Формирование изделий из резины

Натуральный и синтетический каучук.

Основой натурального каучука является млечный сок (латекс) каучуконосных растений. Латекс представляет собой молочно-белую жидкость со слабым желтым, розовым или сероватым оттенком.

Синтетические каучуки (натрий-бутадиеновые, бутадиен-стирольные, изопреновые, бутадиен-нитрильные, хлоропреновые и др.) получают методами полимеризации и поликонденсации.

Впервые технологию получения синтетического натрий-бутадиенового каучука разработал советский ученый С. В. Лебедев. Для получения каучука пары этилового спирта при температуре 400-500° в присутствии катализатора в контактной печи разлагаются с образованием 26-28% бутадиена (дивинила) и других продуктов - этилена, ацетилена, изобутилена, альдегидов, высших спиртов и др. Бутадиен отделяют от спирта и примесей и подвергают полимеризации с помощью металлического натрия. Полученный в результате полимеризации каучук обрабатывают в вакуум-мешалке (для удаления летучих примесей и придания ему однородности), а затем - на листовальных или рафинирующих вальцах.

Наиболее распространенным является бутадиен-стирольный каучук, в котором около 30% бутадиена заменено стиролом (бесцветной с острым запахом жидкостью, кипящей при температуре 143°). Этот каучук получают совместной полимеризацией бутадиена и стирола, взятых в соотношении 7:3.

Хлоропреновый каучук получают в результате полимеризации хлоропрена в эмульсии. Промышленностью выпускается два вида хлоропреновых каучуков - наирит и наирит С. Наирит - продукт полимеризации хлоропрена; наирит С получают совместной полимеризацией хлоропрена с небольшим количеством стирола. Стирол в наирите облегчает переработку каучука.

Приготовление резиновых смесей. Первичной операцией переработки натурального каучука является вулканизация, в процессе которой образуются поперечные химические связи между молекулярными цепями каучука. Этот процесс может происходить под влиянием химической реакции, световой и тепловой энергии, радиации и др.

Вулканизация может быть горячей и холодной и протекает с присутствием серы как вулканизирующего вещества и ускорителей, активаторов и др. При горячей вулканизации резиновую смесь с серой, окисью цинка и некоторыми другими веществами выдерживают определенное время при температуре 130-170°.

Холодная вулканизация протекает в растворах полухлористой серы при комнатной температуре.

Свойства резины в значительной степени определяются дозировкой серы. Для получения мягкой резины в смесь вводят от 1,5 до 6 весовых частей серы на 100 весовых частей каучука. При увеличении серы до 30-40 весовых частей получается жесткая резина, называемая эбонитом. Для придания резине требуемых свойств в исходную смесь каучука вводят различные материалы, называемые ингредиентами. В зависимости от свойств и назначения ингредиенты делятся на вулканизирующие, ускорители вулканизации, активаторы ускорителей, усилители, красители, наполнители, мягчители, противостарители и др.

Наибольшее распространение как вулканизирующее вещество имеет сера.

Ускорителисокращают время вулканизации, уменьшают потребное количество серы, позволяют снизить температуру процесса. При вулканизации они взаимодействуют не только с серой, но и с каучуком, что оказывает непосредственное влияние на образование пространственных структур резины. В качестве ускорителей применяют окись магния и свинца, гидроокись кальция, окись цинка. Для ускорения вулканизации натрий-бутадиенового каучука применяют едкий натрий, углекислый и двууглекислый натрий. При вулканизации эбонитовых смесей применяют окись магния.

Активаторысокращают время вулканизации и повышают прочность резины. Для органических ускорителей в качестве активаторов применяют цинковые белила и окись магния. Употребляемые в качестве активаторов окислы металлов в присутствии жирных кислот (стеариновой, олеиновой и др.) обеспечивают переход ускорителей в солеобразное состояние, что способствует лучшему их растворению в смесях. Это облегчает взаимодействие серы и ускорителей.

Наполнителив зависимости от влияния на резиновую смесь разделяют на активные (усилители) и неактивные. Активные наполнители вводят в резиновую смесь как для увеличения ее объема, так и для улучшения свойств резины, неактивные - только для увеличения объема. К активным наполнителям относят сажу (вводят 30-60%), цинковые белила (20-25%), каолин (до 50%), белую сажу (до 60%). Белая сажа (коллоидная кремнекислота) вводится как усилитель в синтетические каучуки. Каолины повышают маслостойкость и теплостойкость резины, однако резина с каолином имеет невысокую прочность на разрыв.

Для придания резине требуемой окраски в смесь вводят органические и неорганические красители, отличающиеся светостойкостью, устойчивостью при вулканизации и большой красящей способностью (окись титана и хрома, цинковые белила, охра).

Для облегчения смешения каучука с порошковыми материалами и обработки резиновой смеси в нее вводят в количестве 5-20% мягчители(мазут, гудрон, масла, каменноугольные смолы, сосновую смолу, канифоль, растительные масла, стеариновую и олеиновые кислоты, полидиены и др.).

Под длительным действием кислорода воздуха происходит старение резины, заключающееся в изменении физических, химических и механических свойств. Для предохранения от старения в состав резиновых смесей вводят в количестве 0,5-2% от веса каучука противостарители- вещества, вступающие в химическое взаимодействие с кислородом и предохраняющие этим резину от старения. В качестве противостарителей используют неозод Д (порошок светло-серого или светло-коричневого цвета) и эджерайт (смола желтого цвета с температурой плавления 65-70°) и др.

Для облегчения технологических операций в резиновые смеси вводят ингредиенты специального назначения: ускорители пластикации; вещества, предотвращающие преждевременную вулканизацию; облегчающие вулканизацию эбонита; повышающие морозостойкость волокнистые вещества (асбест); абразивную пыль, придающую резине свойства шлифующих материалов, и др.

Перед смешением с ингредиентами каучук подвергают пластикации, что увеличивает его пластичность и мягкость. Пластикация производится в валковых резиносмесителях или червячных пластикаторах. При этом натуральный каучук благодаря механическому воздействию, нагреву (до 150-200°) и окислению кислородом воздуха становится пластичным и легко смешивается с сыпучими материалами.

Смешение каучука с ингредиентами происходит механическим способом на вальцах или в смесителях. Качество смеси зависит от равномерности распределения ингредиентов в каучуке и соблюдения оптимальных режимов смешения. Увеличение времени смешения оказывает положительное влияние на качество смеси до определенного предела, превышение которого вызывает ухудшение качества смеси.