Наука и технологии

 Материалы будущего

Издательство «Химия» 1985 г.

Как каучук становится резиной?

Большинство классических каучуков нельзя перерабатывать непосредственно после синтеза из-за очень высокой вязкости и твердости. Это не позволяет ввести в них остальные необходимые ингредиенты резиновой смеси. Требуемой консистенции можно достичь путем разрушения макромолекул каучука или добавлением так называемых мягчителей. Разрушение макромолекул, называемое пластикацией, можно осуществить, например, переработкой на вальцах или в смесителе. Наиболее существенными факторами, обусловливающими разрыв молекул каучука, являются воздействие кислорода и тепла, выделяемого в процессе обработки. Таким образом, пластикация имеет термоокислительную природу. Особенно восприимчив к этому способу   пластикации   натуральный   каучук.

Процесс разрушения молекул может быть технически реализован также и без механического воздействия-при термообработке в интервале температур 130-140 °С в присутствии кислорода. Но з эта, так называемая термическая пластикация происходит под воздействием кислорода и тепла и имеет ту же природу, что и термомеханическая. Этот способ может быть использован как для натурального, так и для синтетического каучука. Однако для последнего увеличение времени термообработки приводит к преобладанию процесса структурирования над процессом разрыва макромолекул. В конечном итоге жесткость материала повышается. Поэтому процесс термической пластикации нужно проводить как можно быстрее.

Эффективное ускорение процесса пластикации достигается использованием химических пластицирующих средств, особое место среди которых занимают так называемые пептизаторы. Несмотря на малую концентрацию (около 3%), они позволяют размягчать каучук уже при низких температурах. Их действие связано с присутствием кислорода, который в конечном итоге вызывает реакцию разрыва макромолекул. Недостаток этого способа состоит в том, что остатки использованных пептизаторов могут вызывать нежелательное ускорение процессов старения в вулканизатах.

Кроме того, для облегчения переработки эластомеров можно добавлять мягчитель. Для этой цели пригодны, например, масла, воски, смолы или их смеси. Они могут способствовать или не способствовать набуханию каучука. Истинные пластификаторы способствуют набуханию каучука в значительной степени и растворяются в нем без остатка. Высокая подвижность молекул каучука, наблюдаемая при этом, является предпосылкой для благоприятных условий его переработки. Мягчители распределяются чисто механически между молекулами каучука и, уменьшая межмолекулярное взаимодействие, облегчают их деформацию. В отличие от истинных пластификаторов они не вызывают набухания каучука.

Очень интересна роль наполнителей. Сложное взаимодействие между частицами наполнителя и молекулами каучука влияет как на технологические, так и на физические свойства вулканизатов. Путем их целенаправленного подбора можно, например, достичь хорошей тепло- или электропроводности. В первом случае в качестве наполнителя используется оксид цинка, во втором-технический углерод (сажа). Так называемые активные наполнители относятся к целевым добавкам, использование которых приводит к повышению прочности, относительного удлинения, твердости и стойкости к истиранию. Однако не всегда наполнители оказывают положительное влияние. Так, увеличение твердости и стойкости к истиранию связано с понижением эластичности. Неактивные наполнители, наоборот, используются преимущественно в тех случаях, когда необходимо получить дешевые смеси с небольшим содержанием каучука. Они не оказывают положительного влияния на эксплуатационные свойства резин и выполняют функцию наполнителя в обычном смысле этого слова.

Пигменты или красители используются в тех случаях, когда необходимо изготавливать цветные резины.

Для вулканизации резиновых смесей используются вулканизующие агенты и ускорители, выбором которых руководствуются в зависимости от типа каучука и от способов переработки. Резина приобретает свои эластичные свойства только в процессе вулканизации, предпосылкой которого является наличие двойных связей в молекуле каучука. Вулканизующим агентом чаще всего служит сера. При определенном содержании связанной серы свойства резин достигают оптимального значения, но если серы слишком много, свойства вулканизатов ухудшаются. При превышении оптимального времени вулканизации параллельно структурированию протекает процесс разрыва молекул эластомера. Это тоже ухудшает его свойства. Таким образом, с одной стороны, процесс вулканизации способствует сшиванию макромолекул, а с другой-кислород и воздействие температуры приводят к деструкции, то есть к разрыву молекул. Это явление, особенно ярко выраженное при вулканизации смесей на основе натурального каучука, называется реверсией.

Способность резиновых смесей к вулканизации является основной предпосылкой для производства изделий из эластомеров. При этом принимают в расчет форму и тип изделии и в зависимости от этого применяют различные способы переработки. Для плоских изделий сначала изготавливают на каландре невулканизованные пластины, усиленные в некоторых случаях тканью, а затем вулканизуют их в обогреваемых прессах многоэтажного типа. Трубки, стержни, профили и шланги шприцуют из резиновых смесей так же, как из пластмасс, а затем вулканизуют в обогреваемых котлах. Аналогичный путь проходят прочие формовые и неформовые изделия. Для вулканизации в формах под давлением используются прессы с паровым или электрическим обогревом ( 67). Для неформовых изделий пресс-формы не нужны. Так называемые маканые изделия изготовляют с помощью формы для макания. Резиновую смесь, используемую в этом процессе, растворяют в бензине или другом растворителе. Путем многократного обмакивания формы и последующего испарения растворителя получают резиновую оболочку желаемой толщины, которую затем вулканизуют