственно 0,5-8,0 и 2*105 Мн/м2 (5-80 и 2*106 кгс/см2)] (см. также Модуль высокоэластический, Модули упругости). В указанной области деформации модуль Р. при сдвиге примерно в 3 раза меньше, чем при растяжении. Вследствие практической несжимаемости Р. (коэффициент Пуассона 0,48-0,50 против 0,28-0,35 для металлов) объёмный модуль Р. на 4 порядка выше, чем модуль при растяжении.
Зависимость модуля Р. от её состава может быть в отдельных случаях описана обобщёнными соотношениями, использование которых позволяет прогнозировать значение модуля Р. и создавать т. о. материалы с заданными свойствами.
Деформирование саженаполненных Р., характеризующихся высоким внутренним трением, обусловливает преобразование механической энергии деформации в тепловую. Этим объясняется высокая амортизационная способность Р., косвенной характеристикой которой служит показатель эластичности по отскоку. Однако из-за низкой теплопроводности Р. многократное циклическое нагружение массивных изделий, например шин, приводит к их саморазогреву (т. н. теплообразование), обусловленному упругим гистерезисом. Следствием этого может быть ухудшение эксплуатационных свойств изделий.
В реальных условиях эксплуатации Р. находится в сложнонапряжённом состоянии, поскольку на изделия действуют одновременно различные деформации. Однако разрушение Р. вызывается, как правило, максимальным растягивающими напряжениями. По этой причине прочностные свойства Р. оценивают в большинстве случаев при деформации растяжения.
Технические характеристики Р. существенно зависят от режимов приготовления резиновой смеси и ее вулканизации, от условий хранения полуфабрикатов и изделий и др. Свойства Р. на основе каучуков, макромолекулы которых содержат ненасыщенные связи (например, натурального или синтетического изопренового), могут ухудшаться при эксплуатации Р. в условиях длительного воздействия повышенных температур, кислорода, озона, ультрафиолетового света (см. Старение полимеров).
Применение. Резиновая промышленность - один из важнейших поставщиков комплектующих деталей и изделий для многих отраслей народного хозяйства. Р. - незаменимый материал в производстве шин, различных амортизаторов и уплотнителей; её применяют также для изготовления конвейерных лент, приводных ремней, рукавов, разнообразных изделий бытового назначения, в частности обуви (см. Резиновые изделия).Из Р. изготовляют изоляцию кабелей, эластичные электропроводящие покрытия, протезы (например, искусственные клапаны сердца), детали наркозных аппаратов, катетеры, трубки для переливания крови и многое др. Объём мирового производства изделий из Р. в 1974 превысил 20 млн. т. Наиболее крупные потребители Р. - шинная промышленность (свыше 50%) и промышленность резинотехнических изделий (около 22 % ).
Лит.: Кошелев Ф. Ф., Корнев А. Е., Климов Н. С., Общая технология резины, 3 изд., М., 1968; Резниковский М. М., Лукомская А. И., Механические испытания каучука и резины, 2 изд., М., 1968; Усиление эластомеров, под ред. Дж, Крауса, пер. с англ., М., 1968; Справочник резинщика. Материалы резинового производства, М., 1971; Труды международной конференции по каучуку и резине, М., 1971; Лукомская А. И., Евстратов В. Ф., Основы прогнозирования механического поведения каучуков и резин, М., [в печати].
? В. Ф. Евстратов.