Склад і класифікація гум

Лекція № 10

Тема: «Гума»

Гумою називається продукт спеціальної обробки (вулканізації) суміші каучуку і сірки з різними добавками.

Вулканізація - перетворення каучуку в гуму, здійснюване за участю так званих вулканізуючих агентів і під дією іонізуючої радіації.

Каучуки є полімерами з лінійною структурою і при вулканізації перетворюються на високоеластичні рідкосітчаті матеріали - гуми. Вулканізуючими добавками служать сірка та інші речовини. Із збільшенням вмісту вулканізатора (сірки) сітчаста структура гуми стає більш частою і менш еластичною. При максимальному насиченні сіркою (30-50 %) отримують тверду гуму (ебоніт), при насиченні сіркою 10-15 % - напівтверду гуму. Зазвичай в гумі міститься 5-8% сірки.

Для прискорення вулканізації вводять прискорювачі, наприклад оксид цинку.

Гума як технічний матеріал відрізняється від інших матеріалів високими еластичними властивостями, які притаманні каучуку - головному вихідному компоненту гуми. Вона здатна до дуже великих деформацій (відносне подовження досягає 1000%), які майже повністю оборотні. При нормальній температурі гума знаходиться в високоеластичному стані, і її еластичні властивості зберігаються в широкому діапазоні температур.

Модуль пружності лежить в межах 1-10 МПа, тобто він в тисячі і десятки тисяч разів менше, ніж для інших матеріалів. Особливістю гуми є її мала стисливість (для інженерних розрахунків гуму вважають нестисливою); коефіцієнт Пуассона 0,4-0,5, тоді як для металу ця величина становить 0,25-0,30. Іншою особливістю гуми як технічного матеріалу є релаксаційний характер деформації. При нормальній температурі час релаксації може становити 10-4 с і більше. При роботі гуми в умовах багаторазових механічних напруг частина енергії, яка сприймається виробом, втрачається на внутрішнє тертя (у самому каучуку і між молекулами каучуку і частинками добавок); це тертя перетворюється в теплоту і є причиною гістерезисних втрат. При експлуатації товстостінних деталей (наприклад, шин) внаслідок низької теплопровідності матеріалу наростання температури в масі гуми знижує її працездатність.

Крім зазначених особливостей для гумових матеріалів характерні висока стійкість до стирання, газо- і водонепроникність, хімічна стійкість, електроізолюючі властивості і невелика щільність.

Головним вихідним компонентом гуми, що надає їй високі еластичні властивості, є каучук. Каучуки бувають натуральні (НК) і синтетичні (СК). Натуральний каучук одержують коагуляцією латексу (молочного соку) каучуконосних дерев, що ростуть в Бразилії, Південно-Східній Азії, на Малайському архіпелазі. Синтетичні каучуки (бутадієнові, бутадієн - стирольні та ін.) отримують методами полімеризації. Вперше синтез бутадієнового каучуку полімеризацією бутадієну, отриманого з етилового спирту, здійснений в 1921 р. російським вченим С.В. Лебедєвим. Розроблено методи одержання синтетичних каучуків на основі більш дешевої сировини, наприклад нафти і ацетилену.

Крім каучуку до складу гум входять:

- вулканізуючі речовини (агенти), які беруть участь в утворенні просторово-сіткової структури вулканізату. Зазвичай в якості таких речовин застосовують сірку і селен, для деяких каучуків перекиси. Для гуми електротехнічного призначення замість елементарної сірки (яка взаємодіє з міддю) застосовують органічні сірчисті сполуки - тіурами (тіурамові гуми).

- прискорювачі процесу вулканізації: полісульфіди, оксиди свинцю, магнію та інші впливають як на режим вулканізації, так і на фізико-механічні властивості вулканізатів. Прискорювачі проявляють свою найбільшу активність у присутності оксидів деяких металів (цинку тощо), званих в складі гумової суміші активаторами.

- пригнічувачі процесу старіння (антиоксиданти), що уповільнюють процес старіння гуми, який веде до погіршення її експлуатаційних властивостей. Існують антиоксиданти хімічної та фізичного дії. Дія перших полягає в тому, що вони стримують окислення каучуку в результаті окислення їх самих або за рахунок руйнування утворених перекисів каучуку (застосовуються альдоль, неозон Д та ін.) Фізичні антиоксиданти (парафін, віск), що утворюють поверхневі захисні плівки (застосовуються рідше).

- пом’якшувачі (пластифікатори) - полегшують переробку гумової суміші, збільшують еластичні властивості каучуку, підвищують морозостійкість гуми. В якості пом’якшувачів вводять парафін, вазелін, стеаринову кислоту, бітуми, дибутилфталат, рослинні масла. Кількість пом’якшувачів становить 8-30 % маси каучуку.

Наповнювачі по впливу на каучук поділяють на активні (підсилюють) і неактивні (інертні). Активні наповнювачі (вуглецева сажа і біла сажа, кремнійкислота, оксид цинку та ін.) підвищують механічні властивості гум: міцність, опір стиранню, твердість. Неактивні наповнювачі (крейда, тальк, барит) вводяться для здешевлення вартості гуми.

Часто до складу гумової суміші вводять регенерат - продукт переробки старих гумових виробів та відходів гумового виробництва. Окрім зниження вартості регенерат підвищує якість гуми, знижуючи її схильність до старіння.

Барвники мінеральні або органічні вводять для фарбування гум. Деякі фарбувальні речовини (білі, жовті, зелені) поглинають короткохвильову частину сонячного спектру і цим захищають гуму від світлового старіння.

В даний час гумові матеріали класифікуються по виду сировини, виду наповнювача, ступеня упорядкування макромолекул і пористості, екологічним способам переробки, типами теплового старіння і зміни об’єму після перебування в нафтовій рідини.

Класифікація по виду сировини враховує найменування каучуків, що явилися вихідною сировиною при виробництві гумових матеріалів: НК - натуральний каучук, СКБ - синтетичний каучук бутадієновий, СКС - бутадієн - стирольний каучук, СКІ - синтетичний каучук ізопреновий, СКН - бутадієн - нітрильний каучук, СКФ- синтетичний фторовмісний каучук, СКЕП - співполімер етилену з пропиленом, ХСПЕ - хлорсульфополіетілен, БК - бутилкаучук, РКУ - поліуретанові каучуки.

По виду розрізняють наповнювачі для гумових матеріалів порошкоподібні і тканини.

За ступенем упорядкування макромолекул і пористості гумові матеріали можуть бути м'якими, жорсткими (ебонітовими), пористими (губчастими) і пастоподібними. Щільність губчастої гуми 100-750 кг/м³.

Серед технологічних способів переробки для гумових матеріалів використовуються видавлювання, пресування і лиття.

За здатністю до теплового старіння існує сім типів гум: Т07-Т25.

Щодо зміни об’єму після перебування в нафтовій рідині розрізняють сім класів: К1-К7.

Найбільшими споживачами гуми є шинна промисловість (понад 50%) і промисловість гумотехнічних виробів (більше 22 %).

Дата добавления: 2014-01-05