Каучуки и резиновые материалы
Реферат
Дисциплина:
материаловедение
Тема: Каучуки и
резиновые материалы
2009
Введение
Благодаря
высокой эластичности и упругости, способности поглощать вибрации и ударные
нагрузки, хорошей механической прочности и сопротивлению истиранию,
электроизоляционным и другим свойствам резина является незаменимым материалом
для ряда автомобильных деталей.
Резину
используют для изготовления опор двигателя; шлангов систем охлаждения, питании,
смазки, отопления и вентиляции; ремней привода вентилятора, генератора,
компрессора и водяного насоса; уплотнителей кузова и кабины; втулок рессор и
других деталей подвески; манжет, шлангов, чехлов, диафрагм тормозной системы;
деталей амортизаторов, шумоизолирующих элементов передней и задней подвесок;
колесных грязевых щитков, ковриков для пола кабины и кузова и др.
И
все же главное применение резины на автомобиле — это пневматические шины.
Автомобильные
шины изготовляют из резины, ткани и небольшого количества стальной проволоки. В
некоторых конструкциях шин применяется, кроме того, стальной корд.
Другие
резиновые автомобильные детали изготовляют либо только из резины, либо с
применением тканей. При ремонте автомобильных шин используют резину и
резинотканевые материалы или же изделия из них.
Резину
получают вулканизацией резиновой смеси. Любая резиновая смесь содержит каучук и
вулканизирующее вещество — серу (в шинных резиновых смесях серы содержится до 3
% веса каучука).
Процесс
вулканизации заключается в нагреве резиновой смеси до
определенной температуры и выдержки ее при этой температуре в течение времени,
достаточного для того, чтобы атомы серы соединили в некоторых местах молекулы
каучука (имеющего линейную структуру), образовав резину— материал с
пространственной структурой молекул, обладающий новыми свойствами,
отличающимися от свойств каучука. Температура вулканизации должна быть выше
температуры плавления серы (120°С), но ниже температуры плавления каучука
(180-200°С).
Каучук
подразделяют на:
-
натуральный (НК);
-
синтетический (СК).
Натуральный
каучук добывают
из млечного сока (латекса) каучуконосного дерева гевеи, а также каучуконосных
растений (кок-сагыз, тау-сагыз), содержащих латекс в корнях.
Молекула
натурального каучука состоит из звеньев легколетучего углеводорода — изопрена и
имеет всюду одинаковую (регулярную) микроструктуру.
В
России натуральный каучук имеет ограниченное распространение. В отечественном
шинном производстве из него изготовляют только отдельные детали шины или же он
используется в качестве добавки к резиновой смеси. Наша страна является родиной
синтетического каучука, который был получен в 1931 году по методу,
разработанному академиком С.В. Лебедевым.
Синтетический
каучук получают в основном из природного и попутного нефтяных газов, а также
отдельных углеводородных фракций нефтепереработки.
В
настоящее время изготовляется несколько разновидностей синтетических каучуков,
отличающихся механической прочностью, химической стойкостью,
газопроницаемостью, термостойкостью и другими свойствами:
—
натрий-бутадиеновый (СКВ), первый в мире промышленный синтетический каучук,
изготовлялся из этилового спирта на базе пищевых крахмалсодержащих продуктов.
Выпуск прекращен с 1964 года;
—
бутадиен-стирольный (СКС) является самым распространенным синтетическим
каучуком, который получается сополимеризацией бутадиена и стирола. Обладает
достаточной прочностью и износостойкостью;
—
бутилкаучук получают сополимеризацией изопрена и изобутилена, характеризуется
высокой газопроницаемостью и химической стойкостью;
—
полиуретановые каучуки отличаются высокой износостойкостью;
—
полихлоропреновые каучуки обладают высокой бензомаслостойкосью;
—
силиконовый (кремнийорганический) каучук (СКТ) сохраняет свои свойства при
температурах от минус 70°С до + 400°С, превосходя по термостойкости натуральный
каучук;
—
изопреновые (СКИ) и дивиниловые (СКД) каучуки обладают эластичностью, которая
приблизилась к показателям натурального каучука, а по некоторым другим
свойствам и превосходят натуральный.
Кроме
каучука и вулканизирующего вещества в состав резиновой смеси входят и другие
компоненты (ингредиенты), придающие резинам определенные свойства:
—
ускорители вулканизации (альтакс, каптакс, тиурам в количестве 1-2 % от веса
каучука) сокращают время вулканизации и повышают качество резины;
—
усилители (активные наполнители) — сажа, каолин, цинковые белила и др. в
количестве до 50 % от веса каучука. Служат для улучшения того или иного
свойства резины;
-
неактивные наполнители (отмученный мел, асбестовая мука) в количестве 30—40 % от
веса каучука вводятся для удешевления резины без заметного ухудшения ее
свойств;
-
противостарители (сантофлекс А, неозон Д) в количестве 0,5—2,5 % от веса
каучука вводятся для замедления старения резины под действием кислорода
воздуха, солнечных лучей и других факторов;
-
мягчители и пластификаторы (стеариновая кислота, мазут,
вазелиновое масло, сосновая смола и др.) в количестве от 3 до 20 % веса каучука
улучшают смешиваемость компонентов резиновой смеси и делают ее более пластичной
и липкой; - красители используются для окрашивания светлых резиновых смесей в
соответствующие цвета. Применяются пигменты минерального и органического
происхождения;
-
регенерат — резина из утильных покрышек, камер для замены каучуковой
составляющей резиновой смеси.
Свойства
резин. Определяющее влияние на свойства резин оказывает каучуковая основа, от
которой зависят их физико-механические, прочностные, защитные и другие
свойства.
На
механические свойства резин определяющее влияние оказывает температура, с
повышением которой снижаются их прочность и твердость. При этом скорость
снижения значений механических свойств выше у резин на основе ненасыщенных
каучуков, а для кремнийорганических каучуков эта скорость минимальна.
Важнейшими
характеристиками многих типов резин являются их износостойкость и коэффициент
трения. Для резин, как и для других твердых материалов, различают виды
изнашивания:
—
усталостный;
—
абразивный;
—
коррозионно-механический;
—
эрозионный;
—
«скатывание» — является специфическим видом изнашивания для резин, когда при
трении микронеровности поверхности резины деформируются в скатку и отрываются
от поверхности.
Кроме
вышеперечисленных свойств качество резин оценивается по:
—
морозостойкости;
—
термостойкости или сопротивлению термическому старению;
—
озоностойкости;
—
биостойкости;
—
стойкости в жидких средах;
—
диэлектрическим свойствам;
—
пожароопасное и коррозионной агрессивности по методикам, общим для полимерных
материалов.
Классификация
резин. Резины поставляются потребителю в виде:
—
полуфабрикатов — резиновых смесей, готовых для переработки в изделия путем
формования, армирования и вулканизации;
—
вулканизированных пластин, шнуров;
—
готовых изделий — лент, ремней, рукавов и шин. Готовые резины (вулканизаторы)
делятся на две основные группы — общего и специального назначения,
Резины
общего назначения изготовляют на основе натурального каучука
бутадиеновых, изопреновых, бутадиен-стирольных, хлоропреновых, бутилкаучуков и
их комбинаций. Эти резины работоспособны в интервале температур от 50 до 150°С,
и основными областями их применения являются изготовление:
—
пневматических шин и камер
—
конвейерных лент;
—
приводных ремней;
—
других резинотехнических изделий.
Резины
специального назначения включают несколько их видов, применяемых
в специфических условиях эксплуатации:
—
теплостойкие резины на основе этиленпропиленовых и бутилкаучуков работоспособны
при температуре 150—200°С и более, для резин на основе элементоорганических
каучуков;
—
морозостойкие резины получают на основе каучуков с низкой температурой
стеклования (кремнийорганические) или обычной температуры стеклования при
введении в них специальных пластификаторов;
—
масло- и бензостойкие резины на основе бутадиен-нитрильных, полисульфидных,
уретановых, хлоропреновых, винилпиридиновых и фторсодержащих каучуков
работоспособны при длительном контакте с нефтепродуктами и растительными
маслами;
—-
резины, стойкие к действию агрессивных сред (кислот, щелочей, озона и т. д.)
получают на основе бутилкаучука, кремнийорганических, фторсодержащих и
акриловых каучуков, а также хлорсульфированного полиэтилена;
—
электропроводящие и магнитные резины изготовляют на основе полярных каучуков с
электропроводящими и магнитными наполнителями;
—
диэлектрические (кабельные) резины получают на основе кремнийорганических
изопреновых и других каучуков с неорганическими наполнителями;
—
радиационно-стойкие резины из фторсодержащих и бутадиен-стирольных каучуков
наполняют оксидами свинца и бария.
Кроме
вышеуказанных видов резин специального назначения выделяют также вакуумные,
вибро-, водо-, огне- и
светостойкие, оптически активные, фрикционные, пищевые и др.
Готовые
резинотехнические изделия представляют собой, как правило, композиционные
детали из резины и армирующего каркаса. Наиболее распространенными из них
являются:
—
амортизаторы, подшипники и шины, армированные металлическим кордом или
проволокой;
—
уплотняющие манжеты и другие изделия,
Ремонтные
материалы для резинотехнических изделий.
Автохозяйства
используют резину в качестве ремонтного материала для восстановления
поврежденных пневматических шин и камер.
Протекторная
резина предназначена
для заполнения вырезанных при ремонте участков протектора и боковин.
Прослоенная
резина предназначена
для обкладки вырезанных участков покрышки, пластырей и манжет с целью лучшего
соединения заплат с покрышкой и для заполнения вырезанных участков каркаса
покрышки.
Камерная
резина служит
для изготовления заплат.
Герметизирующая
резина используется
для ремонта герметизирующего слоя бескамерных шин.
Клеевая
резина предназначена
для приготовления клея.
Ткань,
как
и резина, определяет эксплуатационные качества и стоимость шин. Вес ткани
составляет около 30 % веса всей покрышки.
При
изготовлении и ремонте покрышек и бескамерных шин применяют, в основном,
прорезиненные кордовые ткани, а также ткани полотняного переплетения — чефер,
доместик, бязь.
Из
корда изготовляют каркас покрышки, являющийся ее основой, Чефер используют при
изготовлении усилительных ленточек бортов покрышки, а доместик или бязь - для
обертки проволочных колец покрышки.
Качество
корда зависит от типа используемого волокна, которое бывает;
—
природным (хлопок);
—
искусственным (вискоза);
—
синтетическим (капрон, нейлон и др.).
Искусственные
волокна получают
в результате химической обработки природных высокомолекулярных соединений
(клетчатки или целлюлозы),
Синтетические
волокна изготовляют
из синтетических высокомолекулярных соединений (капролактама, полиэфирной смолы
и др.).
Хлопчатобумажный
корд характеризуется
высоким теплообразованием, низкими теплостойкостью и прочностью. Поэтому
изготовленные из него шины обладают невысокими эксплуатационными качествами.
Более
качественным является вискозный корд, его прочность почти не изменяется при
температурах, достигающих 100°С. Шины, изготовленные из вискозного корда, имеют
пробег в 1,5 раза больший, чем из хлопчатобумажного. Недостатки вискозного
корда — пониженное сцепление с резиной и повышенная гигроскопичность, что может
привести к расслоению покрышки.
Корд
из синтетических волокон превосходит вискозный и тем более хлопчатобумажный.
Капроновое волокно не гниет, устойчиво к истиранию и действию многократных
деформаций. Применение капронового корда удлиняет срок службы шин на 30—40 %,
уменьшает потери мощности на качение. К недостаткам капронового корда относится
упругое удлинение нити, что способствует разнашиваемости каркаса.
Стальная
проволока, применяемая для металлокорда, намного превосходит
прочность нитей из природных и искусственных волокон. Прочность металлокорда
практически не снижается при температурах, которые развиваются в шине. Он
обладает высокой теплопроводностью и незначительной разнашиваемостью. Шины с
металлокордом на дорогах с усовершенствованным покрытием служат примерно в два
раза дольше, чем обычные. Недостаток металлокорда заключается в невысокой
усталостной прочности, что ограничивает его применение.
Проволочная
плетенка, лента, уточные и одиночные проволоки различных калибров находят
применение для изготовления бортовых колец покрышки. Стальная проволока для
предохранения от коррозии и лучшего сцепления с резиной латунируется.
Латунные
сплавы используют для изготовления деталей вентиля камеры.
При
ремонте автомобильных шин наряду с резинами и тканями применяют:
—
пластыри, манжеты;
—
уплотнительные резиновые пробки и грибки;
—
протекторную профилированную резину;
—
резиновый клей.
Пластыри
представляют
собой заплаты из прорезиненного корда и применяются для ремонта сквозных
повреждений каркаса у шести-, восьми и десятислойных покрышек.
Манжетами
называют
куски каркаса, вырезанные из покрышек, непригодных к ремонту, и соответствующим
образом обработанные. Их применяют для ремонта сквозных повреждений каркаса
покрышек.
Ромбовидные
манжеты по сравнению с овальными имеют на 35 % меньший вес, создают меньший
дисбаланс у отремонтированных покрышек и обеспечивают более плавный переход от
отремонтированного участка к каркасу шины. При ремонте восьмислойных и покрышек
больших размеров применяют две манжеты. Манжета, которая накладывается первой,
называется подманжетником.
Уплотнительные
резиновые пробки и грибки применяют при ремонте гвоздевых
проколов покрышек и бескамерных шин.
Протекторная
профилированная резина предназначена для восстановления у
покрышек изношенного протектора. Протекторные резины выпускают для ремонта
покрышек всех стандартных массовых размеров для полного восстановления у них
протектора или только беговой дорожки.
Резиновый
клей необходим
при ремонте для промазки поврежденных мест покрышек и камер и промазки
ремонтных материалов. Приготовляют его растворением клеевой резины в
бензине-растворителе или авиационном бензине Б-70.