Резина
Общие сведения
Резина представляет собой эластичный полимерный материал, получаемый в процессе вулканизации натурального или синтетического каучука. Данный химический процесс заключается в смешивании полимерной основы с вулканизирующим веществом, в качестве которого традиционно выступает сера, с последующим температурным воздействием. По степени вулканизации материал классифицируется на несколько категорий, зависящих от процентного содержания серы в составе. Мягкая резина содержит от одного до трех процентов серы, что обеспечивает ей высокую пластичность и эластичность. С увеличением доли вулканизирующего агента материал приобретает среднюю твердость, которая является наиболее востребованной в промышленности. При содержании серы свыше тридцати процентов образуется эбонит, представляющий собой твердую неэластичную модификацию резины.
Исторический очерк
Первоначальное использование каучука связано с коренными народами Центральной и Южной Америки, которые применяли сок произрастающих там каучуконосных деревьев для изготовления упругих мячей, гидроизоляции днищ лодок и создания непромокаемой обуви. Европейское научное сообщество обратило пристальное внимание на данный материал в восемнадцатом веке, когда образцы были представлены во Французской академии наук. Первым практическим применением каучука в Европе стало изготовление канцелярских ластиков для стирания карандашных следов. В тысяча восемьсот двадцать третьем году шотландский химик Чарльз Макинтош разработал метод создания водонепроницаемых тканей путем пропитки плотной материи раствором каучука в керосине. Из этого материала начали производить знаменитые плащи-макинтоши, галоши и почтовые сумки. Однако изделия теряли свои эксплуатационные качества при климатических колебаниях: материал затвердевал на холоде и размягчался в жару. Революционным этапом стало открытие в тысяча восемьсот тридцать девятом году процесса вулканизации, позволившего термически стабилизировать свойства материала посредством нагрева сырого каучука с серой. Этот процесс стал первой промышленной реакцией полимеризации. Развитие машиностроения и электротехники во второй половине девятнадцатого века потребовало создания надежных уплотнителей и изоляционных материалов для кабелей, что стимулировало рост резиновой промышленности. В начале двадцатого века массовое производство автомобилей привело к многократному увеличению потребности в резине для изготовления шин. Исторически сырьевая база зависела от поставок натурального сырья с плантаций Бразилии, а позднее — из Малайзии и Цейлона. В дореволюционной России функционировали крупные предприятия по производству резиновых изделий, такие как завод в Санкт-Петербурге, рижский завод и московское предприятие. Разработка синтетического каучука была инициирована необходимостью преодоления сырьевой зависимости. Изучение химического состава натурального полимера показало присутствие изопрена, что стало основой для дальнейшего синтеза. Масштабное производство синтетического каучука активно развивалось в Советском Союзе из-за трудностей с импортом сырья. Современные технологии позволили создать синтетические материалы, которые по ряду технических характеристик превосходят натуральные аналоги.
Физико-химические свойства
Современная резина подразделяется на множество специализированных типов в зависимости от устойчивости к различным внешним факторам. Промышленностью выпускаются кислотостойкие, агрессивностойкие, теплостойкие, морозостойкие, температуростойкие и радиационностойкие марки. Важнейшим физическим свойством эластичной резины является высокая амортизационная способность, которая обусловлена значительным внутренним трением полимерных макромолекул. При деформации материал эффективно преобразует механическую энергию в тепловую, что определяет его исключительную ценность при создании систем виброизоляции. Твердая модификация резины, известная как эбонит, обладает специфическим комплексом характеристик. Этот материал отличается химической инертностью, газонепроницаемостью, негигроскопичностью и высокими электроизоляционными показателями. Плотность эбонита варьируется от одной целой пятнадцати сотых до одной целой шестидесяти восьми сотых грамма на кубический сантиметр. При обычных температурных условиях он напоминает твердую пластмассу, однако при нагревании свыше пятидесяти пяти градусов Цельсия переходит в высокоэластичное состояние. Материал хорошо поддается механической обработке. Недостатком твердой резины является подверженность разрушению под воздействием сильных окислителей, ароматических и хлорированных углеводородов. Под влиянием интенсивного светового излучения эбонит способен окисляться, приобретая зеленоватый оттенок и выделяя кислоты, а при воздействии экстремально высоких температур обугливается.
Технологии производства
Производственные процессы варьируются в зависимости от конфигурации и назначения конечного резинотехнического изделия. Для получения прорезиненных тканей текстильную основу из льняных, хлопчатобумажных или синтетических волокон пропитывают резиновым клеем. Данный состав представляет собой раствор сырой резиновой смеси в легколетучих органических растворителях, таких как бензин или бензол. После нанесения и последующего испарения растворителя на ткани формируется плотный эластичный слой. Производство профильных изделий, в том числе трубок, шнуров и уплотнителей, осуществляется методом экструзии. Разогретая резиновая масса продавливается через профилирующую головку шприц-машины, после чего полученный профиль подвергается вулканизации в автоклаве под давлением, в специальной трубе или в расплаве солей. Изготовление армированных рукавов предполагает сложную послойную сборку на металлическом дорне. Полосы каландрованной резины накладываются на основание, края обрабатываются клеем и прикатываются. Затем формируется армирующий каркас из нескольких слоев ткани или металлической проволочной оплетки, который покрывается внешним резиновым слоем, туго бинтуется и направляется на вулканизацию. Автомобильные покрышки собираются на профильных станках путем наложения слоев прорезиненной кордовой ткани, образующих силовой каркас. Поверх каркаса размещается металлокордный брекер и накладывается толстый протекторный слой резины беговой части. Боковины закрываются тонкими резиновыми элементами, после чего собранная сырая шина подвергается формовой термической вулканизации.
Практическое применение
Сфера применения резиновых материалов охватывает большинство промышленных, транспортных и бытовых отраслей. В транспортном машиностроении резина является безальтернативным материалом для производства автомобильных, мотоциклетных, велосипедных и авиационных шин. В промышленном секторе материал используется для изготовления транспортерных лент, приводных ремней, напорно-всасывающих рукавов, уплотнительных колец, манжет и вибродемпферов. Широкое распространение получила технология гуммирования, заключающаяся в нанесении защитного резинового или эбонитового покрытия на металлические изделия для предотвращения коррозии и защиты от агрессивных сред. Данный метод востребован при производстве металлопроката, металлической упаковки и в целлюлозно-бумажной промышленности. В медицинской и защитной сферах из эластичной резины производят перчатки, катетеры, грелки, презервативы и специализированные изолирующие костюмы, включая элементы противогазов. Твердая резина до широкого внедрения синтетических пластмасс массово применялась в качестве основного диэлектрика в электротехнике, а также служила поделочным материалом для создания галантерейных изделий, имитирующих ценные породы дерева или черепаховый панцирь при изготовлении рукоятей и гребней.
Правила хранения и эксплуатации
Сохранение первоначальных физико-механических характеристик резиновых изделий требует соблюдения строго регламентированных условий хранения, что особенно критично для медицинской продукции. Длинномерные полые изделия, такие как медицинские зонды и жгуты, подлежат хранению в подвешенном состоянии на специализированных вешалках во избежание образования заломов. Полостные изделия, включая грелки и пузыри для льда, необходимо хранить в слегка надутом виде, что предотвращает склеивание внутренних поверхностей. Прорезиненные ткани размещаются в рулонах в горизонтально подвешенном состоянии на стойках либо укладываются на полках штабелями, высота которых не должна превышать пяти рядов. Резиновые перчатки и эластичные бинты хранятся в плотно закрытых емкостях с обязательной предварительной пересыпкой тальком. В случае утраты изделиями из тонкой резины своей первоначальной эластичности предусмотрена химико-термическая процедура их восстановления. Процесс регенерации включает погружение изделия в пятипроцентный раствор аммиака на пятнадцать минут, последующее тщательное механическое разминание и выдерживание в пятипроцентном водно-глицериновом растворе при температуре от сорока до пятидесяти градусов Цельсия в течение аналогичного промежутка времени.