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

Рис.9. Аппараты для вулканизации: а-вулканизационный котел, б - вулканизационный гидравлический пресс, в- вертикальный литьевой гидравлический пресс [4].

3.Технологические свойства каучуков и резины

Общая деформация полимеров может рассматриваться как сумма трех составляющих: упругой, высокоэластической и пластической. Для каучуков и резиновых смесей при обычных температурах и скоростях нагружения доля упругой деформации всегда мала, поэтому их следует отнести к упруговязким материалам. В отличие от каучуков и резиновых смесей в вулканизованной резине благодаря образованию пространственной сетки существенно снижается доля пластической необратимой составляющей деформации, и деформация приобретает преимущественно высокоэластический обратимый характер в широком интервале температур. Поэтому резину относят к вязкоупругим материалам [9].

При деформировании с бесконечно малой скоростью каучук и резиновые смеси по своим свойствам подобны жидкости, напряжение в них приближается к нулю, в то же время резина ведет себя как твердое упругое тело, в котором напряжение сохраняет конечное значение. Таким образом, свойства, характерные для каучука и резиновых смесей, в значительной степени определяют их поведение при переработке, что, в свою очередь, влияет на качество готового изделия.

Условия работы резиновых изделий очень разнообразны. Свойства резиновых смесей и резин зависят от большого числа различных факторов. Для обеспечения надежного контроля производства и возможности прогнозирования поведения резины в реальных условиях эксплуатации, а также для выявления влияния состава и способа производства резины на ее свойства помимо общепринятых определений физических характеристик существует много строго регламентированных методов физико-механических испытаний каучуков и резин.

Важнейшими характеристиками технологических свойств каучуков и резиновых смесей являются пластоэластические и адгезионные (клейкость) свойства, а для резиновых смесей еще и способность к вулканизации (вулканизуемость). Для оценки поведения каучуков и резиновых смесей в процессах смешения и формования одним из важнейших показателей является соотношение пластической и высокоэластической составляющих в общей деформации, или пластоэластические свойства [10]. Под пластичностью материала понимают легкость деформирования и способность сохранять форму после снятия деформирующей нагрузки. Эластические свойства обычно характеризуются обратимой деформацией материала, или эластическим восстановлением. Сопротивление необратимому изменению образца обусловлено вязкостью каучуков и резиновых смесей. Полное представление о пластоэластических свойствах материалов можно получить, рассматривая их изменения в зависимости от температуры и скорости деформации. Существенное изменение пластичности в зависимости от температуры указывает на термопластичность и способность материалов к формованию.

В процессе вулканизации резиновой смеси происходит уменьшение пластических и увеличение высокоэластических свойств. Поэтому от изменения пластоэластических свойств при нагревании резиновой смеси зависит вулканизуемость резиновых смесей.

При переработке на технологическом оборудовании и хранении резиновых смесей в условиях повышенных температур вследствие взаимодействия каучука с вулканизующими агентами может произойти нежелательное изменение пластоэластических свойств, которое называют преждевременной вулканизацией или подвулканизацией.

Склонность к подвулканизации, или способность к преждевременной вулканизации, характеризуют временем, в течение которого резиновая смесь, нагреваемая при данной температуре (обычно при 100°С), сохраняет неизменные пластоэластические свойства. Применяемые в настоящее время методы оценки пластоэластических свойств позволяют определить пластические свойства материала в строго ограниченных условиях (скоростях сдвига и температурах), как правило, в условных единицах.

Пластоэластические свойства каучука и резиновых смесей оцениваются в основном следующими способами [11]:

• по изменению высоты образца при сжатии между плоскопараллельными плитами или площадками;

  
  

• по сопротивлению деформации сдвига между подвижной и неподвижной поверхностями;

  
  

• по скорости истечения под давлением через калиброванные отверстия;

  
  

• по скорости вдавливания в материал под нагрузкой твердого наконечника.

  
  

В настоящее время в резиновой промышленности для оценки сопротивления деформации сдвига между подвижной и неподвижной поверхностями наиболее часто используют приборы типа сдвигового ротационного дискового вискозиметра Муни. При испытании определяют момент сопротивления вращению ротора в материале (М) в зависимости от продолжительности испытания при частоте вращения 2 об/мин при постоянной заданной температуре. Момент сопротивления выражают в условных единицах и называют «вязкостью по Муни» [8].

Склонность резиновых смесей к подвулканизации обычно оценивают по степени изменения пластичности, жесткости или вязкости по Муни в зависимости от длительности их прогрева при температурах 100—125 °С.

В настоящее время для оценки склонности резиновых смесей к подвулканизации наибольшее применение находят ротационные вискозиметры. Склонность к подвулканизации характеризуют временем начала подвулканизации T, за которое вязкость образца по Муни превысит минимальное значение М_мт на 5 усл. ед. при данной температуре испытания.

Клейкость, т. е. способность к прочному соединению между собой двух контактирующих образцов, является одним из важных свойств, определяющих технологические качества резиновых смесей. Она определяет возможность проведения технологического процесса изготовления изделий из отдельных невулканизованных деталей. В результате контакта между двумя поверхностями возникает адгезионная связь, являющаяся следствием действия межмолекулярных сил.

Клейкость материала зависит не только от свойств поверхности, а определяется также возможностью плотного контакта между поверхностями склеиваемых образцов, т. е. упруговязкими характеристиками. Время, за которое достигается предельное значение прочности склеивания, тем больше, чем больше вязкость контактирующих систем. Внешняя склеивающая способность, обусловленная силами, посредством которых сцепляются разнородные тела, называется адгезией. В случае одинаковой природы соприкасающихся поверхностей говорят об аутогезии. Когезия — сцепление молекул одного рода под действием сил притяжения. Когезионная прочность каучуков и резиновых смесей является важной технологической характеристикой и определяет в значительной мере возможность их переработки в изделия. Аутогезионная прочность обычно ниже когезионной, так как зависит от условий контакта, однако при длительном соприкосновении одинаковых поверхностей и установлении в зоне контакта структуры, характерной для любой точки в объеме тела, прочность аутогезионного соединения приближается к когезионной прочности материала.

Аутогезия полимеров, находящихся в вязкотекучем или высокоэластичном состоянии, обычно объясняется взаимной диффузией элементов их макромолекул из слоя в слой через поверхности соприкосновения [10].

Определение клейкости каучуков и резиновых смесей в основном заключается в измерении силы, необходимой для разделения (расслаивания) образцов, дублированных под определенной нагрузкой в течение заданного времени.

Выводы

1. Благодаря таким свойствам, как высокоэластичность, малая твердость, высокий коэффициент трения, износостойкость и т.д., резина широко используется в различных отраслях производства: автомобильные шины, резиновые технические изделия, резиновая обувь и другие изделия народного потребления (медицинские изделия, игрушки, спортивные принадлежности).

   
   

2. Резина – многокомпонентная система, состав которой может насчитывать 50 и более наименований. Состав резиновой смеси подбирают в зависимости от заданных свойств конечных изделий.

   
   

3. Производство резины включает в себя несколько стадий: приготовление сырой резиновой смеси (развеска, дозировка, смешение); изготовление полуфабрикатов изделий, формирование и сборка заготовок; вулканизация изделий.