ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.04.2024
Просмотров: 49
Скачиваний: 1
придает изделиям из него специфические «резиновые» свойства. Каучук и резина спо собны обратимо деформироваться под дейст вием сравнительно небольших напряжений. Очень важно, что это свойство резина сохра няет в довольно широком температурном интервале.
Особенно ценно, что процесс изменения формы молекул каучука при многократных изгибах происходит в противоположность всем другим материалам без ощутимых по терь механической энергии. И в этом можно легко убедиться. Возьмите, например, мед ную проволочку; перегибая ее несколько раз, вы заметите, что в месте изгиба она начинает постепенно нагреваться: механическая энер гия переходит в тепловую. С резиной же это го не происходит.
Не менее важно также и то, что в растя нутом состоянии она сохраняет относительно высокие прочностные свойства. Резину вы можете многократно растягивать в несколько раз, с ней ничего не случится. А попробуйте это проделать с каким-нибудь другим ма териалом... Да вы просто не найдете подоб ного. I
Это замечательное свойство резины само произвольно восстанавливать свои геометри ческие формы после снятия нагрузки всецело зависит от строения и формы макромолекулы каучука.
В ненапряженном состоянии они представ ляют собой отдельные клубочки чрезвычайно гибких молекул.
108
Но если каучук не вулканизирован, мак ромолекулы при растяжении могут переме щаться одна относительно другой, и «рези новых» свойств не получится. Каучук приоб ретает их только после сшивания отдельных макромолекул в процессе вулканизации, на пример серой. Вулканизированный каучук можно уподобить пружинной сетке, где от дельные пружинки связаны друг с другом.
Но почему каучук вулканизуется, а боль шинство других полимерных соединений не
обладает этой способностью? |
Причина — |
в разном строении макромолекул. |
Например, |
природный каучук по химическому составу является полимером изопрена (метилбутадиена) — соединения, имеющего две двойные связи. Интересно, что при полимеризации в молекулах мономера происходит пере стройка связей. В результате этого в центре каждого звена полимерной цепи образуется одна двойная связь.
Наличие двойной связи обуславливает воз можность вулканизации каучука. Этот про цесс связан с присоединением серы к моле кулам и образованием мостиков между ними.
Сера при вулканизации выполняет как бы роль нитки: иголкой и наперстком «портно го»-химика в этом случае служат ускорите ли, активаторы вулканизации.
В качестве первых наиболее широко ис пользуется органическое соединение каптакс, в роли вторых — различные окислы (цинка, свинца, магния). Вулканизация проводится при повышенной температуре.
109
Обычно резина содержит до трех процен тов серы. Бели же ввести в каучук в 10 раз
больше |
серы, то |
получится уже не |
резина, |
|
а эбонит — твердый, |
нерастворимый про |
|||
дукт, |
имеющий |
при |
полировке |
черный |
цвет.
Кислород воздуха и особенно озон (моле кулы кислорода, состоящие из трех атомов) приводят к так называемому старению рези ны. Взгляните на какую-нибудь резиновую вещь, верой и правдой послужившую дли тельное время. Она менее эластична, иногда даже ломается; на ее поверхности множест во трещинок.
Оказалось, что кислород со временем при соединяется к молекулам каучука и изменяет физические свойства резины. Чтобы преду предить и затормозить этот процесс, в резину вводят «противостарители». Ими обычно бы вают различные фенолы, продукты взаимо действия ацетона с анилином и вещества других химических классов. На старение ре зины оказывают большое влияние ультрафио летовые лучи.
Ученые нашли способ тормозить это не желательное явление с помощью воскования и фотозащиты. Воскование — это покрытие поверхности резинового изделия тонким слоем парафина, воска или церезина. Защит ные вещества обычно проникают в глубь ре зины всего лишь на 3—4 тысячных миллимет ра. Эта планка защищает резину от действия озона и тем самым тормозит ее окисление. Фотозащита — дело более сложное. Если ок
н о
расить парафиновую пленку в желтый или зеленый цвет органическими красителями, то ими будут поглощаться самые опасные для резины лучи света с малой длиной вол ны. Тем самым резина будет защищена от их вредного действия.
Но старение резины происходит также и от «утомляемости» в процессе эксплуатации. Многократные деформации, бесконечные сжатия и растяжения резиновых деталей приводят к разрыву связей между макромо лекулами. Поэтому прочность изделия пони жается. Кроме того, эти процессы приводят к большой окисляемости резин. Путем вве дения в резину «противоутомиталей» удается в какой-то степени бороться и с этим неже лательным явлением.
Для того чтобы сделать резиновое изделие более прочным, в каучук вводят различные наполнители, например сажу. Сажа, распре деленная по всему объему резины, является активным наполнителем, так как взаимодей ствует с макромолекулами каучука.
Читатель может удивиться, что сажа, ко торая вечно забивает дымоходы обычных пе чей, грязнит кастрюли, сковороды, оказы вается такой необходимой в производстве резины.
Для технических резиновых црделий при меняются особые сажи, получаемые при сжи гании природного газа и некоторых других продуктов. Эти сажи имеют средний диаметр частиц до 28 миллимикрон — менее трех сто тысячных долей миллиметра. Поверхность
111
одного грамма такой сажи — более 100 квад ратных метров! Это способствует лучшей связи сажи с молекулами каучука, что приво дит к повышению прочности получаемых резин.
Ну, а как быть, если нужна юажа цветная или светлых тонов, которая идет, например, на детские ботики, игрушки, предметы до
машнего обихода? Черную сажу в |
та |
кую резину не введешь — изменится |
ее |
цвет. |
|
В этих случаях применяют белую сажу — так называют тонко измельченную специаль но обработанную кремниевую кислоту.
Для специальных резин вместо сажи ис пользуются некоторые высокомолекулярные соединения, например аяилиноформальдегидные, алкилфенольные смолы, продукты со единения канифоли с альдегидами и мочеви ной, поливинилхлорид и т. д.
Путем рационального подбора высокомо лекулярных добавок удается получать рези ны более стойкие к различным химическим веществам, маслам, растворителям. С их по мощью можно снизить горючесть резины, увеличить ее прочность, повысить сопротив ляемость к старению.
Введение в каучук пластификаторов уменьшает внутреннее трение, делает резину более мягкой и эластичной. Действие пласти фикатора основано на том, что он несколько разъединяет макромолекулы каучука друг от друга, в результате чего резина становится более гибкой.
112
В последнее время в качестве пластифика торов все шире и шире используются и раз личные нефтяные масла. Эти каучуки назы ваются масляными. Они находят большое применение при изготовлении автомобильных шин, резиновой подошвы, каблуков и т. д. Масляные каучуки особенно хороши при ди намических нагрузках.
Для придания резинам морозостойкости обычно используют особый вид пластифика торов, называемых антифризами. Эти веще ства представляют собой застывающие при очень 'низких температурах некоторые эфи ры, например дибутилфталат, дибутилсебацинат и ряд других.
Обычные пластификаторы при низких температурах замерзают и теряют способ ность придавать резине эластичность, а эти вещества сохраняют ее.
Много необходимых человеку вещей уда лось сделать из натурального каучука. Но техника развивается. Потребовались новые сорта резины, эластичные при высоких и низких температурах. Резины, которой не страшны ни кислота, ни щелочь. Резины с вы сокой износостойкостью. Современная реак тивная авиация, производство межконтинен тальных баллистических ракет и космиче ских кораблей, искусственных спутников Земли и Солнца предъявили свои требования к качеству резины.
Из натурального каучука таких резин создать было невозможно. Начались поиски...
из
своими
РУКАМИ
Честь создания первого в мире промыш ленного производства синтетического каучу ка принадлежит нашей Родине. Натрий-бута- диеновый каучук академика Лебедева от крыл родословную этого многочисленного сейчас семейства высокомолекулярных со
единений.
Много сил и энергии затратили ученые, пока не создали специальные каучуки и ре зины, удовлетворяющие новым запросам науки и техники.
Ученые убедились, что отличные каучуки получаются путем шполимеризации бутадие на со стиролом. Эти каучуки (были лучшими по многим свойствам и в первую очередь по износостойкости. Добавка стирола, прав да, несколько снижает эластичность такого каучука, но мягчители исправляют этот не достаток.
Ученые также нашли, что введение в этот каучук при полимеризации метакриловой кислоты повышает стойкость резин из такого каучука к старению, растрескиванию и к мно гократным деформациям.
Кроме того, такой каучук прочнее связы вается с текстильным волокном. А ведь мно гие массовые резиновые изделия как раз и
114
изготовляются с применением тканей, напри мер шины, ленты транспортеров и так далее. Ткани, которые делаются из так называемо го кордного волокна, придают резиновому изделию необходимую форму и прочность.
Эта мизерная — всего лишь 0,5—1,5 про цента — добавка метакриловой кислоты об разует в структуре макромолекулы каучука как бы крючки, магнитики, прочно связы вающиеся с нитями ткани.
Сополимеризуя бутадиен с акрилонитри лом, удалось значительно повысить стойкость получаемого каучука к разрушающему дей ствию топлива и масел. Это свойство чрез вычайно ценно при изготовлении шлангов, уплотнительных прокладок и других резино вых деталей, соприкасающихся с этими про дуктами.
Введение акрилонитрила в полимерную цепь каучука улучшает бензостойкость и теплостойкость резины, но, к сожалению, по нижает ее морозостойкость. А это показатель очень важный. Если сравним два образца нитрильной резины с содержанием в ней ак рилонитрила 18 и 40 процентов, то заметим, что температура стеклования, то есть темпе ратура, при которой резина теряет свою эла стичность, у первого образца будет —55°С, а у второго только —32°С. Поэтому обычно не вводят в каучук более 40 процентов акрило нитрила.
Правда, некоторые добавки несколько ис правляют этот недостаток таких резин. В ря де случаев от резины требуется не только
115
эластичность, но и высокая газонепроницае мость (не надо забывать, что автомобильные камеры накачиваются воздухом). Натураль ный каучук этим качеством в достаточной мере не обладает.
В настоящее время создан бутилкаучук, обладающий значительно меньшей газопро ницаемостью. По этому свойству такой кау чук в несколько раз лучше натурального. Судите сами, он пропускает водород в три раза меньше, гелий—в пять раз, а углекис лый газ — в десять раз меньше, чем натураль ный. Меньше пропускает он и воздуха. Шо фер может быть спокоен — ему теперь не придется подкачивать баллоны.
Этот каучук получается полимеризацией изопрена с изобутиленом при низкой темпе ратуре. Причем первого мономера, в котором имеются две двойные связи, берут очень ма ло. Поскольку во втором мономере имеется только одна двойная связь, которая раскры вается при полимеризации, каучук получает ся с низкой непредельностью. В таком каучу ке количество двойных связей в 20, а то и в 100 раз меньше, чем в натуральном.
Это не может не сказаться и на физико химических свойствах каучука. Он менее эластичен, но зато химически более стоек. Ему не страшна, например, серная кислота. В ней он может находиться месяцами, в то время как резины из натурального каучука в подобных условиях разрушаются в течение нескольких часов.
Поэтому бутилкаучук применяется для из
116