материаловедение


1. Введение

Резина — продукт специальной обработки смеси каучука и серы с различными добавками, имеющими определённое назначение. Свойства резины зависят, прежде всего, от типа каучука, применяемого для её производства. Резина отличается высокой эластичностью, способностью к большим деформациям, малой сжимаемостью, высокой стойкостью к истиранию, газ — и водонепроницаемостью, химической стойкостью, электроизоляционными свойствами, небольшой плотностью, высокой теплостойкостью.

Натуральный каучук – это эластичный материал растительного происхождения, добываемый из млечного сока гевеи бразильской. Натуральный каучук растворяется в бензине, бензоле, хлороформе, сероуглероде. Большая трудоёмкость получения, относительно низкие качественные показатели натурального каучука и другие причины обусловили производство синтетических каучуков.

Производство синтетических каучуков состоит из получения каучукогенов (мономеров) и их полимеризации. В качестве каучукогенов применяют бутадеин, стирол, изопрен, хлоропрен, акрилонитрил, изобутилен и др. Сырьём для их получения служат нефть, природный газ, уголь и вещества, содержащие крахмал.

2. Состав резины

Рисунок 1. Состав резины

Кроме основного компонента (каучука), в состав резины входят (рисунок 1):

вулканизаторы, или агенты (сера, селен, перекиси);

ускорители (оксиды свинца, магния, полисульфиды);

противостарители;

смягчители или пластификаторы (стеариновая, олеиновая кислоты, парафины, мазут, гудрон, канифоль);

наполнители активные (технический углерод, окись цинка) и неактивные (мел CaCO3, сульфат бария BaSO4, тальк, гипс, кварцевый песок SiO2);

красители;

другие составляющие.

3. Процесс вулканизации

Вулканизация — технологический процесс резинового производства, при котором пластичный «сырой» каучук превращается в резину. В результате вулканизация фиксируется форма изделия, и оно приобретает необходимые прочность, эластичность, твердость, сопротивление раздиру, усталостную выносливость и др. полезные эксплуатационные свойства. С химической точки зрения вулканизация — соединение («сшивание») гибких макромолекул каучука в трехмерную пространственную сетку (так называемую вулканизационную сетку) редкими поперечными химическими связями. Образование сетки происходит под действием специального химического агента или (и) энергетического фактора, например высокой температуры, ионизирующей радиации. Поперечные связи ограничивают необратимые перемещения макромолекул при механическом нагружении (уменьшают пластическое течение), но не изменяют их способности к высокоэластичной деформации. Степень вулканизации, при которой достигается наилучшее сочетание различных физико-механических свойств резин, называется оптимумом вулканизации.

Открытие процесса вулканизации приписывают Чарльзу Гудьиру, запатентовавшему его в 1844 году. Процесс назван в честь Вулкана, древнеримского бога огня.

Структура вулканизационной сетки. Механизм вулканизации.

Вулканизационная сетка имеет сложное строение. В ней наряду с узлами, в которых соединяются две макромолекулы (тетрафункциональные узлы), наблюдаются также полифункциональные узлы (соединение в одном узле нескольких макромолекул). Дефектами сетки могут быть свободные концы макромолекул, не вошедшие в нее, но к ней присоединенные; сшивки, соединяющие участки одной и той же цепи; захлесты или переплетения цепей и т.д.

Поперечные хим. связи — мостики образуются под действием различных агентов вулканизация и представляют собой фрагменты молекул самого агента. От химического состава этих мостиков зависят многие эксплуатационные характеристики резин, например сопротивление термоокислительному старению, скорость накопления остаточных деформаций в условиях сжатия при повышенных температурах, стойкость к действию агрессивных сред.

Строение сетки вулканизатов, наполненных техническим углеродом (сажей), сложнее, чем ненаполненных, из-за сильного физического и химического взаимодействия каучука с наполнителем.

На практике, чтобы обеспечить высокую производительность оборудования, стремятся к минимальной продолжительности вулканизации, но в условиях, обеспечивающих эффективную переработку смесей и получение резин с наилучшими свойствами.

Весь процесс принято подразделять на три периода:

индукционный;

период формирования сетки;

перевулканизация (реверсия).

По продолжительности индукционного периода, когда измеримое сшивание не наблюдается, определяют стойкость резиновой смеси к преждевременной вулканизации (подвулканизации). Подвулканизация затрудняет переработку смеси и приводит к ухудшению качества изделий. Этот период особенно важен при вулканизация многослойных изделий, т.к. с увеличением его продолжительности усиливаются слипание отдельных слоев смеси при формировании изделия и совулканизация в слое.

Завершению периода формирования сетки соответствует оптимум вулканизации.

К перевулканизации приводит продолжение нагревания резины после израсходования агента вулканизации. Перевулканизация проявляется в дальнейшем повышении жесткости вулканизата (например, при вулканизации полибутадиена, сополимеров бутадиена со стиролом или акрилонитрилом) или, наоборот, в его размягчении (при вулканизации полиизопрена, бутил-каучука, этилен-пропиленового каучука).

Элементарные реакции, протекающие при вулканизации, определяются химическим строением каучука и агента вулканизации, а также условиями процесса. Обычно, независимо от характера этих реакций, различают 4 стадии вулканизации.

На первой, охватывающей в основном индукционный период, агент вулканизации переходит в активную форму: в результате его реакции с ускорителями и активаторами процесса образуется так называемый действительный агент вулканизации (ДАВ).

Собственно сшивание охватывает две стадии:

активацию макромолекул в результате их реакции с ДАВ, приводящей к образованию полимерного свободного радикала;

взаимодействие двух активированных макромолекул (или активированной и неактивированной) с образованием поперечной связи.

На четвертой стадии происходит перестройка «первичных» поперечных связей в термически и химически более устойчивые структуры; при вулканизации каучуков специального назначения, например полисилоксановых или фторкаучуков, этой цели служит отдельная технологическая операция — выдержка в воздушных термостатах.

Специфические особенности рассмотренных реакций — высоковязкая среда, а также большой избыток каучука по сравнению с количеством агента вулканизации (обычно 1-5% от массы каучука). Большинство агентов вулканизации плохо растворимо (твердые вещества) или плохо совместимо (жидкости) с каучуком; поэтому для равномерного диспергирования агента вулканизации в среде каучука в виде частиц (капель) минимально возможного размера применяют специальные диспергаторы (например, стеарат цинка).

Технология вулканизации. Вулканизующие системы.

Большинство резиновых смесей подвергается вулканизация при 130-200 °С в специальных агрегатах (прессы, автоклавы, форматоры-вулканизаторы, солевые ванны, котлы, литьевые машины и других) с применением разнообразных теплоносителей (перегретый водяной пар, горячий воздух, электрообогрев и др.). Герметики, резиновые покрытия и другие часто вулканизуют около 20 °С («холодная» вулканизация).

Круг агентов вулканизации довольно широк, а выбор их определяется химическим строением каучука, условиями эксплуатации изделий и приемлемым технологическим способом проведения вулканизации. Для диеновых каучуков наиболее широко применяют так называемую серную вулканизацию. Ее используют в производстве автомобильных покрышек и камер, многих видов резиновой обуви и др.



Наиболее важные компоненты серной вулканизующей системы — ускорители вулканизации; варьируя их тип и количество, удается в широких пределах изменять скорость вулканизации, структуру сетки и свойства резин.

В промышленности в качестве ускорителей серной вулканизации наиболее широко применяют замещенные тиазолы и сульфенамиды. Тиазолы обеспечивают широкое плато вулканизации и высокое сопротивление резин термоокислительному старению. Сульфенамиды уменьшают склонность смесей к преждевременной вулканизации, улучшают формуемость смесей и монолитность изделий, задерживают побочные процессы.

В присутствии ускорителей из группы тиурамов получают резины с повышенной теплостойкостью. Еще большее ускорение вулканизации наблюдается при использовании так называемых ультраускорителей-дитиокарбаматов и ксантогенатов. В присутствии дитиокарбаматов резиновые смеси могут быть вулканизованы в течение короткого времени при 110-125°С.

С целью получения резин со специальными свойствами в промышленности расширяется применение таких агентов вулканизации, как органические пероксиды, алкилфеноло-формальдегидные смолы, олигоэфиракрилаты и другие непредельные соединения.

На сегодняшний день, технология производства резины происходит по следующим ступеням:

1. Изготовление полуфабрикатов:

расфасовка ингредиентов и каучуков;

пластикация каучука. Пластикация – процесс превращения пластических масс в расплав с целью облегчения их переработки в изделия. Она происходит при повышении температуры материала в результате теплоотдачи от внешних нагревателей или выделении тепла вследствие трения.;

прорезинка тканей, каландрирование (процесс обработки на каландре – прессе с горизонтально расположенными валами, между которыми пропускают материал), экструзия (метод изготовления изделий или полуфабрикатов из полимерных материалов, заключающийся в выдавливании материала через канал головки экструдера);

раскрой резиновых листов и прорезиненных тканей, сборка изделий из заготовок.

2. Вулканизирование, после которого, из сырых резиновых смесей, получаются оконченные резиновые изделия.

4. Классификация резин

Ассортимент отечественного синтетического каучука в настоящее время весьма большой: он насчитывает более 30 типов и свыше 200 марок. Основными типами синтетических каучуков являются:

СКБ (бутадиеновый, натрий-дивиниловый или дивинильный);

СКС (бутадиен-стирольный, или дивинил-стирольный);

СКИ (изопреновый);

СКЭП (этилен-пропиленовый);

СКФ (фторсодержащий);

Бутилкаучук;

Найрит (хлоропреновый каучук);

СКН (бутадиен-нитрильный);

Полисульфидный (тиокол);

СКТ (теплостойкий);

СКУ (полиуретановый).

Что касается резин, то в настоящее время выпускаются резины общего (на основе натурального каучука, СКБ, СКС и СКИ) и специального назначения, в том числе масло-бензостойкие (на основе найрита, СКН и тиокола), термостойкие (на основе СКТ), светоозоностойкие (на основе СКФ, СКЭП), износосойкие (на основе СКН), электротехнические (на основе СКН, найрита).

Рисунок 2. Классификация резины

Резиновые технические изделия классифицируются по строению, технологии изготовления, типу конструкции.

Рисунок 3. Классификация резиновых технических изделий

5. Факторы, формирующие качество резины

Состав факторов, формирующих качество каучука, резины их производных и, в частности, резинотехнических изделий весьма разнообразен, и зависит от конкретного вида материала или изделия. Качественные характеристики каучука и резины формируются их видовым назначением и сферами их применения.

Основными характеристиками, которыми должен обладать каучук и резина, как его производное, являются:

сохраняемость основных качеств: гибкости, эластичности, стойкости к сильным деформациям, возобновляемости формы ;

стойкость к бензину, бензолу, хлороформу, сероуглероду;

стабильность состояния, устойчивость к старению;

тепло- и холодостойкость.

Кроме того, можно назвать такие свойства резины, присущие её видам исходя из функционального назначения:

водонепроницаемость;

электроизоляция;

прочность;

упругость;

маслобензостойкость;

светоозоностойкие

износостойкость, стойкость к истиранию.

6. Хранение, упаковка и транспортировка резинотехнических изделий

Что касается правил хранения природного натурального каучука, то сырьё для его получения, как правило, перерабатывают сразу же, не давая ему возможности прийти в негодность от воздействия температуры, кислорода, влажности и других агрессивных факторов.

Правила хранения и перевозки резиновых технических изделий предполагают их предохранение от воздействия кислорода, тепла и света, вызывающих соответственно реакции окисления, «псевдовулканизации» и «осмоления». Кроме того, резинотехнические изделия предохраняют от бензина, керосина, кислот, щелочей, жиров, минеральных и растительных масел.

Шкафы для резиновых изделий должны иметь плотно закрывающиеся дверцы, гладкую внутреннюю поверхность. Жгуты, зонды хранятся в подвешенном состоянии на съемных вешалках, расположенных под крышкой шкафа. Резиновые грелки, накладные круги, пузыри для льда хранят слегка надутыми. Съемные резиновые части приборов необходимо хранить отдельно. Эластичные катетеры, перчатки, бужи, резиновые бинты, напальчники хранят в плотно закрытых коробках, пересыпав молотым тальком. Резиновые бинты пересыпают тальком по всей поверхности и хранят в скатанном виде.

Отдельно хранят прорезиненную ткань в рулонах, горизонтально подвешенную на стойках. Можно хранить ее на полках, уложенной не более чем в 5 рядов. Эластичные лаковые бужи, катетеры, зонды хранят в сухом месте. Изделия бракуются, если появляется их клейкость и размягчение.

При потере элатичности резиновых перчаток их помещают в теплый 5%-ный раствор аммиака на 15 мин, затем разминают и помещают на 15 минут в 5%-ном водно-глицериновом растворе с температурой 40—50 °С.

7. Список используемых электронных ресурсов

1.http://www.refsru.com/referat-3897-1.html

2. http://himkniga.com/enc/833

3. http://www.koros-plast.ru/vulkanizatsiya-kauchuka

4. http://www.chemport.ru/data/chemipedia/article_695.html

Содержание

1. Введение стр. 3

2. Состав резины стр. 4

3. Процесс вулканизации стр. 5 — 8

4. Классификация резин стр. 9 — 11

5. Факторы, формирующие качество резины стр. 12

6. Хранение, упаковка и транспортировка стр. 13

резинотехнических изделий

7. Список используемых электронных ресурсов стр. 14

МИНОБРНАУКИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный педагогический университет

имени Козьмы Минина»

Факультет управления и социально-технических сервисов

Контрольная работа

(Заочное отделение)

По дисциплине: «Материаловедение»

Тема: «Резина»

Выполнил:

студент группы АСЗ-13-1

Барабанов А.С.

Проверил:

доцент

Китова Г.Н.

Нижний Новгород

2014 г.