Ukrayna ta'lim va fan vazirligi donetsk milliy universiteti kimyo fakulteti

1. Резина как многокомпонентная система

Резина представляет собой сложную многокомпонентную систему, состоящую из полимерной основы и различных химических добавок (ингредиентов). Основным подготовительным процессом при выпуске любых резиновых изделий является приготовление резиновых смесей; качество смешения во многом определяет технологические свойства промежуточных материалов и технические характеристики получаемых резин. Сложность состава резиновых смесей, различное агрегатное состояние исходных продуктов, большие различия в дозировках отдельных ингредиентов требуют большой тщательности при развеске и транспортировке материалов и строгого соблюдения технологического режима. Поэтому без высокого уровня механизации и автоматизации процесса невозможно добиться его стабильности и надежности в обеспечении требуемого качества резиновых смесей.

Для получения резины применяют высокомолекулярные полимеры с низкой температурой перехода из стеклообразного или твердого кристаллического состояния в высокоэластичное — эластомеры. Эластомеры, которые могут быть переработаны в резину, обычно называются каучуками. Большинство каучуков превращается в резину при возникновении между их макромолекулами прочных поперечных связей и образовании пространственной сетки. До 1932 г. практически единственным материалом, из которого получали резину, был натуральный каучук (НК). В настоящее время в шинной промышленности используют как натуральный каучук, так и сравнительно небольшой круг синтетических каучуков общего назначения: синтетический цис-изопреновый (СКИ-3), бутадиеновый (СКД), бутадиен-альфа-метилстирольный (БСК), бутилкаучуки и до 40—50 видов ингредиентов. Промышленность резиново-технический изделий (РТИ) использует, кроме названных, до 30 типов каучуков специального назначения, и число применяемых ингредиентов намного больше (до 100) [1].

Кроме каучуков при изготовлении резиновых изделий применяются различные компоненты (ингредиенты), которые необходимы как для осуществления химических превращений каучуков в процессах их переработки (повышение пластичности, поперечное сшивание и др.), так и для придания резиновым изделиям определенных свойств.

По своему действию ингредиенты разделяются на вулканизующие агенты, ускорители и активаторы вулканизации, наполнители, пластификаторы, противостарители и др [2]. Они относятся к различным классам химических соединений: от элементарной серы и оксидов металлов до органических веществ весьма сложного строения; их содержание колеблется от долей до десятков процентов от содержания каучука. Для улучшения физико-механических свойств резин: износостойкости, прочности, твердости и ряда других — применяют большие количества тонкодисперсного технического углерода (сажи). Большую роль среди них играют так называемые ускорители вулканизации – органические соединения, содержащие серу или азот. Они значительно сокращают время и снижают температуру процесса, а иногда позволяют проводить его вообще без нагревания (холодная вулканизация). Благодаря этим добавкам можно уменьшить количество вводимой серы. Очень важны также противостарители, которые уменьшают влияние кислорода воздуха на резину. С течением времени кислород присоединяется к оставшимся в молекулах резины двойным связям и усиливает тем самым образование сетчатых молекул, при этом резина теряет свои характерные качества и становится твердой и ломкой. Противостарители – это антиокислители. Для приобретения необходимых свойств и увеличения в весе в каучук-сырец добавляют наполнители – сажу, мел, окись цинка и т.д. Выделяют две группы наполнителей:

1. активные наполнители, которые улучшают качество каучука. К ним среди прочих относятся активная газовая сажа, окись цинка и каолин;

   
   

2. инертные наполнители, которые лишь увеличивают вес продукта, например, сажа, мел и тяжелый шпат.

   
   

Наиболее активным наполнителем оказалась поверхностно-активная газовая сажа, которая может быть получена сжиганием газа при недостатке кислорода. Сегодня нет ни одного сорта резины, который не содержал бы различных примесей и наполнителей. Примеси и наполнители могут составлять значительную часть общего веса, а нередко вообще превышают вес самого каучука.

Большинство резиновых изделий изготовлено не из одной резины, а содержит текстильные или металлические армирующие материалы. К ним относятся волокна, нити, проволока, металл. В качестве примера можно привести современную автомобильную шину, в которой текстильные материалы (корд) составляют 15— 35% массы.

В резиновой промышленности применяют как природные, так и химические волокна — искусственные и синтетические. Природные волокна неуклонно вытесняются химическими, резко увеличивается производство и применение синтетических волокон, расширяется их ассортимент. Основную долю синтетических волокон составляют полиамидные и полиэфирные.

Сырье и материалы составляют главную часть всех затрат при производстве резиновых изделий, причем высокая материалоемкость производства приводит к большим затратам на транспортирование сырья и хранение его на складах.