Общие сведения, состав и классификация резин.

Общие сведения, состав и классификация резин.

Содержание темы по рабочей программе. Физико-химические основы материаловедения: синтетические каучуки. Вулканизующие вещества. Ускорители и наполнители резины. Строение и свойства резин, методы измерения параметров и физико-механических свойств резины. Изменение свойств резины в зависимости от температуры и в процессе старения. Армирование резиновых изделий. Колеса и шины. Область применения неметаллических материалов: резиновые клеи в транспортном машиностроении.

Физико-химические основы материаловедения: синтетические каучуки.

Резина (от лат. Resina «смола») — высокоэластичный полимерный материал, получаемый вулканизацией каучука. Она состоит из смеси каучука (основа), наполнителя (сажа, оксид кремния, оксид титана, мел, барит, тальк), мягчителя (ка­нифоль, вазелин), противостарителя (парафин, воск) и агентов вулканизации (сера, оксид цинка). Резину можно рассматривать как сшитую коллоидную систему, в которой каучук составляет дисперсионную среду, а наполнители - дисперсную фазу.

Главным исходным компонентом резины, придающим ей высо­кие эластические свойства, является каучук. Каучуки бывают натуральные (НК) и синтетические (СК).

Натуральный каучук полу­чают коагуляцией латекса (млечного сока) каучуконосных деревь­ев. Синтетические каучуки получают методами полимеризации (табл.22)

Таблица 22 Виды и область использования каучуков

Вулканизующие вещества. Ускорители и наполнители резины.

Каучуки  полимеры с линейной структурой. При вул­канизации они превращаются в высокоэластичные редкосетчатые материалы - резины.. При вулканизации — натуральные или синтетические каучуки или их смесь смешивают и нагревают с вулканизирующим веществом (обычно с серой). С увеличением содержания вулканизатора (серы) сетчатая структура резины становится более частой и она становится менее эластичной. При насыщении серой до 30 − 50 % получают твердую резину (эбонит), 4 − 30 % - полутвердую резину, до 5% мягкая резина.

Кроме серы в состав резин входят наполнители, пластифика­торы, противостарители и красители. Введение этих компонентов позволяет существенно менять специальные свойства резины, увеличивая ее износо-, морозо-, масло- и бензостойкость. Резиновые изделия часто армируют тка­нью или металлической сеткой. Для улучшения адгезии металли­ческой арматуры к резине на поверхность металла наносят клее­вую пленку.

Строение и свойства резин, методы измерения параметров и физико-механических свойств резины

Важнейшее свойство резины - высокая эластичность, т. е. способность к большим обратимым деформациям в широком интервале температур. Резина сочетает в себе свойства твердых тел (упругость, стабильность формы), жидкостей (аморфность, высокая деформируемость при малом объемном сжатии) и газов (повышение упругости вулканизационных сеток с ростом температуры). Кроме того, она обладает малой плотностью, высокой стойкостью против истирания, сопротивление разрыву, хими­ческой стойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами.

Совокупность химических, физических и механических свойств позволяет использовать резиновые материалы для амортизации, демпфирования, уплотнения, герметизации, химической защиты деталей машин, различных трубопроводов (шлангов), для изготовления по­крышек и камер колес автотранспорта, и т. д. Номенклатура резиновых изделий чрезвычайно разнообразна.

В зависимости от условий эксплуатации различают резины общего и специального назначения.

Резины общего назначения применяют для изготовления камер и шин для различного транспорта, уплотнителей, шлангов, ремней, транспортных лент, рукавов, изоляции кабелей и проводов, производства медицинских, бытовых, гигиенических изделий и товаров народного потребления и др.

Из резин специального назначения различают бензомаслостойкие, морозостойкие, теплостойкие, стойкие к действию агрессивных сред. Нижней границей рабочей температуры резин специального назначения является температура до −80 °С, резин общего назна­чения − до −35 ... −50 ºС.

Изделия из твердой резины обладают хорошими диэлектрическими свойствами и используются в электротехнической промышленности в качестве изоляторов, например в распределительных щитах, вилках, розетках, телефонах и аккумуляторах. Изготовленные с применением твердой резины трубы, клапаны и арматура применяются в тех областях химической промышленности, где требуется коррозионная стойкость. Изготовление детских игрушек – еще одна статья потребления твердой резины.

К важнейшим и наиболее материалоемким резиновым изделиям для автомобилестроения относятся шины и многочисленные резино-технические изделия, от качества которых во многом зависит надежность работы автомобиля.

Наряду с резинами на основе бутадиен-стирольного, бутадиен-нитрильного, хлоропренового, некоторых бутадиеновых каучуков, которые издавна используют в автомобилестроении, большое значение приобрели резины из каучуков специального назначения:

• Из фторсодержащих каучуков изготовляют уплотнители, эксплуатируемые при температурахрах до 200 °С.

• Из кремнийорганических каучуков — уплотнители и манжеты, работающие в контакте с консистентными смазками при температурax от —50 до 180 °С, а также амортизирующие и теплоизоляционные материалы, например, пористые уплотнители.

• Из акрилатных каучуков, которые являются масло-, свето- и озоностойкими, изготовляют манжеты, диафрагмы, радиаторные рукава и др.

• Из атмосферо- и химически стойких этилен-пропиленовых каучуков получают губчатые и монолитные оконные и дверные прокладки, манжеты для тормозных систем, шланги радиаторов, пневматические амортизаторы, детали рессор и др.

• Из высокопрочных и износостойких уретановых каучуков — вкладыши рулевых тяг, крестовины карданных валов, подушки амортизаторов, диафрагмы тормозов и др.

Помимо твердых каучуков, в производстве некоторых автомобильных деталей применяют латексы. Например, из бутадиен-стирольных латексов изготовляют губчатые подушки сидений. Малоответственные изделия, например коврики для салонов автомобиля, изготовляют из регенерата резины.

Получили распространение резино-тканевые изделия, например, приводные ремни, с полиамидными и высокопрочными вискозными волокнами, применение которых позволило существенно повысить эксплуатационные свойства изделий.

В автомобилестроении при использовании резины часто возникает необходимость сочетания ее с другими материалами для получения необходимых свойств. Наиболее часто встречается сочетание резина-ткань. Некоторые резиновые изделия (например, борт покрышки) армируются металлом. Армированной называют рези­ну, внутрь которой введены прокладки из металлической сетки или спирали с целью одновременного повышения прочности и гиб­кости (авто­мобильные шины, приводные ремни, ленты транспорте­ров, трубопроводы и т. д.). При ее приготовлении в рези­новую смесь закладывают металлическую сетку, покры­тую слоем латуни и обмазанную клеем, и подвергают одновременному прессованию и вулканизации. В производстве автомобильных резиновых изделий используют ткани из хлопчатобумажных, вискозных и капроновых нитей.

Каркас  главный силовой элемент покрышки, состоит из прорезиненных нитей корда. Корд бывает текстильным, металлическим или стекловолоконным. Текстиль и стекло применяются в легковых шинах. Металлокорд — в грузовых. Стекловолокно отличается абсолютной стойкостью к гниению и растягиванию. Шины с использованием стекловолокна меньше разнашиваются и меньше подвержены порче в условиях высокой влажности и температуры (тропики).

Брекер находится между каркасом и протектором (подушка). Предназначен для защиты каркаса от ударов, придания жёсткости шине в месте соприкосновения с дорожной поверхностью и для защиты камеры от проколов. Изготавливается из толстого слоя резины (в лёгких шинах) или скрещенных слоёв металлокорда.

Протектор наружная резиновая часть покрышки шины. Обеспечивает сцепление шины с дорогой, а также для предохраняет каркас от повреждений. Протектор обладает определенным рисунком, который, в зависимости от назначения шины различается.

Борт позволяет покрышке герметично садиться на обод колеса. Для этого он имеет бортовые кольца и изнутри покрыт слоем вязкой воздухонепроницаемой (для бескамерных шин) резины.

Боковая часть предохраняет шину от боковых повреждений.

Шипы противоскольжения. В целях повышения безопасности движения автомобиля в условиях гололеда и обледенелого снега применяют металлические шипы противоскольжения.

Бескамерные шины обладают рядом преимуществ перед камерными, выражающимися в следующем:

• уменьшенной массой и низким моментом инерции;

• улучшенной балансировкой;

• повышенной безопасностью и надёжностью, вследствие невозможности быстрой разгерметизации;

• минимальным простоем в пути, который сократился в среднем на 60%, за счёт возможности отремонтировать небольшие проколы шины специальной пастой (для этого не требуется снимать шину с колеса);

• выходит только в месте повреждения, причем, достаточно медленно.