2. Вибір каучукової основи

Найбільш важливим при розробці рецептури є вірний вибір каучука або комбінації кількох каучуків, які забезпечують необхідні технологічні, технічні властивості та обумовлюють в значній мірі вартість готових виробів. При виборі каучукової основи гумової суміші виходять з умов експлуатації виробів: наявність або відсутність механічних навантажень, деформацій і вібрацій; температурним інтервалом роботи; середовищем – масла´, агресивні речовини, гази; випромінювання та інш. Розглядаючи властивості окремих каучуків необхідно акцентувати увагу на зв'язок між структурою, хімічною будовою та його властивостями.

Зв'язок між структурою та властивостями каучуку доцільно розглядати за ознаками, за якими відбувається класифікація каучуків.

1. Метод синтезу каучуків впливає на структуру і тому при формуванні марок каучуків, які одержують різними технічними способами, за певним принципом вказується спосіб синтезу.

Загальні положення є такі:

• розчинний метод полімеризації дозволяє реалізувати всі відомі механізми полімеризації і є єдиним методом проведення синтезу стеріорегулярних каучуків за аніонно-координаційним механізмом. Тому розчинні каучуки мають більш регулярну будову, до того ж вони містять менше сторонніх домішок , але, як правило, мають вищу вартість;

• емульсійний метод полімеризації дозволяє реалізувати тільки радикальний механізм полімеризації, але є єдиним методом одержання сополімерів з мономерів різної полярності. Емульсійні каучуки аморфні, але добре переробляються і мають нищу вартість.

2. Молекулярна маса впливає як на фізико-механічні властивості полімерів так і на технологію їх переробки.

Каучуки з високою молекулярною масою мають підвищенні міцносні властивості, але збільшення молекулярної маси вище 1 млн. визиває ускладнення при переробці – такі каучуки необхідно піддавати пластикації – термо-механічній деструкції на гумозмішувальному обладнанні. Полімери з масою 20-30 тис. переробляються у вироби методом лиття під тиском.

3. Тип хімічної будови макромолекули. Властивості гомополімерів майже вичерпані. І тому нові розробки в галузі синтезу полімерів пов’язані з одержанням сополімерів. Сполучення ланок різної хімічної будови (насиченості, полярності) дозволяє одержати каучуки з спеціальними властивостями та оптимізувати технологічні показники. У марках сополімерів, де вміст ланок різної природи є вирішальним для технології, зазвичай вказують її концентрації. Наприклад, у марці БСК вказується вміст стирольних ланок – СКС-30, в марці бутилкаучука – ізопренових – БК-18-75Т, в марках нітрильних каучуків – вміст НАК – СКН-18.

4. Ступень регулярності будови основного ланцюга макромолекули має принциповий вплив на властивості полімерів.

Каучуки з високою ступеню регулярності здатні кристалізуватися при довготривалому збереженні або при подовженні. Якщо перша властивість є негативною і ускладнює переробку (необхідно проводити декристалізацію ) , то здатність кристалізуватися при подовженні надає гумам на основі таких каучуків високу міцність навіть без застосування активних наповнювачів.

5. Полярні каучуки, або сополімери з полярними ланками мають такі цінні спеціальні властивості як масло-, бензостійкість, висока адгезія до металу, опір стиранню. Але за рахунок високої міжмолекулярної взаємодії в них значно знижується еластичність, морозостійкість, збільшується теплоутворення. З підвищенням полярності також ускладнюється переробка.

6. Ненасиченість каучуків знижає їх опір тепловому, озонному, кисневому, атмосферному старінню та реверсії при вулканізації. Але саме наявність ненасичених ланок у макромолекулі каучука дає змогу проводити сірчану вулканізацію (саму технологічну) і модифікацію каучуків.

Знаючи або задаючи експлуатаційні властивості гумового виробу ми можемо вибирати певні каучуки з певними властивостями.

Для виробів масового призначення (шин, автокамер) застосовуються найбільш доступні та дешеві каучуки, які мають добру еластичність та задовільні технологічні властивості (НК, СКІ-3, СКД, БСК - каучуки загального призначення). Але кожний каучук має певні відмінності у властивостях. Так, натуральний каучук завдяки високий когезійній міцності, клейкості та низькому теплоутворенню застосовується при виробництві велико- та понадвеликогабаритних шин (ВГШ та ПВГШ). СКД має найвищу серед цієї групи каучуків еластичність, зносо- та морозостійкість, але погано переробляється на обладнанні. Бутадіен-стирольні каучуки випускаються великим асортиментом та значно відрізняються один від одного за складом і властивостями. Вони, найчастійше, задовільно переробляються на традиційному обладнанні та мають найменшу вартість серед каучуків загального призначення. Загальною негативною властивістю цих каучуків є низький опір тепловому старінню та низька масло-, бензостійкість.

Для виробів, що експлуатуються при високих температурах (вище 150ºС), застосовуються теплостійкі каучуки , які є повністю насичені або з невеликим вмістом подвійних вуглецево-вуглецевих зв’язків (СКТ, СКФ, СКЕП, БК, АК, ХСПЄ, БНК). Ці каучуки, а також каучуки з подвійними зв’язками, блокованими полярними замісниками (поліхлоропрен) забезпечують також високу кисне-, озоно-, атмосферостійкість гум.

Гуми для масло-, бензостійких виробів виробляють з полярних каучуків, які містять у молекулярному ланцюжку нітроген, оксіген, сульфур, хлор, фтор, бром.

Для виробів, що працюють при низьких температурах (нижче -50º), рекомендується застосовувати неполярні каучуки (СКТ, СКД, НК, СКІ-3, комбінації СКД з НК, СКІ-3).

Вогнестійкі гуми завжди виробляють з фтор- та хлорвмісних еластомерів, що виділяють при розкладанні галогеноводні, які запобігають доступу кисню та гасять полум’я, а також з силоксанових каучуків з низьким вмістом карбону.

Клеї, як правило, виробляють з каучуків з високою когезійною міцністю та здатністю до кристалізації - НК та хлорованого НК, ПХП та ХСПЄ.

Високу зносостійкість мають гуми на основі полярних каучуків, переважно СКУ. З неполярних еластомерів найбільший опір стиранню має СКД, який відрізняється низьким коефіцієнтом тертя.

Газонепроникливість гум залежить від кількості замісників в головному ланцюжку каучука і збільшується з ростом числа замісників. Найбільшу газонепроникливість мають бутил- та фторкаучуки, а також уретановий, хлоропреновий, нітрильний та інші полярні еластомери

Слід визнати, що поєднанням різних каучуків можливо значно змінювати властивості гум. Так, наприклад, комбінація каучуків з СКД приводе до підвищення стійкості до втомлення, зростання зносостійкості та морозостійкості. При додаванні етиленових або хлоропренових каучуків збільшується опір каучуків загального призначення всім видам старіння. Введення нітрильного качуку підвищує маслобензостійкість.

Проте, не дивлячись на всю привабливість широкого варіювання властивостей гум за рахунок поєднання різноманітних каучуків, такий шлях використовується недостатньо. Це пов’язано з різними пластоеластичними властивостями каучуків; з відсутністю термодинамічної сумісності каучуків, особливо в разі їх різної полярності; і необхідністю застосування різних вулканізуючих систем та інш. Частіш застосовуються комбінації каучуків які вулканізуються однаковим вулканізуючим агентом (сіркою), а також мають близьку пластичність і легко поєднуються при обробці в гумозмішувачі та на вальцях.

З економічних міркувань в окремих випадках застосовується поєднання каучуків з регенератом – продуктом переробки зношених гумових виробів. Вміст регенерату варіюється від 10 до 100 і більше мас.ч. на 100 мас.ч. каучуку. Деякі вироби, до яких не встановленні високі експлуатаційні вимоги (технічна пластина, покрівний шифер, побутові килимки та інш.), можуть виготовлятись з одного регенерату. Крім економії каучуку, регенерат забезпечує економію енерго- та трудоресурсів, оскільки поліпшує процес обробки гумових сумішей: дозволяє підвищувати швидкість профілювання і калібр каландрових гумових сумішей, прискорює процес вулканізації, зберігає при цьому широке плато. Однак регенерат знижує головний комплекс механічних властивостей гум: еластичність, міцність, зносостійкість, стійкість до втомлення і тим більше, чим вище його вміст у суміші. Тому використання регенерату дозволяється у складі гум, які не мають високих фізико-механічних показників.

Велике поширення в останній час набуло поєднання каучуків з пластиками (поліетиленом, поліпропіленом, полістиролом, полівінілхлоридом та бутадієн-стирольними смолами). Завдяки термопластичності перелічені пластики підвищують пластичність гумових сумішей при обробці і тим самим знижують витрати електроенергії, а також поліпшують технологічні властивості (шприцуємість, каландруємість, вальцуємість ). При охолодженні сумішей пластики підвищують каркасність, когезійну міцність, що важливо при складанні радіальних шин. Застосування пластиків разом з високоненасиченими каучуками підвищує їх стійкість до окислення. У каучуках, які некристалізуються, пластики є посилювачами та збільшують тривкі властивості гум, в зв’язку з чим можливе одержання високоякісних кольорових гум, наповнених малоактивними наповнювачами.