Как добыть резину

Как добыть резину

Резина – широко известный материал, который применяется практически во всех сферах человеческой жизни. Медицина, сельское хозяйство, промышленность не могут обойтись без этого полимера. Во многих производственных процессах также используется резина. Из чего делают этот материал и в чем его особенности, описано в статье.

Что такое резина

Резина являет собой полимер с высокой эластичностью. Его структура представлена хаотично расположенными цепочками углерода, скрепленными атомами серы.

В нормальном состоянии углеродные цепочки имеют скрученный вид. Если резину растянуть, цепочки углерода раскрутятся. Способность растягиваться и быстро возвращаться в прежнюю форму сделала незаменимым во многих сферах такой материал, как резина.

Из чего делают ее? Обычно резину получают путем смешивания каучука с вулканизирующим веществом. После нагрева до нужной температуры смесь густеет.

Отличие каучука от резины

Каучук и резина – высокомолекулярные полимеры, полученные натуральным или синтетическим способом. Эти материалы отличаются физико-химическими свойствами и способами производства. Натуральный каучук являет собой вещество, изготовленное из сока тропических дерев — латекса. Он вытекает из коры при ее повреждении. Синтетический каучук получают путем полимеризации стирола, неопрена, бутадиена, изобутилена, хлоропрена, нитрила акриловой кислоты. При вулканизации искусственного каучука образуется резина.

Из чего делают разные типы каучуков? Для отдельных видов синтетических материалов применяют органические вещества, позволяющие получить материал, идентичный натуральному каучуку.

Свойства резины

Резина является универсальным материалом, который обладает следующими свойствами:

1. Высокая эластичность – способность к большим обратным деформациям в широком диапазоне температур.
2. Упругость и стабильность форм при малых деформациях.
3. Аморфность – легко деформируется при незначительном нажатии.
4. Относительная мягкость.
5. Плохо поглощает воду.
6. Прочность и износостойкость.
7. В зависимости от типа каучука резина может характеризоваться водо-, масло-, бензо-, термостойкостью и стойкостью к действию химических веществ, ионизирующих и световых излучений.

Резина со временем утрачивает свои свойства и теряет форму, что проявляется разрушением и снижением прочности. Срок службы резиновых изделий зависит от условий использования и может составлять от нескольких дней до нескольких лет. Даже при длительном хранении резина стареет и становится непригодной к эксплуатации.

Производство резины

Резина изготовляется методом вулканизации каучука с добавлением смесей. Обычно 20-60% перерабатываемой массы составляет каучук. Другие компоненты резиновой смеси – наполнители, вулканизующие вещества, ускорители, пластификаторы, противостарители. В состав массы могут также добавляться красители, душистые вещества, модификаторы, антипирены и другие компоненты. Набор компонентов определяется требуемыми свойствами, условиями эксплуатации, технологией использования готового резинового изделия и экономическими расчетами. Таким способом создается высококачественная резина.

Из чего делают резиновые полуфабрикаты? Для этой цели на производствах применяется технология смешивания каучука с другими компонентами в специальных смесителях или вальцах, предназначенных для изготовления полуфабрикатов, с последующей порезкой и раскройкой. В производственном цикле используются прессы, автоклавы, барабанные и тоннельные вулканизаторы. Резиновой смеси придается высокая пластичность, благодаря которой будущее изделие приобретает необходимую форму.

Изделия из резины

На сегодняшний день резина используется в спорте, медицине, строительстве, сельском хозяйстве, на производстве. Общее количество изделий, изготовляемых из резины, превышает более 60 тыс. разновидностей. Наиболее популярные из них — уплотнители, амортизаторы, трубки, сальники, герметики, прорезиненые покрытия, облицовочные материалы.

Изделия из резины массово используются в производственных процессах. Этот материал также незаменим в производстве перчаток, обуви, ремней, непромокаемой ткани, транспортных лент.

Большая часть производимой резины используется для изготовления шин.

Резина в производстве шин

Резина является основным материалом в производстве автомобильных шин. Этот процесс начинается с приготовления резиновой смеси из натурального и синтетического каучука. Затем к резиновой массе добавляется силика, сажа и другие химические компоненты. После тщательного перемешивания смесь отправляется по конвейерной ленте в печь. На выходе получаются резиновые ленты определенной длины.

На следующем этапе происходит обрезинивание корда. Текстильный и металлический корд заливается горячей резиновой массой. В такой способ изготавливается внутренний, текстильный и брекерный слой шины.

Из чего делают резину для шин? Все производители автомобильных шин используют разные рецептуры и технологии изготовления резины. Для придания готовому изделию прочности и надежности могут добавляться разные пластификаторы и усиливающие наполнители.

Для производства шин используют натуральный каучук. Его добавление в резиновую смесь уменьшает нагревание покрышки. Большую часть резиновой смеси занимает синтетический каучук. Этот компонент придает шинам упругость и способность выдерживать большие нагрузки.

Резина. Свойства, состав, 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.

Что такое резина — технология производства, состав, свойства, применение

Резина (слово произошло от латинского «resina» — «смола») представляет собой эластичный материал, получаемый методом температурной стабилизации (вулканизации) натурального и синтетического каучука.

Вулканизация — сложный технологический процесс, в ходе которого каучук под воздействием высокой температуры взаимодействует с вулканизирующим реагентом (обычно серой). В процессе вулканизации происходит сшивание молекул каучука в единую пространственную сетку. В результате получается эластичный полимер (резина) структура которого представлена хаотично расположенными цепочками углерода, которые прочно соединены между собой атомами серы. В процессе вулканизации натуральный или синтетический каучук становится резиной.

В нормальном состоянии цепочки углерода имеют скрученный вид. При растяжении они раскручиваются, но при отмене растягивающего усилия быстро возвращаются в прежнюю форму. Именно это свойство сделало резину незаменимым материалом в самых разных сферах — от изготовления приводных ремней и уплотнителей до производства автомобильных шин.

Состав резины

Кроме каучука, в состав резины входят и другие компоненты:

• ускорители вулканизации
• активаторы
• добавки-пластификаторы
• противостарители
• активные наполнители или усилители
• неактивные наполнители
• красители
• ингредиенты специального назначения

В состав резины также могут входить ароматизаторы (душистые вещества), различные модификаторы, антипирены (огнезащита) и другие компоненты. Для повышения скорости вулканизации производители используют различные катализаторы-ускорители.

Натуральный и синтетический каучук — в чем разница

Основное различие между натуральным каучуком и его синтетическим аналогом заключается в том, что натуральный каучук — это полимер природного происхождения, полученный из млечного сока дерева под названием гевея (Hevea brasiliensis). Синтетический каучук — это искусственно произведенный полимер.

Синтетический каучук — искусственно созданный полимерный материал, во многом копирующий натуральный каучук по свойствам и характеристикам. Получают материал методом полимеризации бутадиена, изопрена, стирола, изобутилена и других химических веществ. Синтетические каучуки состоят из длинных разветвленных молекулярных цепей с двойными связями.

Самая распространенная разновидность синтетического каучука — изопреновый. Этот материал максимально приближен к натуральному по своим характеристикам и молекулярной структуре. Именно изопреновый каучук нашел широкое применение в производстве шин (часто в комбинации с другими каучуками).

Свойства и характеристики резины

Резина представляет интерес благодаря своей эластичности. Этот универсальный материал способен подвергаться большим обратимым деформациям при различных температурах. Свойства и характеристики каждого типа резины зависят от типа каучука, из которого изготовлен материал. Качества резины могут меняться в широких пределах при применении различных исходных материалов, их пропорций, рецептуры или модификации.

Резина в общем виде обладает следующими уникальными свойствами:

• эластичность
• способность поглощать ударные нагрузки и вибрацию
• малая теплопроводность
• высокая механическая прочность
• износостойкость
• газо- и водонепроницаемость
• устойчивость к агрессивным средам

Резина является хорошим диамагнетиком и диэлектриком. Существуют специальные марки резин, проводящих электрический ток. Срок эксплуатации резиновых изделий может исчисляться десятилетиями.

Область применения резины

Изделия из резины находят самое широкое применение во всех отраслях промышленности и народного хозяйства. Резина используется в производстве всевозможных уплотнителей, обуви, приводных ремней, транспортерных лент конвейеров, напольных покрытий и широкого спектра других резинотехнических изделий. Резиновая смесь используется для изготовления прорезиненных тканей.

Основное применение резина находит в производстве шин — автомобильных, мотоциклетных, велосипедных и авиационных.

Вторичное использование автомобильных шин

Утилизация и переработка автомобильных покрышек с каждым годом приобретает все большее экологическое и экономическое значение. Это связано с тем, что порядка 80% всех производимых в мире шин созданы из синтетического каучука который получают из нефти — невозобновляемого природного ресурса. Вторичная переработка покрышек способствует сохранению природных запасов нефти. Утилизация резиновых отходов также стимулирует развитие ресурсосберегающих технологий, позволяет сократить площади свалок, улучшить экологическую обстановку.

Из продуктов переработки отслуживших свой век автомобильных покрышек можно изготовить новую востребованную продукцию:

• новые автомобильные шины;
• различные резинотехнические изделия;
• гидроизоляционные материалы;
• подошвы для обуви;
• тротуарную резиновую плитку, брусчатку, поребрики и бордюры;
• промышленные напольные покрытия;
• бесшовные и рулонные покрытия из резиновой крошки и др.

Основным сырьем для изготовления резиновых напольных покрытий является фракционированная резиновая крошка — продукт механической переработки старых автомобильных шин. Технологический процесс изготовления резиновой крошки заключается в измельчении автопокрышек, удалении нерезиновых компонентов и сортировке гранул по фракциям.

Измельчение покрышек с целью получения резиновой крошки — одно из наиболее перспективных направлений переработки. Полученный материал является ценным сырьем для производства широкого ассортимента травмобезопасных резиновых покрытий.

Список тематических статей

Любой человек в своей жизни сталкивался с резиной в тех или иных случаях, причем обычно с самого детства. Резина – это эластичная субстанция, которая получается после протекания реакции вулканизации как натурального, так и синтетических каучуков. Резиновый материал, который еще называют «вулканизат» является эластомером, имеющим трехмерную сшитую структуру, образующуюся при сшивке макромолекул каучуков химическими связями различной природы.

Как было сказано выше, резина по природе эластомер, то есть в отличие от обычных пластмасс, они способны при механическом воздействии возвращаться к своим первоначальным форме и размерам после снятия нагрузки.

Получение

Резину в современной промышленности производят в основном путем вулканизации резиновых смесей, имеющих достаточно сложную композицию. В составе этих смесей главной составной частью и основой будущей резины являются каучуки, их количество может составлять до 60 процентов от массы смеси. Прочими ее компонентами являются вулканизаторы, ускорители, активаторы, наполнители, противостарители и пластификаторы. Кроме этих основных компонентов в состав смеси возможно введение и других химикатов: регенератов, модификаторов, красителей, порофоров, отдушек и т.д. Вся резиносмесь может состоять из 20-30 веществ.

Конкретный каучук, который будет служить основой той или иной резины и прочие компоненты смеси выбираются исходя из предназначения, условий применения и прочим требованиям к резиновому продукту. Также для свойств продукта важен технологический процесс, который будет использоваться для переработки, экономические и прочие факторы.

Техпроцесс изготовления изделий из рассматриваемого материала состоит из операции смешения каучука с прочими компонентами резиносмеси в смесителях или при помощи вальцевания, изготовления полуфабрикатов, их резку, сборку и прочую постобработку, а также последующую вулканизацию продуктов. Полуфабрикатами могут служить профили, полученные шприцеванием (аналог экструзии пластмасс); листы, полученные каландрованием; прорезиненные ткани; корд и т.п. Непосредственно вулканизация проходит в реакторах периодического типа, например в прессах, котлах, автоклавах циклического или непрерывного типа, например тоннельных, барабанных и прочих.

Рис.1 Автоклав для вулканизации шин

Размеры и конфигурация изделия из-за высокой пластичности исходного материала придаются и фиксируются непосредственно в ходе вулканизации. При переработке активно применяется формование продуктов в вулканизационных прессах, а также метод литья под давлением. В случае использования этих методов формовка и вулканизация совмещаются в рамках единственной технологической операции. Основным вулканизатором для резин является элементарная сера, которая обычно вводится в количестве нескольких процентов от массы смеси. При использовании смесей, имеющих от 30 до 50 процентов серы в составе, на выходе получают эбонитовые изделия или заготовки.

Свойства резины

Рассматриваемый материал представляет интерес прежде всего своей эластичностью. Резина, по сути, представляет собой сшитую коллоидную субстанцию, где каучук является дисперсионной, а наполнители – дисперсной фазами. Главное качество резин – это высокая эластичность, она способна подвергаться большим деформациям при различных температурах, которые в свою очередь являются обратимыми.

Резине присущи свойства и твердого тела, и жидкости, и даже газа, например таким качеством является энтропийное качество ее упругости. В общем виде характеристики каждого типа резины зависят главным образом от использованного типа каучука. Ее качества изменяются в широких пределах при применении различных каучуков, их смешения или модификации.

Значения модуля упругости резин при небольших деформациях варьируется от 1 до 10 МПа. Значение коэффициента Пауссона около 0,5. Обратимая деформация в случае растяжения составляет до 10 размеров изделия.

Резины обладают хорошей звукоизоляцией, фрикционными свойствами, износостойкостью, теплоизоляционными показателями. Также они являются хорошими диамагнетиками и диэлектриками. Существуют специальные марки проводящих электрический ток и магнитных резин.

Рассматриваемый материал известен низким водопоглощением и набуханием в органике. Некоторые из резин имеют хорошую масло-, бензо-, водо-, паро-, хим-, радио- и термостойкость. Срок эксплуатации резиновых изделий может в разных случаях составлять от нескольких дней до десятилетий.

Виды резин

По своему назначению рассматриваемые материалы подразделяются на:

— тепло- или морозостойкие,

— огне- и радиационностойкие,

— с допуском к пище и применению в медицине,

Многие резины совмещают в себе полезные качества разных групп и могут применяться в разных условиях и для разных целей. Также существуют материалы транспарентные, пористые, окрашенные, для применения в тропиках и т.д.

Применение

Резину в больших количествах применяют в сельском и домашнем хозяйстве, медицинской технике, строительных материалах, промышленности, спортивной индустрии и т.д. Свыше 50 процентов производимого материала применяется для производства автошин.

Кроме этого, известны десятки тысяч видов изделий из резин, наиболее известные из которых: транспортерные ленты, различные ремни, рукава, шланги, прокладки, кольца, кабели, подошвы, коврики, материалы покрытий, герметики и др.