Состав, свойства и основные виды каучуков

Каучук — это эластичный полимерный материал, по­лучаемый коагуляцией (свертыванием, сгущением) ла­текса каучуконосных растений (натуральный каучук) или полимеризацией различных мономеров (синтетиче­ские каучуки).

Натуральный каучук получают из млечного сока тропического дерева гевеи бразильской или из других растений, где он содержится в виде отдельных включе­ний в клетках коры или листьев. Однако производство каучука из таких растений экономически нецелесооб­разно.

Латекс извлекают подсочкой гевеи, достигшей пяти­летнего возраста. Одно дерево дает в среднем 2—3 кг каучука в год.

Для получения каучука латекс подвергают желати­нированию (свертыванию), добавляют муравьиную или уксусную кислоту, промывают водой и прокатывают в листы, которые затем коптят.

Натуральный каучук подразделяют на 8 типов, включающих 35 сортов.

Наиболее ценным и распространенным типом нату­рального каучука является смокед-шит (копченый лист), изготавливаемый в виде более или менее прозрачных листов янтарного цвета с рифленой поверхностью.

Менее распространенный тип — светлый креп. При его получении к млечному соку перед желатинировани­ем добавляют для отбелки бисульфит натрия. Листы такого каучука непрозрачны, имеют кремовый оттенок.

Наименее ценный тип — пара-каучук, добываемый из дикорастущей гевеи старинным кустарным способом.

Натуральный каучук представляет собой полимер изопрена. Его плотность 910—920 кг/м³, морозостой­кость (температура стеклования) — 70°C, теплостой­кость +200°C. В воде, спирте, ацетоне, жирных кисло­тах практически не растворяется и не набухает. Раство­рим ib бензине, бензоле, толуоле, ксилоле, сероуглероде. Растяжение натурального каучука сопровождается вы­делением, сжатие — поглощением тепла. Необратимая часть теплового эффекта — причина нагрева натураль­ного каучука и резин, изготавливаемых на его основе. Так, температура массивных резиновых шин при боль­ших скоростях может достигать +200°C.

Взаимодействие натурального каучука с кислородом, озоном и другими окисляющими агентами приводит к его старению, т. е. снижению пластичности, повыше­нию хрупкости, появлению трещин.

Широкое использование натурального каучука на­чалось с 1839 г., когда была открыта его способность вулканизироваться, т. е. превращаться в резину.

В настоящее время основная масса натурального ка­учука перерабатывается в резину. Кроме этого, он ис­пользуется для получения клеев и лаков (растворы в бензине, бензоле, хлороформе, сероуглероде), как за­менитель гуттаперчи, в качестве присадки к смазочным маслам, для производства пластмасс, прочной упаковки для пищевых продуктов и других целей.

Синтетический каучук с 30-х годов нынешнего столе­тия вытесняет натуральный. Это обусловлено более вы­сокими качественными характеристиками последних и экономической эффективностью их производства, широ­кой доступностью и дешевизной используемого сырья, а также растущими потребностями, удовлетворить ко­торые за счет натурального каучука не представляется возможным.

Однако производство и потребление натурального каучука по-прежнему перспективно. Это объясняется тем, что синтетический каучук не может использоваться без добавок натурального, особенно для получения ре­зиновых технических изделий максимальной прочности, твердости, эластичности и износостойкости, а также ис­черпанием запасов нефти и ее удорожанием (для про­изводства современной шины необходимо 30 л нефти, в том числе 20 л—в качестве сырья и 10 л — в каче­стве энергетического топлива). Альтернативой этому является доказанная возможность использования в ка­честве сырья для производства синтетических каучуков угля.

Теоретические основы промышленной разработки синтетических каучуков были заложены в основном вы­дающимися отечественными учеными A. M. Бутлеровым, И. Л. Кондаковым, И. И. Остромысленским, A. E. Фа­ворским и др. Особенно большое значение имели иссле­дования С. В. Лебедева, послужившие основой промыш­ленного производства синтетических каучуков.

Первый в мире опытный завод по выпуску бутадие­нового синтетического каучука был пущен в СССР в 1933 г. В соответствии с решениями XXVII съезда КПСС в 1990 г. выпуск синтетических каучуков должен соста­вить 2,7—2,9 млн. т.

Отечественный каучук выпускается общего и специ­ального назначения. Его ассортимент насчитывает более 30 типов, включающих свыше 220 марок.

К синтетическим каучукам общего назначения отно­сятся бутадиеновые (СКД; СКБ), бутадиен-стирольные (CKC, CKMC), изопреновые (СКИ), этилен-пропилено­вые (СКЭП, СКЭПТ), хлоропреновые (наирит), бутил-каучук (БK) и др.

К синтетическим каучукам специального назначения принадлежат бутадиен-нитрильные (СКП), полисуль­фидные, кремнийорганические (CKT), уретановые (СКУ), фторосодержащие (СКФ), силоксановые, метил­винилпиридиновые (МБП) и др.

Бутадиеновые (дивиниловые) каучуки выпускаются стерео регулярные (СКД) и нестереорегулярные (СКБ). Их плотность 900—920 кг/м³, температура стеклования —52°C...-122°C.

Более прочными, эластичными, износо- и морозостой­кими являются стереорегулярные бутадиеновые каучуки. Они применяются для изготовления шин, транспортерных лент, износо- и морозостойких изде­лий.

Нестереорегулярные бутадиеновые каучуки используются в производстве технических и бытовых резиновых изделий. Однако ввиду низкого предела проч­ности при растяжении и невысокой морозостойкости их выпуск резко снижается.

Бутадиен-стирольные (дивинил-стирольные) каучуки являются важнейшими каучуками общего назначения. Их плотность 900—990 кг/м³. Отличаются стойкостью к ионизирующему излучению и кислотам.

Бутадиен-стирольные — CKC (бутадиен-метилстирольные—CKMC) каучуки выпускаются марок CKC-10 (CKMC-10), СКС-30 (СКМС-30), СКС-50 (СКМС-50), СКМС-30 APKM и др., где цифра — содержание связан­ного стирола, %, А — низкотемпературная полимериза­ция (около +5°C), К — применение канифольного эмульгатора, M — маслонаполненный каучук.

С повышением содержания стирола увеличивается прочность каучука при растяжении, сопротивление раз­рыву, снижается температура хрупкости, однако умень­шается эластичность и износостойкость.

Бутадиен-стирольные каучуки применяются в произ­водстве автомобильных покрышек и камер, масло-, бен­зо-, светоозоностойких и газонепроницаемых резиновых технических изделий.

Изопреновые синтетические каучуки (СКИ-30, СКИ-30В) обладают высокой прочностью, эластичностью, низким теплообразованием, хорошим сопротивлением старению, стойкостью к воде и спиртам. Однако не стой­ки к действию кислот, щелочей, хлороформа, толуола, склонны к кристаллизации при растяжении (при темпе­ратуре свыше 0°C) или без растяжения (при темпера­туре ниже 0°C). Их плотность 910—920 кг/м³, темпера­тура стеклования —70°C.

Изопреновые синтетические каучуки применяются вместо натуральных в производстве шин, изделий шир­потреба, транспортерных лент, изоляции кабелей и в других целях.

Этилен-пропиле новые каучуки обладают высокой эластичностью и прочностью, сочетающимися с хорошей озоно-, морозо- и теплостойкостью, устойчивостью к дей­ствию органических растворителей, кислот и щелочей, отличными диэлектрическими характеристиками. Их плотность 850—870 кг/м³, температура стеклования —55...—70°C.

Этилен-пропиленовые каучуки применяются для изо­ляции проводов и кабелей (СКЭП), в производстве хи­мически стойких шлангов, уплотнителей и других рези­новых технических изделий.

Хлоропреновый каучук (наирит) отличается высокой эластичностью и прочностью на разрыв, истирание и удар, стойкостью к разрастанию порезов и действию многократных деформаций, масло-, бензо-, озоно- и теп­лостойкостью, негорючестью. Однако у него относитель­но высокая плотность (1200—1240 кг/м³), повышенная кристаллизуемость при низких температурах и недо­статочная морозостойкость (температура стеклования -40°C).

Наирит используется главным образом в производст­ве конвейерных лент, ремней, рукавов, оболочки прово­дов и кабелей, защитных покрытий, а также клеев и ла­тексов.

Бутилкаучук, обладает низкой газопроницаемостью, стойкостью к действию воды, спиртов, эфиров, дихлорэтана, нитробензола, озона, кислорода, света и тепла. Его плотность 920 кг/м³.

Бутилкаучук применяется в производстве шин, про­резиненных тканей и резиновых технических изделий, стойких к действию высоких температур и агрессивных сред.

Бутадиен-нитральные (дивинил-нитрильные) каучуки обладают высокими бензо-, масло- и теплостойкостью (до +150°C), а также плотностью (940—1020 кг/м³). Они выпускаются марок СКН-18, СКН-26, СКН-40, CKTH, где цифра — содержание связанного акрилонит­рила, %, T — повышенная теплостойкость. С увеличени­ем содержания связанного акрилонитрила повышается прочность, износо-, масло- и бензостойкость каучуков, однако ухудшается эластичность и морозостойкость. Бу­тадиен-нитрильные каучуки применяются в качестве пластификатора в производстве пластмасс, а также для изготовления масло- и бензостойких резиновых техни­ческих изделий.

Полисульфидный каучук (тиокол) выпускается в твердом и жидком состоянии. Обладает стойкостью к растворителям, озону, кислороду, солнечному свету, хорошей газо-, влагонепроницаемостью, статичностью при хранении. Его плотность 127—160 кг/м³, температу­ра стеклования —23...—57°C. Тиокол используется для изготовления герметиков, масло- и бензостойких уплот­нителей и рукавов, а также для гуммирования резер­вуаров для хранения топлива. Резины, изготовляемые на его основе, отличаются невысокими механическими свойствами.

Кремнийорганические каучуки (CKT, СКТФ, СКТФВ, СКТФТ, CKTB) представляют собой прозрачный желе­образный продукт плотностью 960—980 кг/м³, темпера­турой стеклования 130°C. По морозостойкости и элек­троизоляционным свойствам превосходят все син­тетические каучуки. Физиологически инертны. Они применяются в качестве электроизоляционного и герме­тизирующего материала, в медицинской и авиационной промышленности, а также для изготовления резиновых технических изделий, эксплуатируемых при температу­рах -100...+250°C.

Уретановые каучуки (СКУ-7, СКУ-8, СКУ-50, СКУ-ПФ, СКУ-ПФЛ) выпускаются твердые (вальцуемые и термоэластопласты) и жидкие (литьевые) плотностью 930—1260 кг/м³, температура стеклования —44°C. Их особенностью являются устойчивость к действию масел, топлив, растворителей, ультрафиолетового и ионизиру­ющего излучений, озона, а также высокая удельная энергия когезии, благодаря чему резины на их основе отличаются уникальной прочностью и сопротивлением истиранию. Уретановые каучуки используются для изго­товления массивных шин, конвейерных лент, уплотните­лей, амортизаторов, искусственной кожи, подошв обуви, основы ковровых изделий.

Фторосодержащие каучуки (СКФ-26, СКФ-32, СКФ-260, СКФ-460) отличаются высокой термостойкостью (до +250°C и выше), устойчивостью к действию многих агрессивных сред и к тепловому старению. Они негорю­чи, стабильны при хранении, нетоксичны. Их плотность 180—186 кг/м³, температура стеклования —20°C. Фтор-каучуки являются дорогостоящим материалом и приме­няются для изготовления уплотнительных деталей, ис­пользуемых в химической промышленности, авиацион­ной и космической технике.