Резины и эластомеры (эластопласты) классификация, свойства, хранение

Свойства. Резину можно рассматривать как сшитую коллоидную систему, в которой каучук составляет дисперсионную среду, а наполнители - дисперсную фазу. Важнейшее свойство резины - высокая эластичность, т. е. способность к большим обратимым деформациям в широком интервале температур .Резина сочетает в себе свойсиства твердых тел (упругость, стабильность формы), жидкостей (аморфность, высокая деформируемость при малом объемном сжатии) и газов (повышение упругости вулканизационных сеток с ростом температуры, энтропийная природа упругости).

Резина - сравнительно мягкий, практически  несжимаемый материал. Комплекс ее свойств определяется в первую очередь  типом каучука (см. Список и Таблицу  ниже); cвойства могут существенно изменяться при комбинировании каучуков разл. типов или их модификации.

Модуль упругости резины различных типов при малых деформациях составляет 1-10 МПа, что на 4-5 порядков ниже, чем для стали;

Коэфициент Пауссона резины близок к 0,5.

Упругие свойствава резины нелинейны и носят резко выраженный релаксационный характер: зависят от режима нагружения, величины, времени, скорости (или частоты), повторности деформаций и теспературы. Относительное удлинение достигает 1000%

Деформация обратимого растяжения резины может достигать 500-1000% (для стали примерно 1%).

Сжимаемость резины - для инженерных расчетов резину обычно считают несжимаемой.

Нижний предел температурного диапазона высокоэластичности резины обусловлен главным образом температурой стеклования каучуков, а для кристаллизующихся каучуков зависит также от температуры и скорости кристаллизации.

Верхний температурный предел эксплуатации резины связан с термичической стойкостью каучуков и поперечных химических связей, образующихся при вулканизации. Ненаполненные резины на основе некристаллизующихся каучуков имеют низкую прочность. Применение активных наполнителей (высокодисперсных саж, SiO₂ и др.) позволяет на порядок повысить прочностные характеристики резины и достичь уровня показателей резины из кристаллизующихся каучуков.

Твердость резины определяется содержанием в ней наполнителей и пластификаторов, а также степенью вулканизации.

Плотность резины рассчитывают как средневзвешенное по объему значение плотностей отдельных компонентов. Аналогичным образом могут быть приближенно вычислены (при объемном наполнении менее 30%) теплофизические характеристики резины: коэфициент термического расширения, удельная объемная теплоемкость, коэфициент теплопроводности.

Резины  незначительно поглощают воду и  ограниченно набухают в органических растворителях.

Известны  резины, характеризующиеся масло-, бензо-, водо-, паро- и термостойкостью, стойкостью к действию химически агрессивных сред, озона, света, ионизирующих излучений. При длит. хранении и эксплуатации резины подвергаются старению и утомлению, приводящим к ухудшению их механических свойств, снижению прочности и разрушению. Срок службы резины в зависимости от условий эксплуатации от нескольких дней до нескольких десятков лет.

Классификация резин.

По  назначению различают следующие  основные группы резины:

Общего  назначения,

Специального  назначения, в том числе:

-теплостойкие,

-морозостойкие, 

-маслобензостойкие,

-стойкие к действию химически агрессивных сред, в том числе стойкие к гидравлическим жидкостям,

-диэлектрические, 

-электропроводящие, 

-магнитные, 

-огнестойкие, 

-радиационностойкие,

-вакуумные, 

-фрикционные  (износостойкие*),

-пищегого и медицинского назначения,

для условий тропического и другого  климата

По  типам:

получают  также

-пористые, или губчатые

-цветные  и прозрачные резины.

*Износостойкость - Основным показателем износостойкости является истираемость и сопротивление истиранию, которые определяются в условиях качения с проскальзыванием (ГОСТ 12251—77) или в условиях скольжения по истирающей поверхности, обычно, как и в предыдущем случае, по шлифовальной шкурке ГОСТ 426—77).

Истираемость (определяется как отношение уменьшения объема образца при истирании к работе, затраченной на истирание, и выражается в м3/МДж[см3/(кВт(ч)].  
Сопротивление истиранию (определяется как отношение затраченной работы на истирание к уменьшению объема образца при истирании и выражается в МДж/м3 [см3/(кВт(ч)].  
Истирание кольцевых образцов при качении с проскальзыванием более соответствует условиям износа протекторов шин при эксплуатации и поэтому применяется при испытаниям на износостойкость протекторных резин.

Каучуки и эластомеры (эластопласты).

1)Натуральный (НК) и синтетические  изопреновые (СКИ). Плотность каучуков 910-920кг/м 3 , предел прочности 24-34МПа, относительное удлинение 600-800%. По эластическим свойствам марка СКИ-3 превосходит большую часть известных ныне СК и практически равноценна НК. Кроме того, выпускают изопреновый каучук пищевой СКИ-Зп, СКИ-Зс-для цветных изделий, СКИ-ЗНТП - для светлых тонкостенных изделий и др. Изопреновые каучуки применяются в производстве конвейерных лент, формовых изделий, губчатых медицинских и других изделий.

2)Бутадиеновый (СКД). Плотность каучука 900-920кг/м 3 , предел прочности 13-16МПа, относительное удлинение 500-600% . Известны: СКД I и II групп, различающиеся по пластичности, а также СКДМ - маслонаполненный , с содержанием масла от 16 до 25 ч. (по массе), СКДП - содержащий 9-10 % пиперилена. СКД обладает высокими морозостойкостью и сопротивлением истиранию. Резиновые смеси на основе СКД плохо перерабатываются экструзией и каландрованием. Для улучшения этих свойств, к СКД добавляют НК и СКИ-3. Маслонаполненный СКД обладает лучшими пластоэластическими свойствами, а вулканизаты на его основе - комплексом улучшенных физико-механических свойств. Смеси на основе СКД характеризуются низкой клейкостью. СКД уступает НК по прочности вулканизатов.

3)Бутилкаучук (БК) обладает стойкостью к кислороду, озону и другим химическим реагентам. Каучук обладает высоким сопротивлением истиранию и высокими диэлектрическими характеристиками. По температуростойкости уступает другим резинам,. Основным физическим свойством БК является необычно высокая газо- и влагонепроницаемость. Камера шины из этого материала удерживает воздух в 10 раз дольше, чем камера из натурального каучука. Бутилкаучук широко применяют как каучук общего и специального назначения. В производстве РТИ из БК изготовляют паропроводные рукава, конвейерные ленты и резиновые технические детали, от которых требуются повышенные тепло-, паро-, озоно- и химическая стойкость. БК применяют для изготовления электроизоляционных резин, различных прорезиненных тканей и обкладки химической аппаратуры. Резины из БК используются в деталях доильных аппаратов и в пищевой промышленности.Каучук кристаллизующийся, что позволяет получать материал с высокой прочностью (хотя эластические свойства низкие).

4)Бутадиенстирольный (СКС) и бутадиенметилстирольные (СКМС) каучуки. Плотность каучука 919-920кг/м 3 , предел прочности 19-32МПа, относительное удлинение 500-800% Резины на основе бутадиенстирольных и бутадиенметилстирольных каучуков имеют высокое сопротивление истиранию. Резины из этих каучуков широко применяются в производстве конвейерных лент для обкладочных резин, различных РТИ. Выпускаются специальные марки морозостойких каучуков с пониженным содержанием стирола или метилстирола: СКС-Ю, СКМС-10 и СКС-10-1.

5)Бутадиеннитрильный (СКН). Резины на основе СКН обладают высокой прочностью, хорошо сопротивляются истиранию, но по эластичности уступают резинам на основе НК, превосходят их по стойкости к старению и действию разбавленных кислот и щелочей. Бутадиеннитрильный -основной тип маслобензостойкого каучука, широко применяемого при изготовлении очень большого ассортимента РТИ. Нитрильные каучуки маслостойки в степени, соответствующей содержанию в них акрилонитрила. Промышленность РТИ применяет следующие типы каучуков: СКН-18,СКН-18M, СКН-26, СКН-26М, СКН-40М, СКН-40Т, СКН-18РВДМ, СКН-26РВДМ. В настоящее время разработаны новые типы бутадиеннитрильных каучуков. К ним относятся: каучук с большим содержанием акрилонитрила, мягкого типа, получаемый с нетоксичным эмульгатором,- СКН-50СМ; модифицированный поливинилхлоридом - СКН-18ПВХ и др.

6)Этиленпропиленовые (СКЭП  и СКЭПТ) сополимер этилена с пропиленом — представляет собой белую каучукообразную массу, которая обладает высокой прочностью и эластичностью, очень устойчива к тепловому старению, имеет хорошие диэлектрические свойства. Кроме СКЭП выпускают тройные сополимеры СКЭПТ.  
Каучуки обладают комплексом ценных свойств (тепло-, свето- и озоностойкостью), позволяющих использовать их в производстве резин как общего, так и специального назначения. Стойки к действию сильных окислителей (HNOз, Н2О2 и др.), применяются для уплотнительных изделий, диафрагм, гибких шлангов и т. д., не разрушаются при работе в атмосферных условиях в течение нескольких лет. Он используется для производства формовых и неформовых изделий, изоляции, герметиков для гидравлических систем. Такой каучук изготавливается из дешевых сырьевых материалов и находит многочисленные применения в промышленности.  
Этиленпропиленовый каучук имеет высокую воздухопроницаемость.

7)Хлоропреновый (ХК) = Найрит. Резины на основе наирита обладают высокой эластичностью, вибростойкостью, озоностойкостью, устойчивы к действию топлива и масел, хорошо сопротивляются тепловому старению. (Окисление каучука замедляется экранирующим действием хлора на двойные связи.)(масло -, бензо -, озоностойкость, негорючесть, повышенную теплостойкость), определяющих специфику его применения. Они не содержат серы в молекулярной цепи, более регулярны и кристаллизуются с большей скоростью. отличные динамические свойства. Наириты применяются в производстве клиновых ремней, формовой и неформовой техники, рукавов, лент и других РТИ. Резины на основе наирита с успехом используют для обкладки химической аппаратуры, подвергающейся действию щелочей, растворов солей и других агрессивных сред. Промышленностью выпускаются и жидкие наириты - которые используют для антикоррозионных и защитных покрытий.  
Выпускаемые хлоропреновые каучуки могут быть разделены на две основные группы: модифицированные серой и модифицированные меркаптанами. К первой группе относятся наирит СР-50, наирит СР-100, наирит КР-50, которые содержат серу в молекулярной цепи, менее регулярны и имеют сравнительно невысокую скорость кристаллизации. Ко второй группе относятся наирит П, наирит НП, наирит ПНК, наирит НЕ. Освоено производство наиритов новых марок - ДФ, ДКР, ДН и др.

8)Хлорсульфированый полиэтилен (ХСПЭ) обладают повышенным сопротивлением истиранию при нагреве, озоно-, масло- и бензостойки, хорошие диэлектрики. Применяют как конструкционный и защитный материал (противокоррозионные, не обрастающие в морской воде водорослями и микроорганизмами покрытия), для защиты от воздействия излучения. Его вулканизаты обладают отличной озоностойкостью, высоким сопротивлением износу и стойкостью к атмосферным воздействиям, низким водопоглощением, хорошими диэлектрическими показателями, высокой химической стойкостью. ХСПЭ используют для обкладки конвейерных лент, транспортирующих нагретые материалы. Рекомендуется применять его в производстве рукавов, ремней, теплостойких уплотнителей, прокладок, губчатых изделий, специальных видов прорезиненных тканей.  
К недостаткам относятся сравнительно высокое теплообразование, значительные остаточные деформации и газовыделение при нагревании.

9)Уретановый (СКУ)/ Полиуретановый обладают высокой прочностью, эластичностью, сопротивлением истиранию, маслобензостойкостыо. Стоек к кислороду и озону, его газонепроницаемость в 10 — 20 раз выше, чем у НК. Уретановые резины стойки к воздействию радиации. Резины на основе СКУ применяют для автомобильных шин, транспортерных лент, обкладки труб и желобов для транспортировки абразивных материалов, обуви и др.На основе сложных полиэфиров вырабатывают СКУ-7, СКУ-8, СКУ-50; на основе простых полиэфиров - СКУ-ПФ, СКУ-ПФЛ.

10)Полисульфидный (ПСК) Тиокол. Устойчив к топливу и маслам, к действию кислорода, озона, солнечного света. Имеет высокую газонепроницаемость — хороший герметизирующий материал, хорошие характеристики старения, высокое сопротивление раздиру. Водные дисперсии тиоколов используют для герметизации железобетонных резервуаров.  
Механические свойства резины на основе тиокола невысокие.

11)Акрилатный (АК)/ Полиакрилатный. Достоинством акрилатных резин является стойкость к действию серосодержащих масел при высоких температурах; их широко применяют в автомобилестроении. Они стойки к действию кислорода, достаточно теплостойки, обладают адгезией к полимерам и металлам. Отличительные свойства акриловых каучуков - это их высокая тепло- и маслостойкость. По теплостойкости они уступают только силоксановым и фторкаучукам. Общей особенностью СКУ является исключительно высокое сопротивление истиранию. По этому показателю они значительно превосходят не только все типы каучуков общего и специального назначения, но и многие металлы. Наряду с этим СКУ отличаются хорошей эластичностью.  
Рекомендуется применять акрилатные каучуки для различных тепло- и маслостойких уплотнительных изделий (например, сальников, колец, прокладок), рукавов, диафрагм, защитных покрытий, гумирования аппаратуры, липких лент ; для изготовления изделий, работающих в условиях истирания: различных формовых изделий, печатных валиков, обкладок трубопроводов и спускных желобов, по которым транспортируются абразивные материалы, и т. д.  
Недостатками являются низкая морозостойкость, невысокая стойкость к воздействию горячей воды и пара.  
СКУ на основе простых эфиров известны под марками СКУ-ПФ, СКУ-ПФЛ; на основе сложных эфиров - СКУ-8, СКУ-7, СКУ-8П, СКУ-7Л, СКУ-7П.

12)Фторкаучук (СКФ). Каучуки устойчивы к тепловому старению, воздействию масел, топлива, различных растворителей (даже при повышенных температурах), негорючи стойки к действию сильных окислителей (HNOз, Н2О2 и др.), применяются для уплотнительных изделий, диафрагм, гибких шлангов и т. д., не разрушаются при работе в атмосферных условиях в течение нескольких лет.  
Вулканизованные резины обладают высоким сопротивлением истиранию. Теплостойкость длительная. Резины из фторкаучуков широко применяют в авто- и авиапромышленности. Из фторкаучуков изготавливают уплотнительные и герметизирующие детали, предназначенные для работы в маслах и топливах при 200 °С и выше. Фторкаучуки нашли применение и в производстве рукавов, шлангов и трубок для горючих агрессивных жидкостей и газов, изоляции проводов и кабелей, эксплуатируемых в условиях высоких температур. Из фторкаучуков изготовляют губчатый материал, характеризующийся высокой стойкостью к агрессивным жидкостям и электрической прочностью в широком интервале температур. Широко используют также герметики из фторкаучуков. Недостатками является малая стойкость к большинству тормозных жидкостей и низкая эластичность.