Каучуки и резина

Наряду с металлом, нефтью, газом и пластмассами каучук превращается в один из важнейших народнохо­зяйственных и стратегических видов промышленной про­дукции. Трудно назвать отрасль народного хозяйства, где бы не применялись изделия из каучука и резины. Около ²/₃ производимого каучука идет на изготовление шин. Крупнейшими потребителями шин являются авиа­ция, автомобильный транспорт, сельскохозяйственное и дорожное машиностроение.

Технический прогресс в различных отраслях народно­го хозяйства сопровождается непрерывным ростом по­требления резинотехнических изделий. Транспортерные ленты, приводные ремни, муфты сцепления, резиновые валы, баки, трубопроводы, шланги, уплотнители — вот далеко не полный перечень резинотехнических изделий, без которых немыслима современная техника. Резиновые изделия широко применяются в электротехнической и ка­бельной промышленности; большое значение имеет кау­чук для изготовления дорожных и гидроизоляционных покрытий, герметиков, заливочных составов, паст, для из­готовления обивки мебели, матрацев, сидений, в про­изводстве клеев, красок и т. д.

В зависимости от происхождения каучук делится на натуральный и синтетический.

Первоначально каучуковые и резиновые изделия про­изводились только из натурального каучука (млечного сока гевеи бразильской). Само название «каучук» проис­ходит от индейских слов «као-учу» — «слезы дерева». На­туральный каучук был привезен европейцами из Латин­ской Америки. Уже в 1910 г. добыча натурального каучука составляла 97 тыс. т, в 1930 г. — 839 тыс. т, в 1965 г. — 2362 тыс. т. Перебои в снабжении нату­ральным каучуком, высокие цены на мировом рынке, с одной стороны, и все возрастающий спрос на изделия из каучука и резины — с другой, диктовали необходи­мость создания синтетического каучука.

Большое значение для создания синтетического каучу­ка имели работы крупнейших русских ученых А. М. Бут­лерова и И. Л. Кондакова, А. Е. Фаворского и Н. Д. Зе­линского, но решающую роль сыграли исследования С. В. Лебедева, по методу которого 15 февраля 1931 г. в СССР был произведен первый в мире промышленный синтетический каучук.

Современный ассортимент отечественной продукции насчитывает свыше 30 видов синтетического каучука, главными потребителями которого кроме шинной являются промышленности: резинотехнических изделий, искусственной кожи, строительных материалов, асботехнических изделий, а также кожевенно-обувная, кабельная и бумажная.

Модернизация и повышение эффективности производ­ства, внедрение прогрессивной технологии, комплексная механизация и автоматизация, поиски дешевых источни­ков сырья, повышение качества изделий — вот основа увеличения выпуска резины и резиновых изделий, в ко­торых главным компонентом является каучук.

Каучуки представляют собой высокомолекулярные соединения, гибкие и длинные цепи макромолекул ко­торых состоят из десятков тысяч и более атомов. В нена­пряженном состоянии макромолекулы каучука находятся в свернутом состоянии, а при растяжении распрямляются, при снятии растягивающей нагрузки вновь самопрои­звольно скручиваются. Этим объясняется высокая эла­стичность и способность каучука к большим обратимым деформациям.

Каучуки поступают на заводы резиновой промышлен­ности" в сухом виде — безводные твердые или жидкие кау­чуки, либо в виде водных эмульсий — латексов, содержа­щих около 30% каучука. Латексы могут применяться не только в производстве каучука, но и как конечный то­варный продукт.

Основные технические характеристики любых видов натурального и синтетического каучука включают их экс­плуатационные свойства.

К эксплуатационным свойствам каучука относятся механические: предел прочности при растяжении, износо­стойкость, комплекс характеристик эластичности (упру­гий отскок, относительные и остаточные удлинения), а также физические и химические свойства: тепло- и мо­розостойкость, свето-, озоно-, масло-, бензостойкость, га­зопроницаемость, стойкость к действию агрессивных сред, к старению, электрические свойства, удельный вес и т. д.

К технологическим свойствам сырых каучуков отно­сятся: их пластичность; способность к пластикации, сме­шиванию, дальнейшей переработке, вулканизации; усадка и т. д.

Натуральный каучук (НК) имеет в своей основе поли­мер изопрена — высокомолекулярный углеводород (С₅Н₈)„. Изделия из натурального каучука высокоэла­стичны, прочны на разрыв и истирание, температура их эксплуатации от — 68 до + 200 °С. К недостаткам можно отнести набухаемость в маслах и растворителях и лег­кую окисляемость каучука под действием солнечных лу­чей. Несмотря на достижения в области создания новых синтетических каучуков, натуральный каучук все еще со­храняет свое значение как один из наиболее высококаче­ственных каучуков общего назначения.

Синтетические каучуки (СК) — высокополимерный каучукоподобный материал; условно они делятся на кау­чуки общего и специального назначения. К каучукам об­щего назначения относят бутадиеновый (СКБ), бутадиенстирольный (СКС), изопреновый (СКИ) и некоторые другие, а к каучукам специального назначения — бутадиеннитрильный (СКН), хлоропреновый, бутилкаучук, силиконовый, фторкаучук и др.

Процесс производства синтетического каучука со­стоит из двух основных стадий: получение мономера неполучение полимера. Сырьем для производства каучу­ков является этиловый спирт, на смену которому прихо­дит нефтехимическое сырье — этилен, пропилен, бутилен, бензол, а также ацетилен, бутан, пентан, изобутан, полу­чаемые из газообразного топлива. При переводе промы­шленности СК на нефтегазовое сырье производитель­ность труда повышается в 4 раза, а себестоимость СК в 2 — 3 раза ниже, чем на спирте, получаемом из пищево­го сырья.

Первым советским синтетическим каучуком был бута­диеновый (СКБ). Не отличаясь высоким качеством, этот вид каучука имеет малое значение.

Ведущую роль в мировом производстве СК играют бутадиенстирольный (СКС) и бутадиеннитрильный (СКН) каучуки.

На основе СКС изготовляют изделия шинной и рези­нотехнической промышленности. Этот каучук отличается большой прочностью, эластичностью, технологичностью, повышенной теплостойкостью, устойчивостью к дей­ствию света и кислорода. Каучуки СКН характеризуются высокой бензо- и маслостойкостью, стойкостью к воз­действию растворителей и агрессивных сред, имеют повы­шенную теплостойкость и применяются для изготовле­ния резинотехнических изделий, шлангов, прокладок, уплотнителей и т. д.

Изопреновые каучуки (СКИ), отличаясь высокой эла­стичностью, прочностью, износостойкостью, с успехом заменяют натуральный каучук (НК).

Большое значение в современном народном хозяйстве имеет хлоропреновый каучук. Этот каучук обладает от­личными эксплуатационными характеристиками: эласти­чен, высокопрочен, износоустойчив, особо стоек к хими­ческим средам, растворителям, негорюч. Недостатком является его низкая морозостойкость. Он широко приме­няется в производстве резинотехнических и специальных изделий, для защиты аппаратуры от коррозии.

Недостатком всех вышеперечисленных синтетиче­ских каучуков является невысокая термостойкость (до + 200 °С), некоторая газопроницаемость.

Для специальных технических целей (в судо- и авиа­строении, в кабельной промышленности, для камер ра­кетного топлива, для защиты аппаратуры от агрессивных химических сред при высокой температуре) применяются ценные виды каучуков — силоксановые, тиоколы и фторкаучуки. Отличаясь уникальными свойствами (термо­стойкостью до + 400...500°С), но будучи достаточно до­роги, они применяются очень ограниченно.

Превращение каучуков в резину и получение рези­новых изделий подразделяется на три стадии: пригото­вление сырой резиновой смеси, заготовительно-сборочные операции, вулканизацию изделий и их отделку. Резиновые смеси изготовляют путем смешивания каучу­ков с ингредиентами: наполнителями, ускорителями пла­стикации, пластификаторами, вулканизаторами, ускори­телями вулканизации, противостарителями, красителями и т. д.

Количество каучука и ингредиентов колеблется в за­висимости от назначения резинового изделия. В качестве наполнителей широко применяют сажу, активированный мел, каолин, оксид цинка; вулканизаторов — серу и ее со­единения; пластификаторов — мазут, гудрон, смазочные масла, канифоль, смолы. Приготовление резиновой смеси проводится в закрытых резиносмесителях и на каландрах (или валках). Ответственной операцией является вулкани­зация. В процессе вулканизации при температуре + 130...160°С и давлении 18 — 20 МПа сера химически присоединяется к молекулам каучука, «сшивая» их в трехмерную структуру, образуя резину.