Каучуки и резины

и материалам на их основе, которые при нормальной температуре способны

к огромным обратимым деформациям.
Эластомеры  — полимеры, обладающие в диапазоне эксплуатации высокоэластичными свойствами.
Не все аморфные полимеры являются эластомерами.
Это зависит от его температуры стеклования: эластомеры обладают низкими температурами стеклования.

свойство некоторых полимеров, характерное для лишь при определенных значениях температур.

При нагревании каучук из эластичного состояния переходит в вязкотекучее. Силы взаимодействия между молекулами ослабевают, полимер не сохраняет форму и напоминает очень вязкую жидкость.
При охлаждении каучук из эластичного переходит в стеклообразное состояние, становится похож на твердое тело. Такой полимер легко и обратимо не растягивается при приложении нагрузки. Он сразу рвется, если нагрузка слишком велика.

низких температурах атомы в молекуле совершают тепловые колебательные движения около

своих равновесных положений.
С повышением температуры дополнительно к тепловым колебаниям атомов, частота которых увеличивается, начинается перемещение звеньев и групп звеньев — сегментов молекулы.
При высоких температурах возможно перемещение целых макромолекул.

обладают звенья и сегменты молекул.
Под действием напряжений кроме упругой

деформации происходит выпрямление участков-сегментов макромолекул без того, чтобы молекула в целом переместилась в новое положение. Достигаемые деформации в этих условиях могут быть очень велики.
Устранение деформирующей силы приводит к обратному скручиванию молекул и восстановлению размеров тела. Это происходит со скоростью, которая определяется временем релаксации этого процесса при данных условиях. Время релаксации этих процессов может быть весьма большое.

от температуры называется термомеханической кривой.
с

тем больший температурный интервал, чем больше молекулярная масса полимера.
Каучуки представляют

собой линейные или слаборазветвленные полимеры с высокой молекулярной массой.
У кристаллических полимеров высокоэластического состояния нет или оно выражено очень слабо, у них почти совпадают температура стеклования и температура текучести.

эластичные пластмассы.
Жесткие пластмассы разрушаются хрупко с незначительным удлинением при разрыве

(фенолоформальдегидные и полиэфирные пластмассы имеют модуль упругости более 1000 МПа).
Мягкие пластмассы (полиэтилен и др.) имеют модуль упругости 20— 100 МПа, для них характерно высокое относительное удлинение при разрыве.
Полужесткие пластмассы (полипропилен и др.) имеют промежуточные значения модуля упругости 400—1000 МПа.
Для эластичных пластмасс (резины и близких к ней материалов) модуль упругости не превышает 20 МПа, при нормальной температуре деформации их в основном обратимы.

коагуляции млечного сока (латекса) растений семейства гивей.
По химической природе

каучук представляет собой
полиизопрен.
Структура натурального каучука линейная или слаборазветвленная. Это дорогой, дефицитный продукт, составляющий 30% в общем объеме
потребления каучуков.

Чтобы заставить его вытекать, на коре дерева делают V-образные надрезы.

Со здорового дерева латекс можно собирать в течение 30 лет

Собранный на плантации латекс привозят на перерабатывающий завод. Здесь его моют, измельчают и шаг за шагом превращают в натуральный каучук — сырье, необходимое шинной промышленности

В натуральном каучуке содержится 90–96% углеводорода полиизопрена, это один из его основных компонентов.

фото слева). Справа — тот же материал, но прошедший пластикацию

Натуральный латекс, представляющий собой водную эмульсию каучука, содержит 34–37% каучука, 52-60% воды, а также белки, смолы углеводы и минеральные вещества. Из латекса каучук коагулируют органическими кислотами, промывают водой и прокатывают в листы, которые сушат и коптят дымом. Копчение предохраняет каучук от окисления и действия микроорганизмов. Пластикация каучука осуществляется путем многократного пропускания через подогреваемые вальцы, в результате чего материал приобретает повышенную пластичность, необходимую для приготовления резиновой смеси. 

звенья изопрена 98–100% в макромолекуле присоединены в цис-1,4-положении.
Молекула натурального

каучука может содержать 20–40 тыс. элементарных звеньев, его молекулярная масса составляет от 1 400 000–2 600 000.
Он нерастворим в воде, зато хорошо растворяется в большинстве органических растворителей.

Различия в пространственном расположении заместителей у каучука и гуттаперчи приводят

к тому, что и форма макромолекул этих веществ тоже различна. Молекулы гуттаперчи не закручены в клубки так, как каучук. Они вытянуты даже без нагрузок, поэтому гуттаперча менее эластична.

типов.
Возможно получение большого числа сополимеров (250 видов синтетических каучуков).
Синтетические

каучуки имеют более разветвленную структуру, чем натуральные. По свойствам отличаются от натуральных каучуков, могут
обладать свойствами неприсущими натуральным каучукам.
Из-за двойных связей синтетические каучуки способны образовывать сшитую структуру и отверждаться.
Основное их назначение - переработка в резину.

вулканизации каучука и в 1844 получил патент на свое изобретение.

Впоследствии оказалось, что натуральный каучук состоит в основном, на 93-94%, именно из полиизопрена.
В 1879 г., используя изопрен, полученный сложным химическим путем из скипидара,
Г. Бушарда в результате реакции полимеризации добился образования продукта, по своим свойствам очень близкого к каучуку. Спустя 6 лет ученик А. М. Бутлерова молодой русский химик А. Л. Кондаков осуществил первый синтез изопрена.
А в 1909 г. С.В. Лебедев получил первый каучукоподобный искусственный полимер из углеводорода дивинила(бутадиена)
Н2С=СН-СН=СН2.

макромолекул при температуре равной 140-1800С с помощью сшивающих агентов –

серы, селена, оксидов металлов - вулканизаторов.
Смесь каучука и вулканизатора называют сырой резиной. После вулканизации получают резину или вулканизат.

становится клейким (переходит в вязкотекучее состояние).
При охлаждении каучук становится

твердым и хрупким (переходит в стеклообразное состояние).

средах.
При нормальных температурах каучуки находятся в высокоэластическом состоянии; температура

их стеклования от —40 до —70 °С.
В большинстве случаев, полимерные цепи в них имеют двойные связи, которые при вулканизации образуют пространственную сетку, а производимая таким образом резина, приобретает свои особенные физико-механические характеристики.

заключается в том, что нагревание смеси каучука и серы приводит

к образованию трехмерной сетчатой структуры из линейных макромолекул каучука, придавая ему повышенную прочность.
Атомы серы присоединяются по двойным связям макромолекул и образуют между ними сшивающие дисульфидные мостики. Сетчатый полимер более прочен и проявляет повышенную упругость – высокоэластичность.
В зависимости от количества сшивающего агента (серы) можно получать сетки с различной частотой сшивки.
Предельно сшитый натуральный каучук – эбонит – не обладает эластичностью и представляет собой твердый материал.

сшивания полиизобутилена. Они осуществили сополимеризацию изобутилена с небольшим количеством изопрена.

Примерно один или два из каждой сотни повторяющихся звеньев является изопреновым звеном, которое показано синим. Такие звенья содержат двойные связи, а это значит, что этот сополимер можно сшить при помощи процесса вулканизации, точно так же, как и натуральный каучук.

А это сополимер изобутилена с изопреном:

Вот молекула изопрена:

которая используется для изготовления таких вещей, как подошвы для обуви,

протекторы автомобильных покрышек, а также и в других местах, где важна износостойкость.
Этот сополимер относится к типу блочных сополимеров. Его основная цепь состоит из трех сегментов. Первый сегмент - это длинная цепочка полистирола, посередине идет длинная цепочка полибутадиена, а последний сегмент - другая длинная цепочка полистирола. Вот как это выглядит:

Полистирол является твердым и прочным пластиком, и это придает стирол-бутадиеновому каучуку свойственную ему износостойкость. Полибутадиен - это резиноподобный материал, и он придает СБС упругие свойства.

образованные блоками полистирола, связывают вместе полибутадиеновые блоки. Это значит, что

различные кластеры полистирола будут связаны между собой полибутадиеновыми блоками. Кластеры полистирола разваливаются при нагревании бутадиенстирольного каучука, поэтому его можно обрабатывать и использовать повторно точно так же, как и несшитый полимер.

содержит ионные боковые группы.
Обычно основная цепь молекулы полимера бывает

неполярной. Неполярные основные цепи молекул группируются вместе, а полярные ионные группы - тоже соберутся в кластеры.
Происходит образование связей между основными цепями молекул посредством кластеров ионных групп, точно так же, как и при обычном сшивании.

Полярные ионные группы образуют кластеры.

При нагревании иономер теряет свои связи и его можно обрабатывать и вторично использовать.

% серы)
твёрдые (30-50 % серы) (эбонит).

другие компоненты:
1. наполнители:
- активные (усиливающие). Для увеличения прочности и износостойкости

в состав резины входят мелкодисперсные поверхностно активные вещества (сажа, оксиды металлов).
- неактивные (инертные). Применяют для снижения себестоимости: мел, тальк, каолин, глина, отходы резинового производства.
2. красители
3. антиоксиданты – вещества препятствующие окислению резины.
4. пластификаторы
5. противостарители
6. порообразователи, при добавлении которых образуется пористая или губчатая резина.

напряжение растяжения (сила, деленная на единицу площади поперечного разреза), требуемое,

чтобы разрушить предмет.
удлинение при разрыве; Показывает на сколько процентов удлиняется материал, прежде чем разорвется
сопротивление раздиру; Раздир, как и разрыв, является одним из видов испытаний резин на прочность. Разница между ними сводится к тому, что при раздире участок максимальной концентрации напряжения заранее задается нанесением специальных надрезов или выбором формы образца.
твердость; характеризуется способностью металла противостоять проникновению в него другого, более твердого тела.
показатели износостойкости; Это свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определённых условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости изнашивания или интенсивности изнашивания.
коэффициент трения. Устанавливает пропорциональность между силой трения и силой нормального давления, прижимающей тело к опоре. Коэффициент трения является совокупной характеристикой пары материалов которые соприкасаются и не зависит от площади соприкосновения тел.
коэффициент морозостойкости по ГОСТ 10672 - 63 - определяют при статическом и динамическом сжатии как отношение деформации при заданных нагрузке и пониженной температуре - к деформации при той же нагрузке и температуре 20° С.

твердость).
По износостойкости при температуре до 100° С и умеренном давлении

резины превосходят сталь, но с повышением температуры более 150° С скорость изнашиваемости возрастает.
Специфический вид изнашивания резин - скатывание – при трении микронеровности поверхности деформируются, сворачиваются в «скатку» и при дальнейшем трении отрываются.
Для увеличения устойчивости к износу снижают коэффициент трения – обрабатывают поверхность фторсодержащими смолами, фторируют или бромируют, подвергают радиационному излучению. В результате получается сверхскользкие резины, которые широко используются в машиностроении.

(способность поглощать удары);
4. высокое сопротивление к истиранию и многократным изгибам;
5.

легкость (небольшая плотность);
6. высокая химическая устойчивость к действию различных сред, а также к жидкому топливу, маслам;
7. газо- и водонепроницаемость;
8. высокие диэлектрические свойства;
9. высокая стойкость к радиоактивному излучению.
Отрицательные:
1. высокая склонность к старению;
2. сложная утилизация отходов производства и отслуживших изделий.

назначения (универсальные);
- специальные.
К резинам общего назначения относят резины на основе

неполярных каучуков - НК, СКБ, СКС, СКИ.
Такие резины могут работать в водных и воздушных средах, слабых растворах кислот и щелочей
при температуре -450С - +1350С.
Из этих резин изготовляют шины, ремни, рукава, транспортерные ленты, изоляцию кабелей, различные резинотехнические изделия.

в жирных и ароматических растворителях (бензине, бензоле, хлороформе, сероуглероде и

др.), образуя вязкие растворы, применяемые в качестве клеев.
При нагревании выше 80—100°С каучук становится клейким и при 200°С начинает разлагаться.
При температуре — 70°С НК становится хрупким. Обычно НК аморфен. Однако при длительном хранении возможна его кристаллизация. Кристаллическая фаза возникает также при растяжении каучука, что значительно увеличивает его прочность.
Для получения резины НК вулканизуют серой.
Резины на основе НК отличаются высокой эластичностью, прочностью, водо- и газонепроницаемостью, высокими электроизоляционными свойствами.

стало возможным в связи с применением новых видов катализаторов (например,

лития).
По строению, химическим и физико-механическим свойствам СКИ близок к натуральному каучуку.
В каучук СКИ-3Д предназначен для электроизоляционных резин, СКИ-ЗВ - для вакуумной техники. Стереорегулярные кристаллизующиеся каучуки позволяют получать вулканизаты повышенной прочности.

СКД (стереорегулярный) каучуки являются полимерами бутадиена (дивинила):
—СН2—СН=СН—СН2—

В. Лебедева.
Он является некристаллизующимся каучуком и имеет низкий предел

прочности при растяжении, поэтому в резину на его основе необходимо вводить усиливающие наполнители (сажу, окись цинка и др.).
Морозостойкость СКБ невысокая ( — 40 - 45°С).
Он набухает в тех же растворителях, что и НК.
Выпускают дивинильные стереорегулярные каучуки СКД, который по основным техническим свойствам приближается к НК.
Дивинильные каучуки вулканизуются серой аналогично натуральному каучуку.

стирола (СН2 = СН — С6Н5). В зависимости от процентного содержания

стирола каучук выпускают нескольких марок: СКС-10, СКС-30, СКС-50, где 30-доля стирольных звеньев в макромолекуле.
Свойства зависят от числа стирольных звеньев. Так, например, чем больше стирола, тем выше прочность, но ниже морозостойкость.
СКС-30 устойчив к истиранию, многократным деформациям. Из него получают резины с хорошим сопротивлением старению и хорошо работающие при многократных деформациях. По газонепроницаемости и диэлектрическим свойствам они равноценны резинам на основе НК.
Каучук СКС-10 можно применять при низких температурах (-74 -77°С). При подборе соответствующих наполнителей можно получить резины с высокой механической прочностью.

электротехнические,
стойкие к гидравлическим жидкостям.
Маслобензостойкие резины получают на основе хлоропренового

каучука (наирит), СКН (бутадиен-нитрильного каучука) и тиокола (полисульфидный каучук).

— СН = СН2.
Вулканизация может производиться термообработкой, даже без серы.

Резины на основе наирита обладают высокой эластичностью, вибростойкостью, озоностойкостыо, устойчивы к действию топлива и масел, хорошо сопротивляются тепловому старению. (Окисление каучука замедляется экранирующим действием хлора на двойные связи).
По теплостойкости и морозостойкости ( — 35— 40°С) они уступают как НК, так и другим СК.
Электроизоляционные свойства резины на основе полярного наирита ниже, чем у резины на неполярных каучуках.
За рубежом полихлоропреновый каучук выпускается под названием неопрен, пербунан-С.

акриловой кислоты: - СН2 - СН = СН - СН2 -

СН2 - CHCN –
В зависимости от состава каучук выпускают следующих марок: СКН-18, СКН-26, СКН-40. (Зарубежные марки хайкар, пербунан, буна-N и др.).
Присутствие в молекулах каучука группы CN сообщает ему полярные свойства. Чем выше полярность каучука, тем выше его механические и химические свойства и тем ниже морозостойкость (например, СКН-18 от -50 до -60 °С, СКН-40 от -26 до -28°С).
Вулканизируют СКН при помощи серы.
Резины на основе СКН обладают высокой прочностью, хорошо сопротивляются истиранию, но по эластичности уступают резинам на основе НК, превосходят их по стойкости к старению и действию разбавленных кислот и щелочей.
Маслобензостойкие резины могут работать в среде бензина, топлива, масел в интервале температур от — 30 - 50 до 100-130°С.
Резины на основе СКН применяют для производства ремней, транспортерных лент, рукавов, маслобензостойких резиновых деталей (уплотнительные прокладки, манжеты и т. п.).

соединениями щелочных металлов: .. — СН2 — СН2 — S2 —

S2 — ... Тиокол вулканизуется перекисями.
Присутствие в основной цепи макромолекулы серы придает каучуку полярность, вследствие чего он становится устойчивым к топливу и маслам, к действию кислорода, озона, солнечного света.
Сера также сообщает тиоколу высокую газонепроницаемость (выше, чем у НК), поэтому тиокол — хороший герметизирующий материал.
Механические свойства резины на основе тиокола невысокие. Эластичность резин сохраняется при температуре
— 40 — 60°С. Теплостойкость не превышает 60 —70°С. Тиоколы новых марок работают при температуре до 130°.

представляет собой кремнийорганическое (полисилоксановое) соединение с химической формулой: ... -Si(CH3)2-O-Si(CH3)2- ... Каучук

вулканизуется перекисями и требует введения усиливающих наполнителей (белая сажа).
Присутствие в основной молекулярной цепи прочной силоксановой связи придает каучуку высокую теплостойкость. Так как СКТ слабо полярен, он обладает хорошими диэлектрическими свойствами.
Диапазон рабочих температур СКТ составляет от —60 до + 250°С.
Низкая адгезия, присущая кремнийорганическим соединениям (вследствие их слабой полярности), делает СКТ водостойким и гидрофобным (например, применяется для защиты от обледенения).
В растворителях и маслах он набухает, имеет низкую механическую прочность, высокую газопроницаемость, плохо сопротивляется истиранию.

виды силоксановых каучуков.
Каучук с винильной группой (СКТВ) устойчив к

тепловому старению и обладает меньшей текучестью при сжатии, температура эксплуатации от - 55 до. + 300°С.
Вводя фенильную группу (С6Н5), получают каучук (СКТФВ), обладающий повышенной морозостойкостью ( -80 - 100°С) и сопротивляемостью действию радиации.
Можно сочетать различные радикалы, обрамляющие силоксановую связь.
Фенилвинилсилоксановый каучук имеет повышенные механические свойства.
Если ввести в боковые группы макромолекулы СКТ атомы F или - CN, приобретается устойчивость к топливу и маслам.
Введение в основную цепь атомов бора и фосфора дает возможность повысить теплостойкость резин до 350 -4000С и увеличить их клеящую способность.

Например, резины на основе СКС-10 и СКД могут работать при

температуре до — 600С; НК, СКБ, СКС-30, СКН до - 50°С, СКТ ниже - 75°С. Светоозоностойкие резины вырабатывают на основе насыщенных каучуков — фторсодержащих (СКФ), этиленпропиленовых (СКЭП), бутилкаучука.
Фторсодержащие каучуки получают сополимеризацией ненасыщенных фторированных углеводородов
(например, CF2 = CFCl, СН2 = CF2 и др.).
Отечественные фторкаучуки выпускают под марками СКФ-32, СКФ-26; зарубежные — Кельэф и Вайтон.
Они устойчивы к тепловому старению, маслам, топливу, различным растворителям, даже при повышенных: температурах, негорючи.
Вулканизованные резины обладают высоким сопротивлением истиранию. Теплостойкость длительная (до 300°С).

собой белую каучукоподобную массу, которая обладает высокой прочностью и эластичностью,

очень устойчива к тепловому старению, имеет хорошие диэлектрические свойства.

Резины на основе фторкаучуков и этиленпропилена стойки к действию» сильных окислителей (HNO3, H2O2 и др.), применяются для уплотнительных изделий, диафрагм, гибких шлангов и т. д., не разрушаются при работе в атмосферных условиях в течение нескольких лет.

обладают высокой прочностью, эластичностью, сопротивлением истиранию, маслобензостойкостью. В структуре каучука

нет ненасыщенных связей, поэтому он стоек к кислороду и озону, его газонепроницаемость в 10 — 20 раз выше, чем у НК. Рабочие температуры резин на его основе составляют от - 30 до + 130°С. Уретановые резины стойки к воздействию радиации. Зарубежные названия уретановых каучуков — адипрен, джентан S, эластотан.
Резины на основе СКУ применяют для автомобильных шин, для транспортировки абразивных материалов, обуви.

для изоляции токопроводящей жилы проводов и кабелей, для специальных перчаток

и обуви, изготовляют только на основе неполярных каучуков НК, СКБ; СКС, СКТ и бутилкаучука.
Электропроводящие резины для экранированных кабелей получают из НК, СКН, наирита, особенно из полярного каучука СКН-26 с введением в состав углеродной сажи и графита (65 — 70%).

На изготовление комплекта покрышек для малолитражного автомобиля нужно около 20

кг каучука, причем, как правило, разных сортов и марок, а для 40-тонного самосвала - почти 1900 кг. Меньшая половина СК идет на все остальные виды резиновых изделий для техники (их около 50 тыс.), быта, спорта.

изделия (кольца, прокладки, уплотнители), защитные детали, клеи и латексы, резиновые

пластины, листы, коврики, покрытия для полов, электроизоляционные изделия, изделия медицинского и бытового назначения, прорезиненные ткани, резиновая обувь.

всецело зависимой от природного каучука, однако синтетический каучук не вытеснил

природный, объем производства которого по-прежнему возрастает, а доля натурального каучука в общем объеме производства каучука составляет 30%.

Индонезия, Малайзия, Вьетнам, Китай). Благодаря уникальным свойствам натурального каучука, он

незаменим при производстве крупногабаритных шин, способных выдерживать нагрузки до 75 тонн.
Лучшие фирмы-производители изготавливают покрышки для шин легковых автомобилей из смеси натурального и синтетического каучука, поэтому до сих пор главной областью применения натурального каучука остается шинная промышленность (70%). Кроме того, натуральный каучук применяется при изготовлении конвейерных лент высокой мощности, антикоррозийных покрытий котлов и труб, клея, тонкостенных высокопрочных мелких изделий, в медицине и т.д.

местные виды растений. В Советском Союзе систематический поиск растений-каучуконосов предпринимался

в 1930-х, общий список таких растений составил 903 вида.
Наиболее эффективные каучуконосы, в частности Тянь-Шанский одуванчик кок-сагыз, выращивали на полях России, Украины, Казахстана, работали заводы по выделению каучука, который по качеству считался не уступающим каучуку из гевеи. В конце 1950-х с увеличением производства синтетического каучука возделывание одуванчика-каучуконоса было прекращено.