Резина материал
Саратовский государственный технический университет
Кафедра «ФМТМ»
Курсовая работа
по дисциплине
«Материаловедение, технология конструкционных металлов»
на тему:
Резина и резиноподобные материалы
Выполнила:
Студентка группы БМС-31
Герасина Т.П.
Проверила:
Протасова Н. В.
Саратов 2010
Содержание
Введение……………………………………………….………………………….3
Глава I:Общие сведения и технология изготовления резины…………….4
1.1 Компоненты, входящие в резиновую смесь……..……………..………..….4
1.2 Технология изготовления резины. Вулканизация…………………………..6
1.3 Свойства и основные виды резины………………………………………….7
1.4 Силиконовая резина……………………………………………………….….8
Глава II: Назначение и применение резины ……………………..………..11
2.1 В промышленном производстве…………………………………………….11
2.2 Применение в медицине…………………………………………………….13
Заключение…………………………………………………………………
Приложение…………………………………………………………….
Список используемой литературы………………………………………
Введение
Современная техника не может обойтись без резины. Из резины делают шины автомобилей, самолетов и велосипедов, изоляцию проводов, водолазные костюмы, баллоны аэростатов, галоши, шланги, надувные лодки, противогазы и многое другое.
Резина является продуктом переработки каучуков. Природный полимер – каучук свое название получил от индийского слова «каочу», что означает – «слезы дерева», которые появляются на каучуконосном дереве при его порезе. Много сотен лет назад индийцы научились использовать белую древесную смолу – каучук.
Натуральный каучук (НК) получают из растений – так называемых каучуконосов. Натуральный каучук легко растворяется в воде. При нагреве до температуры 90°С каучук размягчается, становится липким, при температуре ниже нуля приобретает твердость и хрупкость.
Бурное развитие техники не могло ограничиться использованием только натурального каучука и привело к созданию синтетических (искусственных) каучуков (СК). Промышленность различных стран производит чрезвычайно разнообразные синтетические каучуко-подобные материалы. Исходным сырьем для получения каучука являются: этиловый спирт, ацетилен, бутан, этилен, бензол, изобутилен, некоторые галогенпроизводные углеродов и др. При полимеризации мономеров ( дивинил, стирол, хлоропрен, хлористый винил и т.п.) получаются синтетические каучуки.
При сравнительно большой прочности натуральный каучук значительно уступает синтетическом по морозостойкости и стойкости против воздействия растворителей. Свойства резины в основном зависят от каучуков, входящих в ее состав. Качество синтетического каучука определяет стойкость резины к растворителям, к атмосферному воздействию, кислороду, агрессивным средам, теплостойкость, морозостойкость, упругость и эластичность, клейкость растворов резиновых смесей и другие свойства металла.
Глава I:Общие сведения и технология изготовления резины
1.1 Компоненты, входящие в резиновую смесь
Для получения резины основным компонентом является каучук, который, соединяясь в процессе вулканизации с вулканизирующим веществом, образует резину. В качестве вулканизирующего вещества обычно применяют серу; тиоколовые каучуки вулканизируют перекисями металлов (перекись марганца, перекись свинца); полйсйлоксаиы вулканизируют с помощью органических перекисей (перекись бензола); фтор-каучуки вулканизируют органическими перекисями или диаминами.
Для повышения механической прочности и износоустойчивости в состав резиновой смеси обычно вводят упрочняющий наполнитель. К числу таких наполнителей принадлежат вещества с предельно малой величиной частиц и высокоразвитой поверхностью. Наиболее распространенными упрочняющими наполнителями являются сажи.
В производстве светлоокрашенных резин и резин, предназначенных для работы при повышенных температурах, в качестве упрочняющего наполнителя применяют окись кремния, окись титана, которые находятся в столь же мелкодисперсном состоянии.
В резиновую смесь вводят ускорители вулканизации, применяя для этого дифенилгуанидии и др. Иногда для повышения пластичности резиновой смеси и морозостойкости готовых изделий в резиновую смесь добавляют пластификаторы (стеариновая и олеиновая кислоты, парафины и др.).
Против старения (процесса соединения резины с кислородом воздуха) в резиновую смесь вводят противоокислители (противо-старители), а для придания цвета добавляют красители (охра, ультрамарин).
1.2 Технология изготовления резины. Вулканизация
Процесс изготовления резины и резиновых деталей состоит из приготовления сырой резиновой смеси, получения из нее полуфабрикатов или деталей и их вулканизации.
Технологический процесс включает в себя следующие операции: вальцевание, каландрирование, получение заготовок, формование и вулканизацию, обработку готовых деталей.
Для приготовления сырой резины каучук разрезают на куски и пропускают через вальцы для придания пластичности (рис. 180). Затем, в специальных смесителях каучук смешивают с порошкообразными компонентами, входящими в состав ре3ины (вулканизирующие вещества, наполнители, ускорители вулканизации и т.д.), вводя их в резиновую смесь точно по весовой дозировке. Перемешивание можно производить и на вальцах. Таким образом получают однородную, пластичную и малоупругую массу — сырую резину. Она легко формуется, растворяется в органических растворителях и при нагревании становится клейкой.
Провальцованная резиновая смесь поступает на каландр для получения листов заданной толщины—процесс получения листовой резины. Из каландрованных листов заготовки деталей получают вырезкой по шаблонам, вырубкой штанцевыми ножами, формированием на шприцмашине.
Для изготовления резиновых деталей формовым способом используются гидравлические вулканизационные прессы с электрообогревом. Прессование производят в пресс-формах методами прямого и литьевого прессования. Литье под давлением применяют для изготовления деталей сложной конфигурации. Детали, изготовленные литьем под давлением, имеют повышенную вибростойкость и хорошо воспринимают знакопеременные нагрузки.
Формование резин имеет много общего с формованием отвердевающих пластических масс, однако есть и некоторые отличия. Вследствие высокой пластичности резиновых смесей для заполнения форм, даже сложной конфигурации, не требуется давление выше 5 МПа (50 кгс/см2). В большинстве случаев изделия формуют под давлением 1—2 МПа (10—20 кгс/см2).
Для получения высокоэластичных прочных изделий (покрышек, трансмиссионных лент, ремней, рукавов) резиновую смесь наносят на высокопрочные ткани (корд, белтинг) из хлопчатобумажного волокна, полиамидного или полиэфирного волокна. Для сцепления резины с тканью применяют способы напрессовывания или пропитывания. В первом случае тонкие листы каландрованной сырой резины на специальных дополнительных дублировочных каландрах напрессовывают на ткань. Во втором случае ткань пропитывают раствором резиновой смеси (резиновым клеем) и сушат для удаления растворителя. Прорезиненную ткань раскраивают, собирают в пакеты и прессуют в изделия.
Многие резиновые изделия армируют металлическими деталями. Металлы или сплавы (за исключением латуни) не обладают адгезией (прилипаемостью) к резине, поэтому легко вырываются из изделия. Для придания адгезии металлической арматуры к резине на металл наносят клеевую пленку или осуществляют латунирование. Наиболее высокая прочность сцепления металла с резиной достигается путем нанесения на металлическую поверхность пленки изоционатного клея «лейконат» или ее латунирования.
Любой процесс формования заканчивается процессом вулканизации. Каучук состоит из линейных молекул. При нагревании с серой (вулканизации) происходит укрупнение молекул и образование сетчатой структуры молекул, при этом каучук превращается в резину. В резине кроме линейных есть и трехмерные молекулы.
Усложнение и укрупнение молекул приводит к тому, что вещество приобретает упругость, не снижая эластичности, а кроме того, и стойкость к температурным и химическим воздействиям. Резина примерно на одну треть состоит из сажи, которая создает кристалличность строения вещества, увеличивает его прочность.
Вулканизацию осуществляют с нагревом и без нагрева. Длительность и температура вулканизации определяются рецептурой резиновой смеси (типом каучука и эффективностью введенного ускорителя); но обычно вулканизацию проводят при температуре 120—150
При формировании деталей вулканизация их производится в пресс-формах на вулканизационных гидравлических прессах с паровым или электрическим обогревом. Формовой метод вулканизации дает более плотную, однородную структуру, более точные размеры и более чистую поверхность резинового изделия. При невозможности вулканизации в пресс-форме особенно изделий, полученных на шприцмашине накатыванием и дублированием, вулканизацию проводят в вулканизационном котле.
Почти все синтетические каучуки получают методом эмульсионной полимеризации в водных средах. Образующийся в этих условиях полимер получается с частицами, близкими к размерам коллоидных частиц. В присутствии специально вводимых веществ (эмульгаторов) частицы полимеров образуют устойчивую эмульсию полимера в воде, которая называется латексом.
В настоящее время выпускается большое количество латексов, из которых непосредственно можно изготовлять резиновые изделия. Они применяются для получения фрикционных изделий, для пропитки корда, для изготовления абразивных шлифовальных камней, резиновых нитей, волосяных эластичных подушек, маканых изделий (перчатки, шары-пилоты), толстостенных изделий, для замены клеев латексными пастами, для получения резиновых пеноматериалов.
Источник: mirznanii.com
5.2. Резиновые материалы
5.2.1. Состав
Число деталей на автомобиле, в которых в той или иной степени присутствует резина, превышает 500, а их масса составляет более 5 % общей массы легкового автомобиля и более 10 % грузового.
Наиболее важными из резиновых изделий на автомобиле являются шины, стоимость которых составляет 15—25 % стоимости грузового автомобиля, причем за время между ремонтами меняется от 2 до 4 комплектов шин.
Резина обладает следующими уникальными свойствмаи:
— эластична,
— способна поглощать ударные нагрузки и вибрацию,
— имеет низкую теплопроводность и звукопроводность,
— имеет хорошую механическую прочность,
— обладает высоким сопротивлением к истиранию,
— является хорошим электроизолятором,
— газо- и водонепроницаема,
— устойчива к агрессивным средам,
— легкая.
Резину получают вулканизацией резиновой смеси, в состав которой входят:
— каучук,
— вулканизирующие агенты,
— ускорители вулканизации,
— активаторы,
— противостарители,
— активные наполнители или усилители,
— неактивные наполнители,
— красители,
— ингредиенты специального назначения.
В зависимости от назначения в резину может входить часть перечисленных ингредиентов, но в ее составе всегда содержится каучук и вулканизирующий агент.
Каучук, являясь основой, определяет качество резины. В шинных резиновых смесях содержание каучука составляет примерно 50—60 % (по массе). Шинные заводы используют более 60 % производимого в России каучука. Каучук бывает натуральным и синтетическим.
Натуральный каучук добывают, главным образом, из млечного сока (латекса) каучукового дерева (гевеи), в котором его содержится до 40 %.
Для выделения каучука латекс обрабатывают уксусной кислотой, под действием которой он свертывается, и каучук легко отделяется. Затем полученный рыхлый сгусток промывают водой, прокатывают в листы, сушат и обычно коптят для устойчивости против окисления и действия микроорганизмов.
Натуральный каучук — это полимер непредельного углеводорода изопрена. Молекулы каучука имеют линейную структуру и представляют собой длинные нити, изогнутые, перепутанные, скрученные в клубки. Молекула каучука похожа на круглую незамкнутую пружину, которая при растяжении концов стремится сохранить прежнюю форму и размеры. При растяжении каучука его молекулы распрямляются, ориентируясь в направлении растяжения, затем вновь возвращаются в прежнее состояние.
Каучук легко вступает в химическую реакцию с кислородом, водородом, галогенами, серой. При комнатной температуре кислород и особенно озон, внедряясь в молекулы каучука, разрывает их и каучук становится хрупким.
В 1932 г. впервые в мире в СССР был получен синтетический каучук (в Германии — в 1938 г., в США — в 1942 г.). Сегодня химическая промышленность производит десятки разновидностей синтетического каучука, используя для этого самое экономичное сырье — попутные нефтяные газы и газы крекинга, что позволяет получать каучуки невысокой стоимости. Различные синтетические каучуки имеют определенные свойства. Одни обладают высокой механической прочностью, высокой морозостойкостью, другие высокой клейкостью, третьи повышенной маслобензостойкостью и термостойкостью.
5.2.2. Вулканизация резины
Ни натуральный, ни синтетический каучук изначально не обладает качествами, которые предъявляются резине. При понижении температуры каучук становится хрупким, при повышении теряет эластичность. Поэтому каучук смешивается с другими ингредиентами и подвергается вулканизации, в результате которой приобретаются эластичность и другие ценные качества.
Основным вулканизирующим агентом для шинных резин служит сера.
Вулканизация заключается в нагреве резиновой смеси до определенной температуры и выдержке в течение времени, достаточном для того, чтобы атомы серы соединили в некоторых местах двойных связей молекулы каучука, образовав резину — материал с пространственной структурой молекул. От количества серы зависит твердость резины. При содержании 40—60 % серы каучук превращается в эбонит — высокотвердый материал, который хорошо обрабатывается резанием.
Кроме серы могут применяться и другие вулканизирующие агенты.
Для каждой резиновой смеси устанавливаются оптимальные температура и время вулканизации. Для шинных резин температура вулканизации 130—140 °С.
Другими ингредиентами резиновой смеси являются:
— ускорители вулканизации, повышающие сопротивление старению;
— активаторы ускоряют и повышают предел прочности при растяжении;
— активные наполнители, повышающие прочность при растяжении, твердость и износостойкость материала, обычно это сажа (в покрышке примерно 25 % сажи);
— неактивные наполнители — асбестовая мука, увеличивает объем резиновой смеси и удешевляет материал без ухудшения его свойств;
— противостарители — 1—2 % массы каучука;
— пластификаторы способствуют лучшему смешиванию составных частей резины и изменяют некоторые ее качества;
— регенерат — специально обработанная резина из утильных покрышек камер, используется при частичной замене каучука;
— красители.
5.2.3. Физико-механические свойства резины
К основным свойствам резины относятся: прочность, эластичность, износостойкость, твердость.
Показателем прочности является предел прочности при растяжении (сжатии).
Мягкая резина из натурального каучука имеет предел прочности при растяжении 18—25 МПа. Для особых сортов мягкой резины этот показатель 30—35 МПа. Прочность резины из синтетического каучука меньше — от 15 до 25 МПа.
Эластичность — способность резины к многократным механическим обратимым деформациям, оценивается величинами относительного и остаточного удлинения при разрыве и относительного сжатия при предельной нагрузке, является процентным соотношением этих величин к начальной длине образца.
Для мягкой резины из натурального каучука относительное удлинение при разрыве составляет 500—800 %, а для некоторых даже 1000 %. У резины из синтетического каучука эластичность меньше — 450—550 %.
Относительное сжатие различных сортов резины составляет 40—50 %, т. е. резина способна сжиматься без разрушения примерно вдвое.
Во время движения автомобиля покрышка испытывает до 350 деформаций на 1 км пути, при этом боковины покрышки растягиваются, а беговая дорожка сжимается.
Износостойкость резины определяется энергией, затраченной на истирание 1 мм3 резины. Замер износостойкости производят на специальной установке, где образец резины прижимается с определенным усилием к вращающемуся диску с корундовой бумагой.
Твердость резины определяют с помощью игольчатого твердомера по величине погружения в нее притупленной иглы под
Рис. 5.4. Твердомер Шора: 1 — игла; 2 — зубчатые колеса; 3 — зубчатый сектор;
4 — головка; 5 — пружина; 6 — стрелка прибора
действием пружины прибора (рис. 5.4). По твердости резины делятся на мягкие, жесткие и твердые.
5.2.4. Армирование резиновых изделий
Армированием называется усиление материала или конструкции другим материалом. В автомобилестроении при использовании резины часто возникает необходимость сочетания ее с другими материалами для получения необходимых свойств. Наиболее часто встречается сочетание резина-ткань. Некоторые резиновые изделия (например, борт покрышки) армируются металлом.
Ткани, используемые в производстве автомобильных резиновых изделий, изготовляют из хлопчатобумажных, вискозных и капроновых нитей. Для изготовления деталей автомобильных шин применяют специальные ткани: корд, чефер, доместик и бязь.
Корд представляет собой ткань из крученых продольных нитей основы и тонких, редко расположенных, поперечных нитей, что позволяет хорошо прорезинить каждую нить. При деформации покрышки слабые поперечные нити быстро перетираются, а нити основы удерживаются слоем резины, обеспечивая каркасу прочность.
Из корда изготовляют каркас покрышки. Лучшим считается корд, который имеет наименьшее удлинение и утомляемость и создает меньшие потери на трение. Применение капронового и нейлонового корда снижает расход каучука на 15 %, увеличивает срок службы шин на 30—40 % и уменьшает потери на сопротивление качению. Недостаток капронового корда — значительное упругое удлинение нити, которое способствует разнашиваемости каркаса шины.
В последнее время широкое применение получил металлокорд, который изготовляют из стальных тросиков толщиной
0, 5—1,5 мм, свитых из проволоки диаметром 0,1—0,25 мм. Прочность металлокорда практически не снижается при увеличении температур. Срок службы шин с металлокордом при эксплуатации по дорогам с усовершенствованным покрытием примерно в два раза дольше, чем обычных. Недостатком металлокорда является невысокая усталостная прочность и большая стоимость.
Чефер, доместик и бязь являются тканями полотняного переплетения. Чефер изготовляют из особо прочных нитей и используют в деталях покрышек, не подвергающихся многократной деформации, например для изготовления крыльев и усилительных ленточек бортов покрышек. Прорезиненные доместик и бязь используют для обвертки проволочных колец бортов.
5.2.5. Резиновые клеи
Резиновый клей используется для промазывания поврежденных мест покрышек, камер и ремонтных материалов. Резиновый клей получают растворением клеевой саженаполненной резиновой смеси в бензине-растворителе.
Резиновые клеи бывают вулканизирующиеся и невулканизирующиеся. В дорожных условиях при наложении заплат из вулканизированной резины используют невулканизирующийся клей. Клей высыхает в результате испарения растворителя, и заплата удерживается на камере силами адгезии. Для ремонта с вулканизацией этот клей непригоден, так как в нем нет серы и других ингредиентов.
Вулканизирующийся клей является раствором сырой клеевой резины, содержащей серу, ускоритель вулканизации и сажу.
Вулканизирующийся клей применяется все реже, так как более удобен способ ремонта с помощью сырой клеевой резины и невулканизирующегося клея.
В последнее время из-за увеличения производства бескамерных шин для восстановления проколотых шин используют специальный клеевой состав из невулканизированного каучука.
5.2.6. Особенности эксплуатации резиновых изделий
Несмотря на высокую эластичность, резина обладает остаточной деформацией. Чем выше нагрузка и время ее воздействия, тем больше остаточная деформация. Поэтому покрышки следует хранить на специальных стеллажах поставленными на ребро и через каждые два-три месяца переворачивать их на 40—60°, меняя точку опоры. С этой же целью колеса автомобилей, поставленных на длительную стоянку, должны вывешиваться для полной разгрузки шин.
При понижении температуры эластичность резины уменьшается. Если температура ниже минус 10 — минус 15 °С, то резина становится сначала полужесткой, а потом жесткой; при температуре минус 40 — минус 45 °С шины делаются твердыми, хрупкими и малоспособными к обратимым деформациям. Лишь специальные морозостойкие сорта резины могут сохранять некоторую эластичность даже при минус 50 — минус 55 °С. Поэтому монтаж и демонтаж шин на морозе приводит, как правило, к разрушению боковин покрышек и образованию трещин на камере.
В начале движения при низких температурах окружающей среды, пока шина не прогрелась в результате внутреннего трения, необходимо воздерживаться от больших скоростей, выбирать дорогу с меньшими неровностями, не выполнять крутых поворотов и резких торможений.
Повышение температуры ведет к размягчению шины, ее эластичность снижается, а склонность к остаточной деформации возрастает. Эти явления заметны уже при температуре 60—70 °С, а при температуре 110—120 °С предел прочности уменьшается настолько, что возможно полное разрушение покрышки. Для уменьшения нагрева шин в летнее время необходимо делать остановки в пути, не превышать скорость движения, выдерживать нормы давления воздуха в шинах и нагрузки на колеса.
Растворители также сокращают срок службы резиновых изделий. От воздействия нефтепродуктов и таких жидкостей, как эфир, бензол, скипидар, резина набухает, снижаются прочность, эластичность и сопротивление истиранию. Поэтому следует оберегать резиновые изделия от контакта с ГСМ и растворителями для красок и эмалей.
Спирты, ацетон, глицерин, растительные масла и гликоли, а также слабые кислоты и щелочи практически не взаимодействуют с резиной. Кислоты и их пары приводят к уплотнению резины, теряется ее эластичность.
Со временем из-за взаимодействия резины с кислородом происходит ее старение. Резина делается жесткой, покрывается хрупкой коркой, которая легко снимается при деформации, вследствие чего образуется сеть сначала мелких, а затем глубоких трещин. В результате старения резина теряет эластичность, снижается ее предел прочности, увеличивается истираемость, изделие приходит в негодность.
Старение ускоряется под действием прямых солнечных (ультрафиолетовых) лучей и повышенных температур окружающей среды. Поэтому при длительном хранении покрышки закрывают щитками, чехлами или окрашивают их наружную часть меловой краской на казеиновом клее. На складах резиновые изделия хранят от отопительных приборов на расстоянии не менее, чем на 1 м. Особенно чувствительны к окислению материалы из сырой резины, так как повышенная температура способствует их самовулканизации.
Источник: carlines.ru
В машиностроении часто используется резина — сложная смесь, в которой основным компонентом является каучук. Резина обладает высокой эластичностью, которая сочетается с рядом других важнейших технических свойств: высоким сопротивлением разрыву и истиранию, газо- и водонепроницаемостью, химической стойкостью, высокими электроизоляционными свойствами и малым удельным весом. К недостаткам резины относятся ее невысокая теплостойкость и малая стойкость к действию минеральных масел (за исключением специальной маслостойкой резины).
Применение резины. Резиновые изделия находят самое широкое применение во всех отраслях народного хозяйства. Ассортимент резиновых изделий исчисляется в настоящее время десятками тысяч наименований. Основное применение резина находит в производстве шин.
Кроме шин, в автомобиле насчитывается около 200 самых различных резиновых деталей: шланги, ремни, прокладки, втулки, муфты, буфера, мембраны, манжеты и т. д.
Резина обладает высокими электроизоляционными свойствами, поэтому ее широко применяют для изоляции кабелей, проводов, магнето, защитных средств — перчаток, галош, ковриков.
Состав резины. В состав резины входят каучук, регенерат, вулканизирующие вещества, ускорители вулканизации, наполнители, мягчители, противостарители, красители. Каучук натуральный и синтетический является основным сырьем для получения резиновых изделий. В настоящее время резиновые материалы преимущественно производятся из синтетического каучука, который добывается из этилового спирта, нефти, природного газа и других веществ.
Регенерат — пластичный материал, получаемый путем переработки старых резиновых изделий и отходов резинового производства. Применение регенерата уменьшает содержание каучука в резиновой смеси, снижает себестоимость резиновых изделий и несколько повышает их пластичность.
Основным вулканизирующим веществом является сера. Изменяя количество серы в составе резиновых смесей, можно получить резину, обладающую различными степенями эластичности. Процесс химического соединения каучука с серой при нагревании называется вулканизацией. При получении эластичных резин сера вводится в количестве 1—4% от массы каучука. Резина, содержащая 25—35% серы, представляет собой твердый материал, называемый эбонитом. Для сокращения продолжительности и температуры вулканизации вводятся в небольшом количестве (0,5—2,5%) ускорители (каптакс, окись свинца и т. д.).
Наполнители бывают активные, неактивные и специальные. К активным наполнителям (усилителям) относятся сажа, цинковые белила, каолин и другие вещества, повышающие механические свойства резины (прочность на разрыв и сопротивление истиранию). Сажа является основным наполнителем для получения прочной резины, обладающей высоким сопротивлением истиранию. К неактивным наполнителям относятся тальк, мел, инфузорная земля и др. Их вводят с целью увеличения объема и удешевления резины. К специальным наполнителям относятся каолин и асбест, придающие резине химическую стойкость, и диатомит, повышающий электроизоляционные свойства резины.
Мягчители (пластификаторы) придают резиновой смеси мягкость, пластичность и облегчают ее обработку.
Противостарители — это вещества, предохраняющие резину от старения.
Основные виды резин. Армированной называют резину, внутрь которой введены прокладки из металлической сетки или спирали с целью повышения прочности и гибкости, что особенно важно для таких изделий, как автомобильные шины, приводные ремни, ленты транспортеров, трубопроводы и т. д. При ее приготовлении в резиновую смесь закладывают металлическую сетку, покрытую слоем латуни и обмазанную клеем, и подвергают одновременному прессованию и вулканизации.
Пористые резины по характеру пор и способу получения разделяются на губчатые — с крупными открытыми порами, однородные ячеистые — с закрытыми порами и микропористые. Способ их получения основан на способности каучука абсорбировать газы и на диффузии тазов через каучук. Пористая резина применяется при изготовлении амортизаторов, сидений, оконных прокладок, протекторных слоев покрышек.
Твердая резина, или эбонит, имеет темно-коричневую или красную окраску, теплостойкость от 50 до 90°С, выдерживает высокое пробивное напряжение (25— 60 кВ/мин).
Эбонит применяется для изготовления конструкционных деталей, измерительных приборов и различной электроаппаратуры и поставляется для этих целей в виде пластин, прутков и трубок двух марок: А и Б. Кроме этого, выпускаются, эбонитовые аккумуляторные моноблоки, сепараторы (в виде гладких и ребристых пластин) и различные детали для щелочных аккумуляторов.
Мягкие резины — это подавляющее большинство резин с самой различной твердостью, применяемые в производстве изделий промышленной техники, изделий широкого потребления и изделий электроизоляционного назначения.
- Технология лакокрасочных покрытий
- Краски и лаки
- Способы получения изделий из пластмасс
- Термопластичные пластмассы
Источник: mse-online.ru
5.2. Резиновые материалы
5.2.1. Состав
Число деталей на автомобиле, в которых в той или иной степени присутствует резина, превышает 500, а их масса составляет более 5 % общей массы легкового автомобиля и более 10 % грузового.
Наиболее важными из резиновых изделий на автомобиле являются шины, стоимость которых составляет 15—25 % стоимости грузового автомобиля, причем за время между ремонтами меняется от 2 до 4 комплектов шин.
Резина обладает следующими уникальными свойствмаи:
— эластична,
— способна поглощать ударные нагрузки и вибрацию,
— имеет низкую теплопроводность и звукопроводность,
— имеет хорошую механическую прочность,
— обладает высоким сопротивлением к истиранию,
— является хорошим электроизолятором,
— газо- и водонепроницаема,
— устойчива к агрессивным средам,
— легкая.
Резину получают вулканизацией резиновой смеси, в состав которой входят:
— каучук,
— вулканизирующие агенты,
— ускорители вулканизации,
— активаторы,
— противостарители,
— активные наполнители или усилители,
— неактивные наполнители,
— красители,
— ингредиенты специального назначения.
В зависимости от назначения в резину может входить часть перечисленных ингредиентов, но в ее составе всегда содержится каучук и вулканизирующий агент.
Каучук, являясь основой, определяет качество резины. В шинных резиновых смесях содержание каучука составляет примерно 50—60 % (по массе). Шинные заводы используют более 60 % производимого в России каучука. Каучук бывает натуральным и синтетическим.
Натуральный каучук добывают, главным образом, из млечного сока (латекса) каучукового дерева (гевеи), в котором его содержится до 40 %.
Для выделения каучука латекс обрабатывают уксусной кислотой, под действием которой он свертывается, и каучук легко отделяется. Затем полученный рыхлый сгусток промывают водой, прокатывают в листы, сушат и обычно коптят для устойчивости против окисления и действия микроорганизмов.
Натуральный каучук — это полимер непредельного углеводорода изопрена. Молекулы каучука имеют линейную структуру и представляют собой длинные нити, изогнутые, перепутанные, скрученные в клубки. Молекула каучука похожа на круглую незамкнутую пружину, которая при растяжении концов стремится сохранить прежнюю форму и размеры. При растяжении каучука его молекулы распрямляются, ориентируясь в направлении растяжения, затем вновь возвращаются в прежнее состояние.
Каучук легко вступает в химическую реакцию с кислородом, водородом, галогенами, серой. При комнатной температуре кислород и особенно озон, внедряясь в молекулы каучука, разрывает их и каучук становится хрупким.
В 1932 г. впервые в мире в СССР был получен синтетический каучук (в Германии — в 1938 г., в США — в 1942 г.). Сегодня химическая промышленность производит десятки разновидностей синтетического каучука, используя для этого самое экономичное сырье — попутные нефтяные газы и газы крекинга, что позволяет получать каучуки невысокой стоимости. Различные синтетические каучуки имеют определенные свойства. Одни обладают высокой механической прочностью, высокой морозостойкостью, другие высокой клейкостью, третьи повышенной маслобензостойкостью и термостойкостью.
5.2.2. Вулканизация резины
Ни натуральный, ни синтетический каучук изначально не обладает качествами, которые предъявляются резине. При понижении температуры каучук становится хрупким, при повышении теряет эластичность. Поэтому каучук смешивается с другими ингредиентами и подвергается вулканизации, в результате которой приобретаются эластичность и другие ценные качества.
Основным вулканизирующим агентом для шинных резин служит сера.
Вулканизация заключается в нагреве резиновой смеси до определенной температуры и выдержке в течение времени, достаточном для того, чтобы атомы серы соединили в некоторых местах двойных связей молекулы каучука, образовав резину — материал с пространственной структурой молекул. От количества серы зависит твердость резины. При содержании 40—60 % серы каучук превращается в эбонит — высокотвердый материал, который хорошо обрабатывается резанием.
Кроме серы могут применяться и другие вулканизирующие агенты.
Для каждой резиновой смеси устанавливаются оптимальные температура и время вулканизации. Для шинных резин температура вулканизации 130—140 °С.
Другими ингредиентами резиновой смеси являются:
— ускорители вулканизации, повышающие сопротивление старению;
— активаторы ускоряют и повышают предел прочности при растяжении;
— активные наполнители, повышающие прочность при растяжении, твердость и износостойкость материала, обычно это сажа (в покрышке примерно 25 % сажи);
— неактивные наполнители — асбестовая мука, увеличивает объем резиновой смеси и удешевляет материал без ухудшения его свойств;
— противостарители — 1—2 % массы каучука;
— пластификаторы способствуют лучшему смешиванию составных частей резины и изменяют некоторые ее качества;
— регенерат — специально обработанная резина из утильных покрышек камер, используется при частичной замене каучука;
— красители.
5.2.3. Физико-механические свойства резины
К основным свойствам резины относятся: прочность, эластичность, износостойкость, твердость.
Показателем прочности является предел прочности при растяжении (сжатии).
Мягкая резина из натурального каучука имеет предел прочности при растяжении 18—25 МПа. Для особых сортов мягкой резины этот показатель 30—35 МПа. Прочность резины из синтетического каучука меньше — от 15 до 25 МПа.
Эластичность — способность резины к многократным механическим обратимым деформациям, оценивается величинами относительного и остаточного удлинения при разрыве и относительного сжатия при предельной нагрузке, является процентным соотношением этих величин к начальной длине образца.
Для мягкой резины из натурального каучука относительное удлинение при разрыве составляет 500—800 %, а для некоторых даже 1000 %. У резины из синтетического каучука эластичность меньше — 450—550 %.
Относительное сжатие различных сортов резины составляет 40—50 %, т. е. резина способна сжиматься без разрушения примерно вдвое.
Во время движения автомобиля покрышка испытывает до 350 деформаций на 1 км пути, при этом боковины покрышки растягиваются, а беговая дорожка сжимается.
Износостойкость резины определяется энергией, затраченной на истирание 1 мм3 резины. Замер износостойкости производят на специальной установке, где образец резины прижимается с определенным усилием к вращающемуся диску с корундовой бумагой.
Твердость резины определяют с помощью игольчатого твердомера по величине погружения в нее притупленной иглы под
Рис. 5.4. Твердомер Шора: 1 — игла; 2 — зубчатые колеса; 3 — зубчатый сектор;
4 — головка; 5 — пружина; 6 — стрелка прибора
действием пружины прибора (рис. 5.4). По твердости резины делятся на мягкие, жесткие и твердые.
5.2.4. Армирование резиновых изделий
Армированием называется усиление материала или конструкции другим материалом. В автомобилестроении при использовании резины часто возникает необходимость сочетания ее с другими материалами для получения необходимых свойств. Наиболее часто встречается сочетание резина-ткань. Некоторые резиновые изделия (например, борт покрышки) армируются металлом.
Ткани, используемые в производстве автомобильных резиновых изделий, изготовляют из хлопчатобумажных, вискозных и капроновых нитей. Для изготовления деталей автомобильных шин применяют специальные ткани: корд, чефер, доместик и бязь.
Корд представляет собой ткань из крученых продольных нитей основы и тонких, редко расположенных, поперечных нитей, что позволяет хорошо прорезинить каждую нить. При деформации покрышки слабые поперечные нити быстро перетираются, а нити основы удерживаются слоем резины, обеспечивая каркасу прочность.
Из корда изготовляют каркас покрышки. Лучшим считается корд, который имеет наименьшее удлинение и утомляемость и создает меньшие потери на трение. Применение капронового и нейлонового корда снижает расход каучука на 15 %, увеличивает срок службы шин на 30—40 % и уменьшает потери на сопротивление качению. Недостаток капронового корда — значительное упругое удлинение нити, которое способствует разнашиваемости каркаса шины.
В последнее время широкое применение получил металлокорд, который изготовляют из стальных тросиков толщиной
0, 5—1,5 мм, свитых из проволоки диаметром 0,1—0,25 мм. Прочность металлокорда практически не снижается при увеличении температур. Срок службы шин с металлокордом при эксплуатации по дорогам с усовершенствованным покрытием примерно в два раза дольше, чем обычных. Недостатком металлокорда является невысокая усталостная прочность и большая стоимость.
Чефер, доместик и бязь являются тканями полотняного переплетения. Чефер изготовляют из особо прочных нитей и используют в деталях покрышек, не подвергающихся многократной деформации, например для изготовления крыльев и усилительных ленточек бортов покрышек. Прорезиненные доместик и бязь используют для обвертки проволочных колец бортов.
5.2.5. Резиновые клеи
Резиновый клей используется для промазывания поврежденных мест покрышек, камер и ремонтных материалов. Резиновый клей получают растворением клеевой саженаполненной резиновой смеси в бензине-растворителе.
Резиновые клеи бывают вулканизирующиеся и невулканизирующиеся. В дорожных условиях при наложении заплат из вулканизированной резины используют невулканизирующийся клей. Клей высыхает в результате испарения растворителя, и заплата удерживается на камере силами адгезии. Для ремонта с вулканизацией этот клей непригоден, так как в нем нет серы и других ингредиентов.
Вулканизирующийся клей является раствором сырой клеевой резины, содержащей серу, ускоритель вулканизации и сажу.
Вулканизирующийся клей применяется все реже, так как более удобен способ ремонта с помощью сырой клеевой резины и невулканизирующегося клея.
В последнее время из-за увеличения производства бескамерных шин для восстановления проколотых шин используют специальный клеевой состав из невулканизированного каучука.
5.2.6. Особенности эксплуатации резиновых изделий
Несмотря на высокую эластичность, резина обладает остаточной деформацией. Чем выше нагрузка и время ее воздействия, тем больше остаточная деформация. Поэтому покрышки следует хранить на специальных стеллажах поставленными на ребро и через каждые два-три месяца переворачивать их на 40—60°, меняя точку опоры. С этой же целью колеса автомобилей, поставленных на длительную стоянку, должны вывешиваться для полной разгрузки шин.
При понижении температуры эластичность резины уменьшается. Если температура ниже минус 10 — минус 15 °С, то резина становится сначала полужесткой, а потом жесткой; при температуре минус 40 — минус 45 °С шины делаются твердыми, хрупкими и малоспособными к обратимым деформациям. Лишь специальные морозостойкие сорта резины могут сохранять некоторую эластичность даже при минус 50 — минус 55 °С. Поэтому монтаж и демонтаж шин на морозе приводит, как правило, к разрушению боковин покрышек и образованию трещин на камере.
В начале движения при низких температурах окружающей среды, пока шина не прогрелась в результате внутреннего трения, необходимо воздерживаться от больших скоростей, выбирать дорогу с меньшими неровностями, не выполнять крутых поворотов и резких торможений.
Повышение температуры ведет к размягчению шины, ее эластичность снижается, а склонность к остаточной деформации возрастает. Эти явления заметны уже при температуре 60—70 °С, а при температуре 110—120 °С предел прочности уменьшается настолько, что возможно полное разрушение покрышки. Для уменьшения нагрева шин в летнее время необходимо делать остановки в пути, не превышать скорость движения, выдерживать нормы давления воздуха в шинах и нагрузки на колеса.
Растворители также сокращают срок службы резиновых изделий. От воздействия нефтепродуктов и таких жидкостей, как эфир, бензол, скипидар, резина набухает, снижаются прочность, эластичность и сопротивление истиранию. Поэтому следует оберегать резиновые изделия от контакта с ГСМ и растворителями для красок и эмалей.
Спирты, ацетон, глицерин, растительные масла и гликоли, а также слабые кислоты и щелочи практически не взаимодействуют с резиной. Кислоты и их пары приводят к уплотнению резины, теряется ее эластичность.
Со временем из-за взаимодействия резины с кислородом происходит ее старение. Резина делается жесткой, покрывается хрупкой коркой, которая легко снимается при деформации, вследствие чего образуется сеть сначала мелких, а затем глубоких трещин. В результате старения резина теряет эластичность, снижается ее предел прочности, увеличивается истираемость, изделие приходит в негодность.
Старение ускоряется под действием прямых солнечных (ультрафиолетовых) лучей и повышенных температур окружающей среды. Поэтому при длительном хранении покрышки закрывают щитками, чехлами или окрашивают их наружную часть меловой краской на казеиновом клее. На складах резиновые изделия хранят от отопительных приборов на расстоянии не менее, чем на 1 м. Особенно чувствительны к окислению материалы из сырой резины, так как повышенная температура способствует их самовулканизации.
Источник: carlines.ru