64535

КАУЧУКИ И РЕЗИНОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Лекция

Производство и промышленные технологии

Резины - продукты вулканизации натурального или синтетических каучуков и представляют собой многокомпонентные смеси. Резиновая смесь изготавливается путем введения в каучуки минеральных или углеродных порошкообразных наполнителей

Русский

2014-12-19

95 KB

6 чел.

Лекция 4

КАУЧУКИ И РЕЗИНОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Резины - продукты вулканизации натурального или синтетических каучуков и представляют собой многокомпонентные смеси. Резиновая смесь изготавливается путем введения в каучуки минеральных или углеродных порошкообразных наполнителей (мел, тальк, технический углерод и т.п.), вулканизующих агентов (сера, сернистые и перекисные соединения), ускорителей вулканизации, мягчителей, красителей и других ингредиентов. Выбор типа каучука и ингредиентов, их количественное соотношение в смеси определяется функциональным назначением резины, а также экономическими соображениями.

Основные типы каучуков

Натуральный каучук (НК) - является естественным продуктом коагуляции частиц каучука, содержащихся в млечном соке, извлекаемого из стволов каучуковых деревьев. Молекулы НК состоят из большого количества изопентановых групп, содержащих двойные связи

 [СН2 - С = СН - СН2 -]n

                                                 

                                                 СН3

НК  является кристаллизующимся полимером, при нагреве выше 80-100С становится пластичным и при 200 С начинает разлагаться.

Резины на основе НК отличаются высокой эластичностью, прочностью, водо- и газонепроницаемостью хорошими электроизоляционными свойствами и используются в производстве кабельных и других видов резин.

Изопреновый каучук (СКИ-3) по строению, химическим и физико-механическим  свойствам  близок к натуральному каучуку, но несколько ему уступает и поэтому для производства изоляционных резин не применяется. Для этой цели применяют разновидность диэлектрического каучука СКИ-3Д.  

Бутадиеновый каучук (СКД) используется в производстве морозостойких

резин (до -65С), обладающих хорошим сопротивлением истиранию и высоки-

ми эластическими свойствами.

Бутадиенстирольные каучуки (СКС-10, СКС-30, СКС-50) используются  в производстве резин  с хорошим сопротивлением старению, по газопроницаемости  и диэлектрическим свойствам равноценны резинам на основе НК.

Бутилкаучук (БК) благодаря хорошим электроизолязионным свойствам и стойкости к действию кислорода и озона применяется для производства изоляционных резин высокой озоностойкости.

Этилен-пропиленовые каучуки подразделяются на двойной сополимер этилена с пропиленом (СКЭП) и тройной (СКЭПТ) с третьим мономером, имеющим двойные связи.

Высокие электрические характеристики, озоностойкость, короностойкость, повышенное сопротивление тепловому старению и хорошая морозостойкость позволяет применять их в производстве кабельных и других и видов резин.

Кремнийорганические каучуки содержат в основной цепи макромолекулы чередующиеся атомы кремния и кислорода и в связи с отсутствием двойных связей они стойки к действию кислорода и озона. Для получения резиновых смесей в них добавляют наполнители (белая сажа, двуокись титана) и вулканизующий агент - (пероксид бензоила). Резины обладают высокой нагревостойкостью, отличными диэлектрическими свойствами, но невысокой прочностью на раздир.

Хлоропреновый каучук (наирит) вследствие присутствия в макромолекулах атома хлора обладают пониженными электроизоляционными свойствами, но повышенной огнестойкостью, а также  стойкостю к озону и кислороду.

Каучуки применяются в шланговых резинах, где требуется негорючесть и масло-, бензостойкость.

Бутадиеннитрильные каучуки (СКН-18,СКН-26,СКН-40). Основными свойствами резин на их основе являются стойкость к алифатическим углеводородам, бензину и нефтяным маслам, а также высокая нагревостойкость и малая газопроницаемость. Недостатками являются плохая морозостокость и невысокие электроизоляционные свойства. Применяются в производстве шланговых и полупроводящих резин.

Полисульфидный каучук (тиокол) обладает высокой устойчивостью к действию озона, кислорода, топлив, масел, а также высокой газонепроницаемостью (выше, чем у НК) и поэтому применяется в производстве герметизирующих композиций.

Фторсодержащие каучуки (СКФ-26, СКФ-32) устойчивы к тепловому старению, маслам, различным растворителям, негорючи и применяются в производстве теплостойких и радиационностойких резин.

Полиуретановые каучуки (СКУ) обладают высокой прочностью, эластичностью, сопротивлением истиранию, топливам, маслам и применяются в производстве масло- и бензостойких и других видов резин.

Резино-технические изделия - резиновые, резинометаллические и резинотканевые изделия, которые изготавляют по единой технологии: приготовление резиновой смеси, получение полуфабрикатов, изготовление или сборка заготовок, вулканизация изделий и их отделка.

По технологии изготовления РТИ делятся на конвейерные ленты и плоские приводные ремни, клиновые ремни, рукава, формовые и неформовые изделия.

На токопроводящие жилы резиновая смесь накладывается методом экструзии в виде трубки определенной толщины и затем вулканизируется, а различные конструкционные диэлектрические резино-технические изделия изготавливают методами литья и прессования под давлением.

Классификация резин

По назначению резины делятся на резины общего назначения, диэлектрические (кабельные), теплостойкие, масло- и бензостойкие, электропроводящие, морозостойкие, фрикционные, радиационностойкие, медицинского назначения и т.п.

Резины общего назначения получают на основе натурального, синтетических изопреновых бутадиеновых, бутадиенстирольных, хлоропреновых каучуков, бутилкаучука и их комбинаций. Основные области применения - производство шин, приводных ремней, лент, товаров народного потребления и т.п.

Теплостойкие резины, предназначенные для длительной эксплуатации при 150 - 2000 С получаются на основе этиленпропиленовых каучуков и бутилкаучука, а резины, эксплуатируемые при более высоких температурах изготавливаются из кремнийорганических каучуков, наполненных специально обработанной двуокисью кремния, а  также из фторсодержащих каучуков.

Масло-бензостойкие резины получают из бутадиеннитрильных, уретановых, полисульфидных, хлоропреновых и других синтетических каучуков.

Морозостойкие резины получают на основе бутадиеновых, кремнийорганических и бутадиеннитрильных каучуков и предназначены для длительной эксплуатации при температурах ниже -500С.

Радиационностойкие резины получают на основе фторсодержащих, бутадиеннитрильных и бутадиенстирольных каучуков, наполненных окислами свинца или бария. Применяются для изготовления деталей рентгеновских аппаратов, защитной одежды для работы с радиоактивными изотопами и т.п.

Кабельные резины делятся на следующие классы: изоляционные, изоляционно-защитные и защитные.

4. АРМИРОВАННЫЕ ПЛАСТИКИ

Ведущее место среди композиционных материалов на базе синтетических полимеров занимают армированные пластики (АП), представляющие собой искусственные материалы и состоящие из двух фаз (компонентов) - полимерной матрицы и армирующего элемента.

АП получили широкое применение в современной технике благодаря исключительному сочетанию конструкционных и специальных свойств.

Матрицами для АП служат различные термореактивные и термопластичные полимеры. К полимерным связующим предъявляются, наряду с требованиями высоких механических характеристик, ряд специальных требований: технологичность, термостойкость, негорючесть и т.п. В состав связующих входят, как правило, различные модифицирующие добавки, обеспечивающие реализацию в композиционном материале требуемых технологических и эксплуатационных свойств: отвердители, растворители, катализаторы и др.

Армирующая фаза образуется обычно совокупностью непрерывных волокнистых армирующих элементов в виде элементарных волокон, комплексных нитей, жгутов, лент, тканей с различной текстурой, а также короткими (дискретными, штапельными) волокнами в составе штапельных тканей, матов, бумаги и т.п.

В зависимости от химической природы матрицы и армирующей фазы АП могут приобретать наименование по одному из компонентов:

- по матрице: фенопласты, эпоксипласты, имидопласты и т.п.;

- по волокнообразующему материалу: стекло-, угле-, органо-, базальто- и др. пластики.

По направленности свойств и схемам армирования различают изотропные и анизотропные

Типичные классификационные модели АП

По объему армирования АП классифицируются на низкоармированные, армированные, высоко- и предельно армированные.

По эксплуатационному назначению АП делятся на конструкционные, предназначенные для механического сопротивления эксплуатационным нагружениям и функциональные (электротехнические, магнитные, оптические, фрикционные и антифрикционные,  тепло-, звуко-, газоизоляционные и т.п.).

По уровню свойств АП делятся на низкопрочные, прочные, высоко- и сверхвысокопрочные; горючие, трудносгораемые и негорючие и т.д.

По способу переработки (технологический принцип) АП делятся на ли-тьевые и экструзионные; прессовочные и  штамповочные, намоточные и пултрузионные.

Стеклопластики (СП) - материалы на основе полимерной матрицы, упрочненной стеклянными наполнителями, главным образом стеклянными волокнами.

Стеклянные волокна (СВ) получаются из расплавленной стекломассы (температура 1200 - 1450°С) путем быстрого вытягивания струи из фильер  до диаметра 3-100 мкм, длиной несколько десятков километров. После вытягивания волокна собирают в пучок и накрывают замасливателем, который соединяет элементарные  волокна  в  первичную нить, предотвращает склеивание нитей, облегчает  размотку  и  кручение нитей, защищает от истирания и разрушения во время текстильной переработки.

Стеклянные волокна различного химического состава обладают ценными свойствами - негорючестью, стойкостью к коррозии, высокой прочностью, сравнительно малой плотностью, высокими оптическими, диэлектрическими и теплофизическими свойствами.

Наибольшие……цилиндра.. И РИС 3,2, стр.119

Для получения СВ используют стекла различного состава: алюмоборосиликатные, натриево-кальциево-алюмоборосилатные, натриево-кальциевосиликатные, магнитоалюмосиликатные, на основе тугоплавких металлов или их соединений (кварцевые, высококремнеземные, алюмокремнеземные, алюмосиликатные) и др.

В производстве СП наиболее широко применяют термореактивные смолы: фенолоформальдегидные, полиэфирные, полиимидные, кремнийорганические и др.

Термопластичные полимеры (ПА, ПП, ПС, ПЭ и др.), применяемые в производстве СП, обладают высокой вязкостью, что затрудняет пропитку стеклонаполнителей и получение композиций с высоким содержанием наполнителя. В качестве наполнителей используют короткие (0,1-1,0 мм или 3-12 мм) волокна диаметром 9-19 мкм с содержанием от 10 до 50 массовых процентов.

Получение термореактивных СП, как правило, совмещают с процессом изготовления изделий (намоткой, послойной выкладки или напыления с последующим контактным, вакуумным, прессовым формованием).

Углепластики (УП) содержат в качестве наполнителя углеродные волокна (УВ).

УП обладают высокой прочностью и жесткостью, низкой плотностью, химической инертностью, тепло- и электропроводностью, высокой усталостной прочностью, низким значением коэффициента линейного термического расширения, высокой радиационной стойкостью.

Углеродные волокна получают путем термической деструкции в инертной среде или вакууме органических волокон, волокон нефтяных и каменноугольных пеков, фенольных смол и других углеродсодержащих исходных веществ.

УВ получают только из волокнистых полимеров, не плавящихся при термообработке, обеспечивающих высокий выход углерода и необходимые механические и другие свойства.

Процесс получения УВ включает высокотемпературную обработку (карбонизацию и графитизацию) органических волокон. Карбонизация заканчивается в интервале температур 900-2000С (содержание углерода 80-99%),            а графитизация проводится при температурах до 3000С (содержание углерода выше 99%). Для получения УВ высокого качества карбонизация и графитизация проводятся с одновременным вытягиванием волокна, что способствует совершенствованию структуры и повышению механических свойств УВ.

В производстве УП используются как термопластичные (полиимиды, полиамидоимиды и полисульфон), так и термореактивные (эпоксидные, фенольные, эпоксидно- анилинофенолоформальдегидные и др.) матрицы.

Свойства УП  существенно зависят от степени армирования и для углеволокнитов оптимальное объемное содержание волокон - 60%, а для углетекстолитов - 52%.

Благодаря высокой устойчивости к действию химически агрессивных сред УП применяются для изготовления реакторов, трубопроводов, лопастей насосов, выхлопных труб и т.п.

Высокая радиационная стойкость позволяет применять УП в нейтронном оборудовании; низкий коэффициент термического расширения позволяет использовать в криогенной технике при изготовлении баллонов для хранения сжиженных газов; высокая биологическая и механическая совместимость углеродных волокон с тканями живого организма определяют перспективность их применения в медицинской технике.

Органопластики (ОП) - композиционные материалы на основе полимерных матриц, армированных химическими волокнами.

В зависимости от природы, структуры и уровня свойств волокнистого армирующего наполнителя ОП делятся на две группы:

1) органопластики на основе карбо- и гетероцепных волокон, характеризующихся сравнительно невысокими прочностными свойствами (полиамидные волокна, волокна полиакрилонитрила, поливинилового спирта, политетрафторэтилена, полипропилена и др.)

2) высокопрочные высокомодульные ОП на основе предельно армированных волокон - арамидных и др.

В качестве полимерных матриц используются в основном модифицированные эпоксидные смолы, а в некоторых случаях полиэфирные, фенолоформальдегидные и др.

Высокие прочностные свойства при растяжении ОП позволяют использовать их при изготовлении деталей и узлов, испытывающих значительные растягивающие напряжения от воздействия высокого внутреннего давления (баллоны высокого давления, корпуса ракет и т.п.) или центробежные нагрузки (роторы, лопасти, маховики и т.п.).

Низкая плотность в сочетании с высокой прочностью и жесткостью при растяжении и сдвига, а также высокая стойкость к ударным и вибрационным нагрузкам позволяют использовать ОП в качестве тонких обшивок при изготовлении сотовых панелей, конструкций интерьера летательных аппаратов (панели пола, перегородки, потолочные и бортовые панели и др.).

Сравнительные свойства элементарных волокон, используемых в производстве армированных пластиков приведены в табл.1.

Т а б л и ц а  1

Свойства элементарных волокон      

Тип волокна

Плотность,

Мг/м3

Предел прочности при растяжении, ГПа

Модуль упругости, ГПа

Относительное удлинение, %

Полигетероарилен (СВМ)

1,44

3,8-4,2

120-130

2-4

Арамидный сополимер (Армос)

1,44

4,5-5,0

145-170

4,0

Арамидный сополимер (ВМН-88)

1,46

3,7-4,5

157-167

2,9

Поли-п-фенилентерефталатамид:

кевлар-49

кеврал-149

1.44

1.47

3,7-4,0

3,8-4,2

130-140

150-180

1,9-2,3

2-4

Углеродное высокопрочное

1,7-2,0

2,0-3,5

200-400

0,5-0,8

Стеклянное высокомодульное

2,6

4,6-5,0

95

4,5-5,0

Контрольные вопросы

  1.  Резины. Основные ингредиенты резин.
  2.  Основные типы каучуков.
  3.  Классификация резин по назначению.  
  4.  Армированные пластики. Состав. Свойства.
  5.  Способы получения стеклянных волокон.
  6.  Стеклопластики. Свойства. Области применения.
  7.  Способы получения углеродных волокон.
  8.  Углепластики. Свойства. Области применения.
  9.  Органопластики. Свойства. Области применения.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

30421. Форма правления и государственный режим в Германии, формирование и взаимодействие высших государственных органов 16.44 KB
  Депутаты бундестага имеют свободный мандат . Бундестаг из своего состава избирает президента бундестага и вицепрезидентов. Изменения и дополнения к Основному закону также принимаются совместно 2 3 голосов депутатов бундестага и 2 3 голосов членов бундесрата. Особенностью функционирования законодательной власти ФРГ является то что в ситуации законодательной необходимости правительство может передать данное право от бундестага бундесрату.
30422. Германский федерализм, местное управление и самоуправление 15.48 KB
  Оно состоит из 16 земель многие из которых имели многовековые традиции собственной государственности Бавария Саксония ШлезвигГолштейн Баден и др. 3 из 16 земель являются городами Берлин как столица; Гамбург и Бремен в прошлом были городамиреспубликами и входили в Ганзейский Союз . Выделяются вопросы: исключительной компетенции федерации; совместной компетенции; компетенции земель. Особенностью немецкой федерации является и то что наряду с федеральной в каждой земле имеется своя конституционная юстиция...
30423. Конституция Японии, особенности правоприменения 15.2 KB
  Конституция Японии особенности правоприменения. Конституционное развитие Японии началось в 1889 г. После поражения Японии во второй мировой войне и ее оккупации американскими войсками началась разработка новой конституции. Фактически послевоенная конституция Японии была написана для этой страны США и их союзниками.
30424. Форма правления и государственный режим Японии 14.26 KB
  Форма правления и государственный режим Японии. В Японии формой правления является парламентарная монархия введение которой вместо дуалистической было оформлено конституцией 1947 г. новый основной закон Японии явился значительным продвижением вперед на пути демократизации политической системы страны. âПарламент является высшим органом государственной власти и единственным законодательным органом государстваâ âПарламент состоит из двух палат: Палаты представителей и Палаты советниковâ Высший орган...
30425. Политико-территориальное устройство 15.83 KB
  Закон о местной автономии делит местные территориальные единицы на две группы: единицы органы управления которыми обладают общей компетенцией и единицы на территории которых осуществляется специальная юрисдикция. Первые в свою очередь делятся на политикоадминистративные единицы высшего уровня и низшего уровня. Единицы низшего уровня это города си поселки мати и сельские общины мура . Прочие префектуры делятся на низшие единицы: города поселки и общины.
30426. Особенности конституционного права Италии 16.2 KB
  Особенности конституционного права Италии Одна из особенностей итальянской Конституции заключается в отсутствии преамбулы. В Конституции получили отражение практически все отношения между внутренним и международным правом. 10 и 11 оказались настолько широкими что в Конституции ничего не пришлось менять и не понадобилось включать в нее новые нормы в связи с углубляющейся интеграцией стран членов Европейского союза после подписания 7 февраля 1992 г. Маастрихтских соглашений более чем половине государств членов...
30427. Форма правления и государственный режим в Италии. Формирование и взаимодействие высших государственных органов 15.72 KB
  Италия это классическая парламентарная республика. Правительство несет политическую ответственность перед обеими палатами парламента причем в условиях отсутствия в нем устойчивого партийного большинства обусловленного многопартийностью такая ответственность имеет вполне реальный действенный характер. Наглядным проявлением этого служат частые отставки правительства представляющие собой яркое доказательство существования в стране государственного режима парламентаризма. Двухпалатная структура итальянского Парламента...
30428. Политико-территориальное устройство Италии, организация региональной и местной власти 15.31 KB
  В обязательном порядке каждая область имеет областной совет джунту и ее председателя. Областной совет осуществляет законодательную и регламентарную власть принадлежащую области и другие функции; областная джунта исполнительный орган области; председатель джунты выполняет функции представительского и исполнительного характера. Провинции и коммуны в обязательном порядке должны иметь следующие органы: совет джунту как исполнительный орган власти главу исполнительной власти мэра в коммунах и председателя в провинциях. Таким образом в...
30429. Особенности конституционного законодательства и правоприменения в Китае 16.52 KB
  В Китайской Народной Республике провозглашенной 1 октября 1949 года конституции принимались 4 раза в 1954 г. Важнейшей особенностью конституции Китая является то что по форме и по содержанию это типичная социалистическая конституция. Особого внимания заслуживает Введение к конституции. Если преамбула короткая торжественная вводная часть конституции которая обосновывает ее принятие и декларирует основные принципы то введение это небольшой рассказ объемом в 12 книжные страницы об историческом пути...