Содержание
Что такое резина? Технология производства, состав и свойства
Автор статьи
Хватков Дмитрий
Консультант в сфере производства резиновых покрытий
Резина (слово произошло от латинского «resina» — «смола») представляет собой эластичный материал, получаемый методом температурной стабилизации (вулканизации) натурального и синтетического каучука.
Вулканизация — сложный технологический процесс, в ходе которого каучук под воздействием высокой температуры взаимодействует с вулканизирующим реагентом (обычно серой). В процессе вулканизации происходит сшивание молекул каучука в единую пространственную сетку. В результате получается эластичный полимер (резина) структура которого представлена хаотично расположенными цепочками углерода, которые прочно соединены между собой атомами серы. В процессе вулканизации натуральный или синтетический каучук становится резиной.
В нормальном состоянии цепочки углерода имеют скрученный вид. При растяжении они раскручиваются, но при отмене растягивающего усилия быстро возвращаются в прежнюю форму.
Именно это свойство сделало резину незаменимым материалом в самых разных сферах — от изготовления приводных ремней и уплотнителей до производства автомобильных шин.
Состав резины
Кроме каучука, в состав резины входят и другие компоненты:
- ускорители вулканизации
- активаторы
- добавки-пластификаторы
- противостарители
- активные наполнители или усилители
- неактивные наполнители
- красители
- ингредиенты специального назначения
В состав резины также могут входить ароматизаторы (душистые вещества), различные модификаторы, антипирены (огнезащита) и другие компоненты. Для повышения скорости вулканизации производители используют различные катализаторы-ускорители.
Натуральный и синтетический каучук — в чем разница
Основное различие между натуральным каучуком и его синтетическим аналогом заключается в том, что натуральный каучук — это полимер природного происхождения, полученный из млечного сока дерева под названием гевея (Hevea brasiliensis).
Синтетический каучук — это искусственно произведенный полимер.
Синтетический каучук — искусственно созданный полимерный материал, во многом копирующий натуральный каучук по свойствам и характеристикам. Получают материал методом полимеризации бутадиена, изопрена, стирола, изобутилена и других химических веществ. Синтетические каучуки состоят из длинных разветвленных молекулярных цепей с двойными связями.
Самая распространенная разновидность синтетического каучука — изопреновый. Этот материал максимально приближен к натуральному по своим характеристикам и молекулярной структуре. Именно изопреновый каучук нашел широкое применение в производстве шин (часто в комбинации с другими каучуками).
Свойства и характеристики резины
Резина представляет интерес благодаря своей эластичности. Этот универсальный материал способен подвергаться большим обратимым деформациям при различных температурах. Свойства и характеристики каждого типа резины зависят от типа каучука, из которого изготовлен материал.
Качества резины могут меняться в широких пределах при применении различных исходных материалов, их пропорций, рецептуры или модификации.
Резина в общем виде обладает следующими уникальными свойствами:
- эластичность
- способность поглощать ударные нагрузки и вибрацию
- малая теплопроводность
- высокая механическая прочность
- износостойкость
- газо- и водонепроницаемость
- устойчивость к агрессивным средам
Резина является хорошим диамагнетиком и диэлектриком. Существуют специальные марки резин, проводящих электрический ток. Срок эксплуатации резиновых изделий может исчисляться десятилетиями.
Область применения резины
Изделия из резины находят самое широкое применение во всех отраслях промышленности и народного хозяйства. Резина используется в производстве всевозможных уплотнителей, обуви, приводных ремней, транспортерных лент конвейеров, напольных покрытий и широкого спектра других резинотехнических изделий.
Резиновая смесь используется для изготовления прорезиненных тканей.
Основное применение резина находит в производстве шин — автомобильных, мотоциклетных, велосипедных и авиационных.
Вторичное использование автомобильных шин
Утилизация и переработка автомобильных покрышек с каждым годом приобретает все большее экологическое и экономическое значение. Это связано с тем, что порядка 80% всех производимых в мире шин созданы из синтетического каучука который получают из нефти — невозобновляемого природного ресурса. Вторичная переработка покрышек способствует сохранению природных запасов нефти. Утилизация резиновых отходов также стимулирует развитие ресурсосберегающих технологий, позволяет сократить площади свалок, улучшить экологическую обстановку.
Из продуктов переработки отслуживших свой век автомобильных покрышек можно изготовить новую востребованную продукцию:
- новые автомобильные шины;
- различные резинотехнические изделия;
- гидроизоляционные материалы;
- подошвы для обуви;
- тротуарную резиновую плитку, брусчатку, поребрики и бордюры;
- промышленные напольные покрытия;
- бесшовные и рулонные покрытия из резиновой крошки и др.
Основным сырьем для изготовления резиновых напольных покрытий является фракционированная резиновая крошка — продукт механической переработки старых автомобильных шин. Технологический процесс изготовления резиновой крошки заключается в измельчении автопокрышек, удалении нерезиновых компонентов и сортировке гранул по фракциям.
Измельчение покрышек с целью получения резиновой крошки — одно из наиболее перспективных направлений переработки. Полученный материал является ценным сырьем для производства широкого ассортимента травмобезопасных резиновых покрытий.
Состав резины и ее получение
Категория:
Автомобильные эксплуатационные материалы
Публикация:
Состав резины и ее получение
Читать далее:
Физико-механические свойства резины
Состав резины и ее получение
Основным компонентом резины является каучук: его содержание в резиновых изделиях составляет примерно 50…60% по массе.
У каучука молекулы представляют собой длинные нити, скрученные в клубки и перепутанные между собой. Такое строение каучука обусловливает его главную особенность — эластичность. При растяжении каучука его молекулы постепенно распрямляются, возвращаясь в прежнее состояние после снятия нагрузки. Однако при слишком большом растяжении молекулы необратимо смещаются друг относительно друга и происходит разрыв каучука.
Вначале в резиновых изделиях использовался только натуральный каучук, который получали из млечного сока (латекса) каучуконосного дерева — бразильской гевеи. В 1932 г. впервые в мире в нашей стране был синтезирован синтетический каучук, который вскоре стал основным сырьем для изготовления резиновых изделий. В настоящее время для этой цели выпускаются десятки разновидностей синтетических каучуков.
Наиболее широкое применение находят стирольные каучуки С KMC (бутадиен-метилстирольный) и СКС (бу-тадиен-стирольный). Эти каучуки превосходят натуральный по. износостойкости, однако уступают ему по эластичности, тепло- и морозостойкости.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
При производстве шин используют изопреновый (СКИ-3) и бутадиеновый (СКВ) каучуки. Каучук СКИ-3 по свойствам близок к натуральному каучуку, каучук СКВ отличается высокой износостойкостью. Хорошую маслобензостойкость имеют хлорпреновый (наирит) и нитрильный (СКН) каучуки. Из них изготавливают детали, работающие в контакте с нефтепродуктами: шланги, манжеты и др.
При изготовлении камер и герметизирующего слоя бескамерных шин используется бутилкаучук, характеризующийся высокой газонепроницаемостью.
Натуральный или синтетический каучук составляет основу резиновой смеси или «сырой» резины, которая самостоятельно из-за низкой прочности находит ограниченное применение — в основном для изготовления клеев и уплотнительных прокладок. Для увеличения прочности каучуков используется процесс вулканизации — химическое связывание молекул каучука с атомами серы.
В процессе вулканизации, протекающем при температуре 130… 140 °С, молекулы серы соединяются с линейными молекулами каучука, образуя как бы мостики между ними (рис. 59). В результате получается вулканизированная резина, представляющая собой упругий материал.
Количество серы, используемое при вулканизации, определяется требованиями прочности и эластичности материала. С ростом концентрации серы прочность резины увеличивается, но одновременно уменьшается ее эластичность. Поэтому в резинах, предназначенных для изготовления автомобильных камер и покрышек, добавка серы ограничена 1…3% от общего содержания каучука. При содержании серы 40…60% каучук превращается в твердый материал — эбонит.
Для обеспечения требуемой прочности и износостойкости резин, особенно предназначенных для изготовления шин, применяются наполнители. Главным из наполнителей является сажа, представляющая собой порошкообразный углерод с размерами частиц 0,03…0,25 мкм. В современных резинах содержится значительное количество са-жи — от 30 до 70% по отношению к содержащемуся каучуку.
При введении сажи прочность резины увеличивается более, чем на порядок. Для изготовления цветных резин используется так называемая белая сажа (кремнезем и другие продукты). Наряду с сажей применяются неактивные наполнители, служащие для увеличения объема резиновой смеси без ухудшения ее свойств (отмученный мел, асбестовая мука и др.).
Рис. 1. Строение вулканизированного каучука
Для облегчения смешивания компонентов резиновой смеси в нее вводятся пластификаторы или мягчители — обычно жидкие или твердые нефтепродукты. С целью замедления процессов старения, а также для повышения выносливости резины при многократных деформациях, добавляются противостарители (антиокислители). В качестве противостарителей используются специальные химические вещества, связывающие проникающий в резину кислород. В качестве таких веществ применяют неозон Д и сантофлекс А. Для ускорения вулканизации используют присадки ускорителей. Получение пористых губчатых резин обеспечивается с помощью специальных порообра-зователей.
Для увеличения прочности ряда резинотехнических изделий (автомобильные покрышки, приводные ремни, шланги высокого давления и пр.) резины армируются с помощью тканевой или металлической арматуры. Например, в одном из наиболее ответственных и дорогостоящих изделий — автомобильных покрышках используются полиамидный (капроновый), вискозный или металлический корды.
Основным этапом технологического процесса приготовления резин явлется смешение, при котором обеспечивается полное и равномерное распределение в каучуке всех содержащихся инградиентов (составных частей), число которых может доходить до 15. Смешение выполняется в резиносмесителях, обычно в две стадии. Сначала изготавливается вспомогательная смесь без серы и ускорителей, затем на второй стадии вводятся сера и ускорители. Получаемые резиновые смеси используются для изготовления соответствующих деталей и для обрезинивания корда. В последнем случае для обеспечения достаточной прочности связи между кордом и резиной корд обязательно пропитывается латексами и смолами.
Заключительной операцией является вулканизация, после которой резинотехническое изделие пригодно для использования.
При ремонте автомобильных шин и камер методом горячей вулканизации широко применяются такие сорта сырой резины, как прослоечная, протекторная и камерная. R этом случае для обеспечения требуемого качества ремонта наряду с высокой температурой процесс вулканизации должен проходить под определенным давлением, обеспечиваемым с помощью различных устройств.
Неизвестный объект: шина — Материалы
В состав шин входит более 200 видов сырья. Исследователи используют этот обширный массив для объединения компонентов шин, каждый из которых играет свою роль в зависимости от типа производимой шины. Резиновые смеси состоят из эластомеров, упрочняющих наполнителей, пластификаторов и других химических элементов .
Эластомеры
Натуральный каучук
Молочно-белый латекс, содержащий каучуковые шарики, получают путем надреза коры каучуковых деревьев, выращивание которых требует определенных климатических условий и количества осадков.
Плантации каучуковых деревьев в основном расположены в Юго-Восточной Азии (включая крупнейший в мире производитель Таиланда и Индонезии), Латинской Америке и Африке.
В составах смесей натуральный каучук снижает внутреннее тепловыделение в шинах, обеспечивая при этом высокую механическую стойкость. Он используется во многих частях шины, в основном используется для протектора шин грузовиков и землеройных машин.
Синтетический каучук
60% каучука, используемого в шинной промышленности, представляет собой синтетический каучук, произведенный из углеводородов, полученных из нефти, хотя натуральный каучук по-прежнему необходим для остальных 40%. Синтетические эластомеры деформируются под нагрузкой и возвращаются к своей первоначальной форме после снятия нагрузки ( гистерезис). Это свойство чрезвычайно ценно для изготовления шин с высоким сцеплением. Синтетический каучук также обладает другими специфическими свойствами, особенно в области долговечности и сопротивления качению.
Он в основном используется для шин легковых автомобилей и мотоциклов, поскольку обеспечивает им хорошее сцепление с дорогой.
Армирующие наполнители
Технический углерод
Открытая в 1915 году сажа, добавляемая в резиновую смесь, увеличивает износостойкость шин в десять раз. Он составляет от 25 до 30% резиновой смеси и придает шинам характерный цвет. Действительно, этот цвет очень эффективно защищает от ультрафиолетовых лучей, предотвращая растрескивание и растрескивание
резины.
Силикагель
Силикагель, получаемый из песка, обладает давно признанными свойствами, в том числе повышенной устойчивостью резиновых смесей к разрыву. В 1992 компания Michelin сделала большой шаг вперед, объединив оригинальный диоксид кремния и специальный эластомер со специальным связующим веществом, используя специальный процесс «смешивания». Из полученных смесей получаются шины с низким сопротивлением качению, хорошим сцеплением на холодной поверхности и исключительной долговечностью.
Эта инновация лежит в основе создания «зеленых» шин с низким сопротивлением качению.
Пластификаторы (такие как масла, смолы…)
И другие химические элементы, такие как:
Сера: Сера представляет собой вулканизирующий агент, переводящий каучук из пластичного состояния в эластичное. Его действие сопровождается одновременно используемыми во время производства замедляющими и ускоряющими продуктами, которые оптимизируют действие тепла при вулканизации шины.
В дополнение к резиновым смесям шина нуждается в металлическом и текстильном усилении. Это настоящий каркас шины, обеспечивающий ее геометрию и жесткость. Они также обеспечивают гибкость, необходимую для контакта шины с дорогой.
Металлическое армирование
Пионер в вытяжке тонкой проволоки из твердой стали, компания Michelin внедрила сталь в армирование своих шин в 1934 году. промышленное производство в 1937 году в грузовых шинах Michelin Metalic.
С тех пор стали стали использовать для армирования брекеров радиальных шин. Металлические усиления придают покрышке устойчивость и жесткость.
Текстильное усиление
Текстиль
всегда использовался для укрепления шин. В 2001 году, среди прочего, благодаря инновациям в этой области, шины Michelin позволили Concorde снова подняться в воздух. Армирование тканью в настоящее время играет важную роль в высокопроизводительных высокоскоростных шинах. Полиэстер, нейлон, вискоза и арамид используются для изготовления армирующих материалов, которые обеспечивают дополнительную прочность, износостойкость и комфорт.
www.michelin.com / Юридическая информация / Свяжитесь с нами / Copyright 2023 MICHELIN — Все права защищены
Производственный процесс / Nokian Tyres
Сырье
Основным сырьем для шин являются натуральный каучук, синтетический каучук, сажа и масло. Доля резиновых смесей в общей массе шины составляет более 80%.
Остальное состоит из разного рода армирующих материалов.
Примерно половина каучука — это натуральный каучук из каучукового дерева. Каучуковые деревья выращивают в тропиках, в таких странах, как Малайзия и Индонезия. Большинство синтетических каучуков на масляной основе производятся европейскими производителями.
Приблизительно одна треть компаунда состоит из наполнителей. Наиболее важным из них является технический углерод, который придает шинам черный цвет. Еще одним важным наполнителем является масло, которое используется в качестве пластификатора в компаунде. Кроме того, в резиновых смесях используются отвердители или вулканизаторы, различные химические добавки и защитные вещества.
Смешивание
На этапе смешивания сырье смешивается и нагревается до температуры приблизительно 250 градусов по Фаренгейту / 120 градусов по Цельсию.
Консистенция резиновых смесей, используемых в разных частях шины, различается, и консистенция также различается в зависимости от предполагаемого использования и модели шины.
Резиновая смесь, используемая в летней шине для легкового автомобиля, отличается от резиновой смеси для зимней шины.
Разработка и корректировка рецептов являются важной частью работы по разработке шин.
Производство компонентов
Составы используются для прорезинивания различных компонентов, таких как кабели, ткани или стальные ленты. Шина изготавливается из 10–30 различных компонентов.
Большинство компонентов представляют собой различного рода усиления.
Сборка
Производители шин собирают компоненты в сырые шины, используя сборочное оборудование.
Когда детали натянуты на ленточный барабан сборочной машины и рама шины установлена на переборки натяжной машины, загрузочное колесо машины переносит единство, образованное поверхностью и лентой, на раму .
Затем рама подвергается давлению и растяжению, чтобы слиться с вышеупомянутым единством. Так производится зеленая шина.