Использование каучука в строительстве

Каучуки — натуральные или синтетические материалы, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём специальной обработки получают резину. Природный каучук получают из жидкости молочно-белого цвета, называемой латексом, — млечного сока каучуконосных растений.

Натуральный каучук получают коагуляцией млечного сока (латекса) каучуконосных растений. Основной компонент каучука — углеводород полиизопрен (91-96%). Природный каучук встречается в очень многих растениях, не составляющих одного определённого ботанического семейства. В зависимости от того, в каких тканях накапливается каучук, каучуконосные растения делят на:

-паренхимные — каучук в корнях и стеблях;

-хлоренхимные — каучук в листьях и зелёных тканях молодых побегов.

-латексные — каучук в млечном соке.

-травянистые латексные каучуконосные растения из семейства сложноцветных (кок-сагыз, крым-сагыз и другие), произрастающие в умеренной зоне, в том числе в южных республиках, содержащие каучук в небольшом количестве в корнях, промышленного значения не имеют.

Синтетический каучук (Как это работает)

Что такое синтетический каучук? Это — синтетические полимеры, способные перерабатываться в резину путем вулканизации, составляют основную массу эластомеров. В каком из городов производят каучук в России? Например, в Тольятти, Красноярске.

Синтетический каучук — высокополимерный, каучукоподобный материал. Его получают полимеризацией или сополимеризацией бутадиена, стирола, изопрена, неопрена, хлорпрена, изобутилена, нитрила акриловой кислоты. Подобно натуральным каучукам, синтетические имеют длинные макромолекулярные цепи, иногда разветвленные, со средним молекулярным весом, равным сотням тысяч и даже миллионам. Полимерные цепи в синтетическом каучуке в большинстве случаев имеют двойные связи, благодаря которым при вулканизации образуется пространственная сетка, получаемая при этом резина, приобретает характерные физико-механические свойства.

Обычно приняты классификация и наименование каучуков по мономерам, использованным для их получения (изопреновые, бутадиеновые и т. д.) или по характерной группировке (атомам) в основной цепи или боковых группах (уретановые, полисульфидные и др.) Синтетические каучуки также подразделяют по признакам, например, по содержанию наполнителей (наполненные и ненаполненные), по молекулярной массе (консистенции) и выпускной форме (твердые, жидкие, порошкообр.). Часть синтетических каучуков выпускают в виде водных дисперсий — синтетических латексов. Особую группу каучуков составляют — термоэластопласты.

Некоторые виды синтетических каучуков (например полизобутилен, силиконовый каучук) представляют собой полностью предельные соединения, поэтому для их вулканизации применяют органические перекиси, амины и др. вещества. Отдельные виды синтетических каучуков по ряду технических свойств превосходят натуральный каучук.

По области применения синтетические каучуки разделяют на каучуки общего и специального назначения. К каучукам общего назначения относят каучуки с комплексом достаточно высоких технических свойств (прочность, эластичность и др.), пригодных для массового изготовления широкого круга изделий. К каучукам специального назначения относят каучуки с одним или несколькими свойствами, обеспечивающими выполнение специальных требований к изделию и иго работоспособности в часто экстремальных условиях эксплуатации.

Натуральный каучук. Свойства. Применение.

Каучуки общего назначения: изопреновые, бутадиеновые, бутадиенстирольные и др.

Каучуки специального назначения: бутилкаучук, этиленпропиленовые, хлорпреновые, фторкаучуки, уретановые и др. Многие не знают, что в СССР выпускали хлоропреновый каучук и задаются вопросом — в каком из городов производят каучук сейчас? К сожалению, хлоропреновый каучук выпускали в Армении на заводе Наирит, который уже несколько лет, как остановлен.

В технике из каучуков изготовляют шины для автотранспорта, самолётов, велосипедов; каучуки применяют для электроизоляции, а также производства промышленных товаров и медицинских приборов.

1. Натуральный каучук

Каучук существует столько лет, сколько и сама природа. Окаменелые остатки каучуконосных деревьев, которые были найдены, имеют возраст около трёх миллионов лет.

Первое знакомство европейцев с натуральным каучуком произошло пять веков назад, а в США вещи из каучука стали популярными в 1830-х годах, резиновые бутылки и обувь, сделанные южноамериканскими индейцами, продавались в больших количествах. В 1839 году Американский изобретатель Чарльз Гудьир (Charles Goodyear) обнаружил, что нагревание каучука с серой устраняет его неблагоприятные свойства.

Он положил на печь кусок покрытой каучуком ткани, на которую был нанесён слой серы. Через некоторое время он обнаружил кожеподобный материал — резину. Этот процесс был назван вулканизацией. Открытие резины привело к широкому её применению: к 1919 году было выпущено на рынок уже более 40 000 различных изделий из резины.

Природные каучуконосы

Слово «каучук» происходит от двух слов языка тупи-гуарани: «кау» — дерево, «учу» — течь, плакать. «Каучу» — сок гевеи, первого и самого главного каучуконоса. Европейцы прибавили к этому слову всего одну букву. Среди травянистых растений России есть всем знакомые одуванчик, полынь и молочай, которые тоже содержат млечный сок.

Промышленное значение имеют латексные деревья, которые не только накапливают каучук в большом количестве, но и легко его отдают; из них наиважнейшее — гевея бразильская (Hevea brasiliensis), дающая по разным оценкам от 90 до 96% мирового производства натурального каучука.

Сырой каучук из других растительных источников обычно засорён примесями смол, которые должны быть удалены. Такие сырые каучуки содержат гуттаперчу — продукт некоторых тропических деревьев семейства сапотовых (Sapotaceae).

Каучуконосы лучше всего произрастают не далее 10° от экватора на север и юг. Поэтому эта полоса шириной 1300 километров по обе стороны от экватора известна как «каучуковый пояс». Здесь каучук добывается и поступает для продажи во все страны мира.

Физические и химические свойства натурального каучука

Натуральный каучук — аморфное, способное кристаллизоваться твёрдое тело.

Природный необработанный (сырой) каучук — белый или бесцветный углеводород.

Он не набухает и не растворяется в воде, спирте, ацетоне и ряде других жидкостей. Набухая и, затем, растворяясь в жирных и ароматических углеводородах (бензине, бензоле, эфире и других) и их производных, каучук образует коллоидные растворы, широко используемые в технике.

Натуральный каучук однороден по своей молекулярной структуре, отличается высокими физическими свойствами, а также технологическими, то есть, способностью обрабатываться на оборудовании заводов резиновой промышленности.

Особенно важным и специфическим свойством каучука является его эластичность (упругость) — способность каучука восстанавливать свою первоначальную форму после прекращения действия сил, вызвавших деформацию. Каучук — высокоэластичный продукт, обладает при действии даже малых усилий обратимой деформацией растяжения до 1000%, а у обычных твёрдых тел эта величина не превышает 1%. Эластичность каучука сохраняется в широких температурных пределах, и это является характерным его свойством. Но при долгом хранении каучук твердеет.

При температуре жидкого воздуха –195°C он жёсткий и прозрачный; от 0 ° до 10 °C — хрупкий и уже непрозрачный, а при 20 °C — мягкий, упругий и полупрозрачный. При нагреве свыше 50 °C он становится пластичным и липким; при температуре 80 °C натуральный каучук теряет эластичность; при 120 °C — превращается в смолоподобную жидкость, после застывания которой уже невозможно получить первоначальный продукт. Если поднять температуру до 200—250 °C, то каучук разлагается с образованием ряда газообразных и жидких продуктов.

Каучук — хороший диэлектрик, он имеет низкую водо- и газопроницаемость. Каучук не растворяется в воде, щёлочи и слабых кислотах; в этиловом спирте его растворимость небольшая, а в сероуглероде, хлороформе и бензине он сначала набухает, а уж затем растворяется. Легко окисляется химическими окислителями, медленно — кислородом воздуха. Теплопроводность каучука в 100 раз меньше теплопроводности стали.

Наряду с эластичностью, каучук ещё и пластичен — он сохраняет форму, приобретённую под действием внешних сил. Пластичность каучука, проявляющаяся при нагревании и механической обработке, является одним из отличительных свойств каучука. Так как каучуку присущи эластические и пластические свойства, то его часто называют пласто-эластическим материалом.

При охлаждении или растяжении натурального каучука наблюдается переход его из аморфного в кристаллическое состояние (кристаллизация). Процесс происходит не мгновенно, а во времени. При этом в случае растяжения каучук нагревается за счёт выделяющейся теплоты кристаллизации. Кристаллы каучука очень малы, они лишены чётких граней и определённой геометрической формы.

При температуре около –70 °C каучук полностью теряет эластичность и превращается в стеклообразную массу.

Вообще все каучуки, как и многие полимерные материалы, могут находиться в трёх физических состояниях: стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем. Высокоэластическое состояние для каучука наиболее типично.

Каучук легко вступает в химические реакции с целым рядом веществ: кислородом (O2), водородом (H2), галогенами (Cl2, Br2), серой (S) и другими. Эта высокая реакционная способность каучука объясняется его ненасыщенной химической природой. Особенно хорошо реакции проходят в растворах каучука, в которых каучук находится в виде молекул сравнительно крупных коллоидных частиц.

Почти все химические реакции приводят к изменению физических и химических свойств каучука: растворимости, прочности, эластичности и других. Кислород и, особенно, озон, окисляют каучук уже при комнатной температуре. Внедряясь в сложные и большие молекулы каучука, молекулы кислорода разрывают их на более мелкие, и каучук, деструктурируясь, становится хрупким и теряет свои ценные технические свойства. Процесс окисления лежит также в основе одного из превращений каучука — перехода его из твёрдого в пластичное состояние.

Состав и строение натурального каучука

Натуральный (природный) каучук (НК) представляет собой высокомолекулярный непредельный углеводород, молекулы которого содержат большое количество двойных связей; состав его может быть выражен формулой (C5H8)n (где величина n составляет от 1000 до 3000); он является полимером изопрена.

Природный каучук содержится в млечном соке каучуконосных растений, главным образом, тропических (например, бразильского дерева гевея). Другой природный продукт — гуттаперча — также является полимером изопрена, но с иной конфигурацией молекул.

Длинную молекулу каучука можно было бы наблюдать непосредственно при помощи современных микроскопов, но это не удаётся, так как цепочка слишком тонка: диаметр её, соответствует диаметру одной молекулы. Если макромолекулу каучука растянуть до предела, то она будет иметь вид зигзага, что объясняется характером химических связей между атомами углерода, составляющими скелет молекулы.

Звенья молекулы каучука могут вращаться не беспрепятственно в любом направлении, а ограниченно — только вокруг одинарных связей. Тепловые колебания звеньев заставляют молекулу изгибаться, при этом концы её в спокойном состоянии сближены.

При растяжении каучука концы молекул раздвигаются и молекулы ориентируются по направлению растягивающего усилия. Если устранить усилие, вызвавшее растяжение каучука, то концы его молекул вновь сближаются и образец принимает первоначальную форму и размеры.

Молекулу каучука можно представить себе как круглую, незамкнутую пружину, которую можно сильно растянуть, разведя её концы. Освобождённая пружина вновь принимает прежнее положение. Некоторые исследователи представляют молекулу каучука в виде пружинящей спирали. Качественный анализ показывает, что каучук состоит из двух элементов — углерода и водорода, то есть, относится к классу углеводородов.

Первоначально принятая формула каучука была С5Н8, но она слишком проста для такого сложного вещества как каучук. Определение молекулярной массы показывает, что она достигает нескольких сот тысяч (150 000 — 500 000). Каучук, следовательно, природный полимер.

Экспериментально доказано, что в основном макромолекулы натурального каучука состоят из остатков молекул изопрена, а сам натуральный каучук — природный полимер цис-1,4-полиизопрен.

Молекула натурального каучука состоит из нескольких тысяч исходных химических групп (звеньев), соединённых друг с другом и находящихся в непрерывном колебательно-вращательном движении. Такая молекула похожа на спутанный клубок, в котором составляющие его нити местами образуют правильно ориентированные участки.

Основной продукт разложения каучука — углеводород, молекулярная формула которого однозначна с простейшей формулой каучука. Можно считать, что макромолекулы каучука образованы молекулами изопрена. Существуют подобные полимеры, которые не проявляют такой эластичности, какую имеет каучук. Чем же объясняется это его особое свойство?

Молекулы каучука, хотя и имеют линейное строение, не вытянуты в линию, а многократно изогнуты, как бы свёрнуты в клубки. При растягивании каучука такие молекулы распрямляются, образец каучука от этого становится длиннее. При снятии нагрузки, вследствие внутреннего теплового движения, звенья молекулы возвращаются в прежнее свёрнутое состояние, размеры каучука сокращаются. Если же каучук растягивать с достаточно большой силой, то произойдёт не только выпрямление молекул, но и смещение их относительно друг друга — образец каучука может порваться.

2. Синтетический каучук

В России не было известно природных источников для получения натурального каучука, а из других стран каучук к нам не завозился, а что такое синтетический каучук тогда ещ не знали. И вот, 30 декабря 1927 г. 2 кг дивинилового каучука было получено путем полимеризации 1,3-бутадиена под действием натрия. С 1932 г. было начато промышленное производство 1,3-бутадиена, а из 1,3-бутадиена — производство каучука.

Сырьём для синтеза бутадиена служит этиловый спирт. Получение бутадиена основано на реакциях дегидрирования и дегидратации спирта. Эти реакции идут одновременно при пропускании паров спирта над смесью соответствующих катализаторов.Бутадиен очищают от не прореагировавшего этилового спирта, многочисленных побочных продуктов и подвергают полимеризации.

Для того чтобы заставить молекулу мономера соединиться друг с другом, их необходимо предварительно возбудить, то есть привести их в такое состояние, когда они становятся способными, в результате раскрытия двойных связей, к взаимному присоединению. Это требует затраты определённого количества энергии или участия катализатора.

При каталитической полимеризации катализатор не входит в состав образующегося полимера и не расходуется, а выделяется по окончанию реакции в своём первоначальном виде. В качестве катализатора синтеза бутадиенового каучука С. В. Лебедев выбрал металлический натрий, впервые применённый для полимеризации непредельных углеводородов русским химиком А. А. Кракау.

Отличительной особенностью процесса полимеризации является то, что при этом молекулы исходного вещества или веществ соединяются между собой с образованием полимера, не выделяя при этом каких-либо других веществ.

Важнейшие виды синтетического каучука

Вышерассмотренный бутадиеновый каучук (СКБ) бывает двух видов: стереорегулярный и нестереорегулярный. Стереорегулярный бутадиеновый каучук применяют главным образом в производстве шин (которые превосходят шины из натурального каучука по износостойкости), нестереорегулярный бутадиеновый каучук — для производства, например, кислото- и щелочестойкой резины, эбонита.

В настоящее время химическая промышленность производит много различных видов синтетических каучуков, превосходящих по некоторым свойствам натуральный каучук. Кроме полибутадиенового каучука (СКБ), широко применяются сополимерные каучуки — продукты совместной полимеризации (сополимеризации) бутадиена с другими непредельными соединениями, например, со стиролом (СКС) или с акрилонитрилом (СКН). В молекулах этих каучуков звенья бутадиена чередуются со звеньями соответственно стирола и акрилонитрила.

Бутадиен-стирольный каучук отличается повышенной износостойкостью и применяется в производстве автомобильных шин, конвейерных лент, резиновой обуви.

Бутадиен-нитрильные каучуки — бензо- и маслостойкие, и поэтому используются, например, в производстве сальников.

Винилпиридиновые каучуки — продукты сополимеризации диеновых углеводородов с винилпиридином, главным образом бутадиена с 2-метил-5-винилпиридином.

Резины из них масло-, бензо- и морозостойки, хорошо слипаются с различными материалами. Применяются, в основном, в виде латекса для пропитки шинного корда.

В России разработано и внедрено в производство получение синтетического полиизопренового каучука (СКИ), близкого по свойствам к натуральному каучуку. Резины из СКИ отличаются высокой механической прочностью и эластичностью. СКИ служит заменителем натурального каучука в производстве шин, конвейерных лент, резин, обуви, медицинских и спортивных изделий.

Кремнийорганические каучуки, или силоксановые каучуки, применяются в производстве оболочек проводов и кабелей, трубок для переливания крови, протезов (например, искусственных клапанов сердца) и др. Жидкие кремнийорганические каучуки — герметики.

Полиуретановый каучук используется как основа износостойкости резины.

Фторсодержащие каучуки имеют как особенность повышенную термостойкость и поэтому используются главным образом в производстве различных уплотнителей, эксплуатируемых при температурах выше 200 °C.

Хлоропреновые каучуки — полимеры хлоропрена (2-хлор-1,3-бутадиена) — по свойствам сходны с натуральным каучуком, в резинах применяются для повышения атмосферо-, бензо- и маслостойкости.

Находит свое применение вспененный каучук. Вспениванию подвергаются различные виды каучуков. Существует и неорганический синтетический каучук — полифосфонитрилхлорид.

3. Резина

Вулканизация каучука

Натуральные и синтетические каучуки используются преимущественно в виде резины, так как она обладает значительно более высокой прочностью, эластичностью и рядом других ценных свойств. Для получения резины каучук вулканизируют. Многие учёные работали над вулканизацией каучука. Только получив качественную резину, они до конца поняли что такое синтетичесий каучук.

Современная технология резинового производства осуществляется по следующим этапам:

1. Изготовление полуфабрикатов:

-развеска каучуков и ингредиентов;

-прорезинивание тканей, каландрирование, шприцевание;

-раскрой прорезиненных тканей и резиновых листов, сборка изделий из полуфабрикатов.

2. Вулканизация, после которой из сырых резиновых смесей получают готовые резиновые изделия.

Из смеси каучука с серой, наполнителями (особенно важным наполнителем служит сажа) и другими веществами формуют нужные изделия и подвергают их нагреванию. При этих условиях атомы серы присоединяются к двойным связям макромолекул каучука и «сшивают» их, образуя дисульфидные «мостики». В результате образуется гигантская молекула, имеющая три измерения в пространстве — как бы длину, ширину и толщину. Такой каучук (резина) будет, конечно, прочнее невулканизированного.

Меняется и растворимость полимера: каучук, хотя и медленно, растворяется в бензине, резина лишь набухает в нём. Если к каучуку добавить больше серы, чем нужно для образования резины, то при вулканизации линейные молекулы окажутся «сшитыми» в очень многих местах, и материал утратит эластичность, станет твёрдым — получится эбонит. До появления современных пластмасс эбонит считался одним из лучших изоляторов.

Вулканизированный каучук имеет большую прочность и эластичность, а также большую устойчивость к изменению температуры, чем невулканизированный каучук; резина непроницаема для газов, устойчива к царапанию, химическому воздействию, жаре и электричеству, а также показывает высокий коэффициент трения скольжения с сухими поверхностями и низкое — с увлажнёнными.

Ускорители вулканизации улучшают свойства вулканизаторов, сокращают время вулканизации и расход основного сырья, препятствуют перевулканизации. В качестве ускорителей используются неорганические соединения (оксид магния MgO, оксид свинца PbO и другие) и органические: дитиокарбаматы (производные дитиокарбаминовой кислоты), тиурамы (производные диметиламина), ксантогенаты (соли ксантогеновой кислоты) и другие.

Активаторы ускорителей вулканизации облегчают реакции взаимодействия всех компонентов резиновой смеси. В основном, в качестве активаторов применяют оксид цинка ZnO.

Антиокислители (стабилизаторы, противостарители) вводят в резиновую смесь для предупреждения «старения» каучука.

Наполнители — повышают физико-механические свойства резин: прочность, износостойкость, сопротивление истиранию. Они также способствуют увеличению объёма исходного сырья, а, следовательно, сокращают расход каучука и снижают стоимость резины. К наполнителям относятся различные типы саж (технический углерод), минеральные вещества (мел CaCO3, BaSO4, гипс, тальк, кварцевый песок SiO2).

Пластификаторы (смягчители) — вещества, которые улучшают технологические свойства резины, облегчают её обработку (понижают вязкость системы), обеспечивают возможность увеличения содержания наполнителей. Введение пластификаторов повышает динамическую выносливость резины, сопротивление «стиранию». В качестве пластификаторов используются продукты переработки нефти (мазут, гудрон, парафины), вещества растительного происхождения (канифоль), жирные кислоты (стеариновая, олеиновая) и другие.

Прочность и нерастворимость резины в органических растворителях связаны с её строением. Свойства резины определяются и типом исходного сырья. Например, резина из натурального каучука характеризуется хорошей эластичностью, маслостойкостью, износостойкостью, но в то же время мало устойчива к агрессивным средам; резина из каучука СКД имеет даже более высокую износостойкость, чем из НК. Бутадиен-стирольный каучук СКС способствует повышению износостойкости. Изопреновый каучук СКИ определяет эластичность и прочность резины на растяжение, а хлоропреновый — стойкость её к действию кислорода.

В каком из городов выпускают каучук и когда началось его производство? В России первое крупное предприятие-производитель в резиновой промышленности было основано в Петербурге в 1860 году, впоследствии названное «Треугольником» (с 1922 года — «Красный треугольник»). За ним были основаны и другие российские заводы резиновых изделий (РТИ): «Каучук» и «Богатырь» в Москве, «Проводник» в Риге и другие.

Применение резины в промышленных товарах

Каучук имеет огромное народнохозяйственное значение. Чаще всего его используют не в чистом виде, а в виде резины. Резиновые изделия применяют в технике для изоляции проводов, изготовления различных шин, в военной промышленности, в производстве промышленных товаров: обуви, искусственной кожи, прорезиненной одежды, медицинских изделий.

Резина — высокоэластичное, прочное соединение, но менее пластичное, чем каучук. Она представляет собой сложную многокомпонентную систему, состоящую из полимерной основы (каучука) и различных добавок.

Наиболее крупными потребителями резиновых технических изделий являются автомобильная промышленность и сельскохозяйственное машиностроение. Степень насыщенности резиновыми изделиями — один из основных признаков совершенства, надёжности и комфортабельности массовых видов машиностроительной продукции. В составе механизмов и агрегатов, современных автомобиля и трактора имеются сотни наименований и до тысячи штук резиновых деталей, причём одновременно с увеличением производства машин возрастает их резиноёмкость.

Виды резины и их применение

В зависимости от структуры резину делят на непористую (монолитную) и пористую.

Непористую резину изготовляют на основе бутадиенового каучука. Она отличается высоким сопротивлением истиранию. Срок износа подошвенной резины в 2—3 раза превышает срок износа подошвенной кожи. Предел прочности резины при растяжении меньше, чем натуральной кожи, но относительное удлинение при разрыве во много раз превышает удлинение натуральной подошвенной кожи. Резина не пропускает воду и практически в ней не набухает.

Резина уступает коже по морозостойкости и теплопроводности, что снижает теплозащитные свойства обуви. И, наконец, резина является абсолютно воздухо- и паронепроницаемой. Непористая резина бывает подошвенная, кожеподобная, и транспарентная. Обычную непористую резину применяют для изготовления формованных подошв, накладок, каблуков, полукаблуков, набоек и других деталей низа обуви.

Пористые резины применяют в качестве подошв и платформ для весенне-осенней и зимней обуви.

Срок носки обуви с подошвой из кожеподобной резины составляет 179—252 дня при отсутствии выкрашивания в носовой части. Недостатком этой резины являются невысокие гигиенические свойства: высокая теплопроводность и отсутствие гигроскопичности и воздухонепроницаемости.

Кожеподобную резину выпускают трёх разновидностей: непористой структуры с плотностью 1,28 г/см3, пористой структуры, имеющую плотность 0,8-0,95 г/см3, и пористой структуры с волокнистым наполнителем, плотность которых не выше 1,15 г/см3. Пористые резины с волокнистыми наполнителями называются «кожволон». Эти резины по внешнему виду сходны с натуральной кожей. Благодаря волокнистому наполнителю повышаются их теплозащитные свойства, они отличаются лёгкостью, эластичностью, хорошим внешним видом. Кожеподобные резины применяют в качестве подошвы и каблука при изготовлении летней и весенне-осенней обуви клеевого метода крепления.

Резина пористой структуры имеет замкнутые поры, объём которых в зависимости от вида резины колеблется от 20 до 80 % её общего объёма. Эти резины имеют ряд преимуществ по сравнению с непористыми резинами: повышенные мягкость, гибкость, высокие амортизационные свойства, упругость. Недостатком пористых резин является способность давать усадку, а также выкрашиваться в носочной части при ударах. Для повышения твёрдости пористых резин в их состав вводят полистирольные смолы.

В настоящее время освоено производство новых видов пористых резин: порокрепа и вулканита. Порокреп отличается красивым цветом, эластичностью, повышенной прочностью. Вулканит — пористая резина с волокнистыми наполнителями, обладающая высокой износостойкостью, хорошей теплозащитностью. Пористые резины применяют в качестве подошв для весенне-осенней и зимней обуви.

Источник: e-plastic.ru

Каучук. Виды и применение. Свойства и особенности

Каучук – эластомер натурального или синтетического происхождения, обладающий высокой степенью тягучести, диэлектрическими качествами и водонепроницаемостью. Он входит в состав резины, паронита и других материалов, широко применяемых в промышленности.

Где используется каучук

Невозможно представить современную промышленность без каучуков. Они входят в состав важных материалов, таких как:

• Резина.
• Эбонит. .
• Средства контрацепции.
• Смолы.
• Клей. .
• Искусственная кожа.
• Обувные подошвы и т.д.

Львиная доля всех каучуков применяется для производства резины. Помимо них в состав входит сажа, выполняющая роль наполнителя. Каучуки работают как связующее. Они приобретают определенную твердость, но при этом остаются эластичными. За счет этого после растягивания изделия принимают свою изначальную форму.

В качестве наполнителя также могут использоваться мел, тальк и другие материалы. Чтобы сделать из тягучего каучука резину, необходимо провести процесс вулканизации. Его суть заключается в нагреве массы с добавлением серы. Атомы каучука в таких условиях перестраивают свою структуру, и исходный материал превращается в резину.

Практически во всех сферах использования каучука применяется технология его вулканизации. Только после этого он приобретает те качества, за которые так ценится. Причем конечные свойства материалов, которые производятся из каучука, зависят от количества серы, которая включается в массу при вулканизации. Если ее 1-5%, то он получится мягким и эластичным.

Если же ее концентрацию довести до 30%, то материал станет твердым. Это будет уже не резина, а эбонит. Даже банальная обувная подошва является чаще всего жестким видом резины, которая получена благодаря включению каучука.

Если выполнить смешивание каучука с асбестом, то получится паронит. Это листовой материал, который применяется для изготовления прокладок для двигателей внутреннего сгорания. Такой материал обладает высокой температурной устойчивостью. При этом он сохраняет определенную мягкостью.

Это позволяет его применять для уплотнения соединения, к примеру между головкой блока цилиндров и корпусом двигателя. Такая прокладка обладает отличной стойкостью к нагреву, при этом она в достаточной мере сжимается, чтобы заполнить все неровности, и предотвратить разгерметизацию.

Что такое натуральный каучук

Изначально под каучуком подразумевался исключительно натуральный материал, который получают путем переработки сока растений группы каучуковых. Порядка 60% этой продукции используется для изготовления автомобильных шин. Так как материал имеет растительное происхождение, он является дефицитным, поэтому имеет соответственно высокую стоимость.

Для природного необработанного каучука, так называемого сырого, характерно окисление на воздухе Он вступает в химическую реакцию с кислородом, в результате чего начинает медленно разлагаться. Этот процесс называется старением. Разложение каучука происходит в момент нагрева до температуры больше +200°С.

Выращивание деревьев и травы, дающей сок для производства природного каучука, ведется во Вьетнаме, Бразилии, Китае, а также Таиланде и Малайзии. В других странах этому препятствуют местные климатические особенности. В свое время на заре открытия каучука в 1751 году, материал стал крайне интересным для тогдашней промышленности.

По результатам изучения каучука появилось достаточно много способов его использования. Как следствие страны, на территории которых можно было выращивать необходимые для его производства деревья, получили серьезный экономический толчок. Существовало даже такое понятие как «каучуковая лихорадка», когда люди вкладывали свои сбережения в выкуп земель с целью выращивания плантации с каучуковыми деревьями на новых территориях. Это сопровождалось большими рисками, отложенной перспективой получения урожая сока, но большой экономической выгодой. Нужно отметить, что с изобретением искусственных каучуков надобность в натуральном упала, но по прежнему существует.

Виды синтетического каучука

Более распространенным, чем натуральный, является синтетический каучук. В качестве сырья для его производства может использоваться уголь, нефть, природный газ. Это не один, а несколько видов материала, отличающихся между собой по ряду качеств, особенностях эксплуатации и прочим характеристикам. Одни виды синтетического каучука предназначены для производства резины, другие для узкоспециализированных задач.

Можно выделить такие виды искусственного каучука:

• Изопрен. .
• Бутадиеновый.
• Бутадиен-метилстирольный.
• Бутилкаучук.
• Этилен-пропиленовый.
• Бутадиен-нитрильный.
• Хлоропреновый.
• Силоксановый.
• Фторкаучуки.
• Тиоколы.

Изопреновые обладают всеми качествами, которые ставятся к подобным материалам. У них есть эластичность, прочность, отсутствие токопроводности и сопротивление к эффекту старения. При этом его не растворяют спирты и вода. Это могут сделать только щелочи и концентрированные кислоты. Из этого материала делают резиновые шины.

Бутадиеновый каучук отличается от остальных тем, что имеет достаточно низкую морозостойкость. По мере замерзания он становится жестче, теряет эластичность. После повышения температуры она возвращается. Все же эластичность каучука этого вида небольшая, поэтому он чаще применяется для изготовления твердых предметов.

Хлоропреновый отличается превосходной эластичностью. Кроме этого он весьма стойкий к ударам, порезам, и другому воздействию. Его не растворяет вода, бензин, спирт и прочие вещества. При этом недостатком хлоропрена является низкая морозостойкость. При замерзании материал строит кристаллическую решетку.

В таком виде изделие из него будет твердым, при этом его становится сравнительно легко разорвать. Этот материал имеет очень широкое распространение в тех местах, где требуется химическая стойкость. Из него делают рукава, шланги для перекачки нефтепродуктов. Кроме этого это один из лучших материалов для изготовления защитных перчаток.

Бутилкаучук – это один из самых эластичных материалов. Он может очень сильно растягиваться. По этой причине из данного материала изготавливают специализированную мембрану для строительства садовых прудов. Она превосходит по степени растягивания любые другие материалы, которые могут применяться в этой же нише. Также бутилкаучук используют для изготовления прорезиненной одежды, шин, причем весьма высокого качества.

Также достаточно распространенный каучук бутадиен-нитрильный. Он ценится за высокую стойкость к воздействию бензином, дизельным топливом и маслом. Из него делают технические резиновые предметы, отличающимися стойкими к разным температурам. Также этот материал применяется при изготовлении пластмасс.

Свойства каучуков

Каучук это очень важный материал для изготовления изделий самого разного назначения, начиная от автомобильных шин и заканчивая презервативами. Из него делают аптечные жгуты, резиночки для денег, прокладки, колесные камеры, надувные лодки, мячи, игрушки и т.д.

Важные качества:

• Эластичность.
• Водонепроницаемость.
• Ремонтопригодность.
• Электроизоляционные свойства.
• Низкая теплопроводность.
• Гасит вибрации.
• Минимальный коэффициент скольжения.

В первую очередь каучуки добавляются в различные материалы при их производстве, чтобы сделать те более эластичными. Этот связующий компонент обволакивает наполнитель. Поле этого в случае необходимости готовое изделие можно растягивать. По завершении воздействия оно примет первоначальную форму.

При этом такого не произойдет, если в состав также включено большое количество серы. Она блокирует эластичность каучука.

Наличие каучука в составе любых материалов делает их автоматически стойкими к воде. При этом устойчивость к прочим жидкостям, в том числе и агрессивным, зависит исключительно от вида связующего. Одни синтетические каучуки растворяются в щелочах, другие в кислотах или спиртах.

Изделия, в которых имеется каучук, являются ремонтопригодными. Для их починки применяются специализированные клеевые составы, в которых также имеется аналогичное связующее. Особенно надежными являются клеи, которые предусматривают схватывание путем применения вулканизации. В таком случае после застывания они могут растягиваться так же, как и основание под ними.

Все материалы с добавлением каучука в состав автоматически становятся диэлектриками. Именно поэтому их зачастую применяют для производства гибкой изоляции, на электрические провода. Защитная экипировка для работы с электроприборами и линиями электропередач производится с добавлением каучука.

Также стоит отметить, что каучук и изделия из него имеет низкую теплопроводность. Именно поэтому зачастую можно встретить резиновые и прорезиненные ручки на сковородках, крышках кастрюль, инструментах, ножах.

Высокая эластичность каучука является причиной еще одного выраженного качества материала – вибрационная устойчивость. Из резины делают ножки, подушки под тяжелую технику, мебель и т.д. Материал, а точнее изделия из него, зачастую являются антискользящими. Они не выскальзывают из рук, к тому же отлично задерживают прочие предметы, которые о них трутся.

Источник: tehpribory.ru

Использование каучука в строительстве

Каучуки общего назначения используются в тех изделиях, в которых важна сама природа резины и нет каких-либо особых требований к готовому изделию. Каучуки специального назначения имеют более узкую сферу применения и используются для придания резино-техническому изделию (шинам, ремням, обувной подошве и т.д.) заданного свойства, например, износостойкости, маслостойкости, морозостойкости, повышенного сцепления с мокрой дорогой и т.д.

Чаще всего один каучук сочетает в себе несколько свойств, поэтому подбор каучуков в рецептуре резино-технического изделия для определенных областей является тщательной работой технологов.
Спецкаучуки применяются в резино-технической промышленности в гораздо меньших количествах по сравнению с каучуками общего назначения. Области применения каучуков общего назначения и специального назначения также имеют различия. Поэтому в данном обзоре будут подробно рассмотрены только каучуки общего назначения, которые имеют схожие способы получения, переработки и применения.

Полиизопреновый каучук
Цис-1,4-полиизопреновый каучук используется в основном в шинах и шинных продуктах (66% от всего мирового потребления), прессованных и резино-технических изделиях (11%), лентах и прокладках (8%), ремнях и резиновых листах (8%), шлангах (4%) и сосках детских бутылочек, герметиках, обуви и спортивных изделиях (2%).
Полиизопреновый каучук используется в сочетании с натуральным каучуком для изготовления каркаса шин легковых машин.

Бутилкаучук
Бутилкаучук имеет уникальную способность удерживать воздух, и эта способность сделала бутилкаучук идеальным для камер пневматических шин. Он также сделал возможным изобретение бескамерных шин.
Стойкость к химическим реагентам позволяет его применять для защитной рабочей одежды. Его виброизоляционные свойства используются для уменьшения вибрации в моторных деталях и машинах, а также для изготовления бутиловых шин. Стойкость к тепловому воздействию сделала его подходящим материалом во многих промышленных областях применения. Другая успешная область применения бутилкаучука является использование его в качестве водного барьера.
Шины, камеры и другие шинные продукты являются самыми крупными областями использования бутилкаучука. Данные области потребляют приблизительно 83% от общего объема потребления бутилкаучука. Галогенированные бутилкаучуки используются как ланеры на бескамерных шинах. За ними следует область производства резино-технических изделий автомобильного назначения.
Производство адгизивов, герметиков, фармацевтических одежд, шлангов и жевательной резинки могут быть представлены как другие области использования бутилкаучука. Бутилкаучук занимает четвертое место среди синтетических каучуков: после бутадиен-стирольного, полибутадиенового и полиизопренового каучука.

Этилен-пропиленовый каучук
Сочетание свойств этилена и пропилена делают эти каучуки подходящими для производства тысяч видов резино-технических изделий для самых различных областей применения.
Основная область применения этилен пропиленового каучука является автомобильная область: (1) профили, шланги и прокладки, (2) строительство и конструкция профилей и кровельных мембран, (3) в кабельной изоляции и изоляционных покрытиях и (4) для производства прессованных резино-технических изделий. Небольшое количество этилен пропиленовых каучуков используется в качестве добавки к смазочным маслам для придания отличной термостабильности и для использования в смесях с термопластиками.

Основными потребителями являются автомобильные производители по всему миру. Этот сектор использует около 41% от общего мирового потребления. Далее следуют потребители смесей термопластиков, которые используют около 28% мирового потребления. Далее следует строительство и конструкционная область, которая насчитывает около 21% мирового потребления.

Около 12% мирового производства используется компаниями-производителями масел как добавку в смазочных маслах. Кабельная промышленность насчитывает около 6% мирового потребления для изоляции и оболочки кабелей. Фактически данный сектор рынка синтетических каучуков самый быстрорастущий в мире и занимает около 9% всего мирового объема.

Хлоропреновый каучук
Неопрен широко используется в изделиях электро-технического назначения как защитная оболочка в производстве провода и кабеля. Он используется в белых боковинах шин, прессованных и экструзионных изделиях для автомобильной индустрии, в строительстве различных конструкций и др.

Бутадиен-нитрильный каучук
Он находит применение в производстве строительных клеев (адгезивов), автомобильных прокладок, маслостойких покрытиях, специальных рабочих перчаток, конвейерных лент, тормозных накладок. Основными потребителями являются производители маслостойких прокладок, резино-технические изделия для работы в масляных средах, диафрагмы. Производители обуви/подошвы, производители прессованных изделий, также данный вид каучука используют в своем производстве изготовители пластиков и клеев.

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка синтетических каучуков можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок синтетических каучуков в России».

Источник: www.newchemistry.ru

Теплоизоляция из вспененного каучука: формы выпуска, назначение, монтаж

С ростом цен на энергоносители повышается и актуальность качественной теплоизоляции трубопроводов и технологических установок. Теплоизоляция из каучука позволяет снизить тепловые потери до минимума, защитить трубопровод от воздействия погодных явлений и дает минимальную нагрузку на окружающую среду. Прогрессивный материал выпускается в разных формах: трубы, жгуты, рулоны. Это позволяет подобрать подходящую термоизоляцию для каждого типоразмера.

Общая характеристика и технические особенности материала

Синтетический каучук был создан в 20 веке и использовался как заменитель натурального для изготовления обуви и резинотехнических изделий. Новая жизнь к материалу пришла, когда изобретатели додумались вспенивать материал методом экструзии, а затем подвергать его вулканизации. Пузырьки воздуха, которыми наполнен материал, обеспечивают высокую теплоизоляцию.

Упругая структура материала помогает ему сохранять свою форму и выдерживать значительные статические и динамические нагрузки. Высокая износостойкость обеспечивает длительных срок службы изделий, достигающие 20 лет и превышающие срок службы защищаемых трубопроводов. Обновлять каучуковую теплоизоляцию не потребуется.

Вулканизация полимера закрывает поры на поверхности. Поэтому вспененный каучук обладает минимальной гигроскопичностью и паропроницаемостью, надежно защищая трубопровод от влаги, конденсирующейся при перепадах температур.

Полимер не гниет, в нем не образуется грибок и плесень даже в условиях повышенной влажности. Он не является привлекательным для мелких грызунов, насекомых и других биологических вредителей.

Еще одна важная особенность материала – он не подвержен горению. При нагревании не выделяет вредных веществ, в отличие от других используемых для утепления вспененных пластиков.

Как выглядит вспененный каучук

В ходе производства и эксплуатации вспененного каучука в окружающую среду не выделяется вредных или резко пахнущих веществ

Монтаж теплоизоляции из вспененного каучука не представляет собой проблем благодаря высокой прочности и эластичности материала. Упругие трубки повторяют все изгибы трубопроводов. Он не сминается на внутренних радиусах и не снижает своей толщины на наружных, не снижая таким образом в этих местах параметры теплоизоляции

Применение в качестве теплоизоляции

Теплоизоляция из вспененного каучука используется в тех отраслях, где необходимо обеспечить качественную защиту от тепла или холода:

теплоизоляция труб, сосудов и других технологических емкостей в промышленных установках;

• покрытие корпусов и деталей машин с целью снижения шума и вибрации;
• защита трубопроводов и деталей от возможного возгорания;
• использование в морозильных установках различного размера: от бытовых до промышленных холодильников большой мощности.

Кроме того, каучук в форме труб и листов используется в качестве эффективного пароизолятора, задерживающего пары воды и других жидкостей. Для обеспечения эффективной пароизоляции необходимо строго соблюдать технологию монтажа и применять специальные клеящие составы. После их использования материал становится монолитным, разъединить его по шву уже не удастся. Следует также правильно рассчитать толщину слоя изолирующего материала. Это позволит свести к минимуму возникновение конденсата.

По таким характеристикам, как:

• теплопроводность;
• огнестойкость;
• паропроницаемость;
• герметичность швов –

вспененный каучук заметно превосходит такие вспененные пластики, как пенополиэтилен и пенополиуретан.

Плюсы и минусы продукции

Теплоизоляция, изготовленная из вспененного каучука, имеет ряд бесспорных достоинств. К ним прежде всего относятся:

• снижение теплопотерь до 80%, оптимальный размер пор и их закрытая структура позволяют довести коэффициент теплопроводности до 0,036 вт/(м*к);
• высокие защитные свойства, защищенные трубопроводы могут работать в активных средах и не подвергаться коррозии;
• повышение общей эффективности и надежности тепловых систем за счет снижения удельной нагрузки на теплоноситель;
• высококачественная защита от конденсата и водяных паров, точка росы смещается от защищаемой поверхности в окружающее пространство;
• защита от воздушного шума и вибрации как в трубопроводах, так и в кожухах механизмов и автомобильных корпусов;
• высокая температура возгорания (свыше 300 о С), препятствует распространению открытого огня, при тлении не выделяет вредных веществ.

В числе недостатков материала специалисты упоминают высокую стоимость. Отмечают также строгие технологические требования к монтажным работам и используемым в их ходе материалам. При отступлении от этих правил не удается обеспечить заданные параметры изоляции и защиты от агрессивных сред и образования конденсата.

Формы выпуска и назначение при теплоизоляции

Химический состав и структура материала во всех формах выпуска одинаковая. На рынке Москвы и других городов доступны три основные формы:

Рулоны

Листы, свернутые в рулон, используются для наклеивания на детали и кожухи механизмов с целью их звукоизоляции и снижения уровня вибрации. Благодаря мелкоячеистой структуре механические колебания затухают в толщине материала.

Используется листовой каучук и для теплоизоляции труб большого и переменного диаметра, технологических емкостей и химических реакторов.

Жгуты

Сплошные жгуты цилиндрической формы выпускаются диаметром от 5 до 50 мм, это позволяет подобрать подходящий шнур для уплотнения стыков и швов в металлических и пластмассовых конструкциях. Для достижения герметичности необходимо проклеивать шнур специальным составом, имеющим высокую адгезию к материалу конструкции. Поверхность перед нанесением состава следует очистить от механических загрязнений и обезжирить. Давление, которое могут выдерживать такие швы, ограничено. Разновидностью жгутов служат кольца, используемые для уплотнения разъемных стыков трубопроводов и в качестве прокладок между частями механизмов.

Трубки

Трубы из вспененного каучука выпускаются внутренним диаметром от 5 до 300 мм, толщина стенок варьируется от 5 до 150 мм. Трубы средних и больших диаметров выпускают с продольным разрезом для облегчения монтажа. После того, как утеплитель размещен на изолируемом участке, шов заклеивают специальным клеящим сотовом.

Трубы из вспененного каучука

Трубную форму используют для термоизоляции, виброзащиты, предотвращения возгорания, защиты от коррозии. Их применяют в системах отопления, охлаждения, технологических трубопроводах, водоснабжения и вентиляции.

Особенности монтажа

Монтаж термоизоляции на основе вспененного каучука не представляет собой особых сложностей. Важно лишь тщательно соблюдать требования технологии. Для установки потребуется монтажный нож и специальный клеящий состав.

Упругость каучуковой пены позволяет идеально повторить все изгибы трубопровода, а также сложные формы емкостей и деталей.

Изолируемую поверхность перед установкой изоляции следует очистить от механических загрязнений, следов коррозии, а также тщательно обезжирить и высушить. Если под изоляцией останется влага, в дальнейшем это может привести к возникновению очага коррозии. Клеящий состав наносится в соответствии с инструкцией изготовителя. Важно точно соблюдать указанное в ней время выдержки, иначе соединение не наберет необходимой прочности.

При использовании шнуров в качестве уплотнения стыков следует убедиться в том, что данный клеевой состав совместим с материалом, из которого изготовлены уплотняемые детали.

Оклеивание труб большого диаметра и деталей и емкостей сложной формы листовым материалом проводится с предварительным расчетом и построением выкройки. Это позволит обеспечить максимальное прилегание материала и снизить его непроизводительные потери.

Источник: pechiexpert.ru