Виды каучуков и их применение
Европейцы впервые узнали о каучуке в XV веке, когда увидели, как в Америке индейцы играют в мяч. Из этого материала местные жители также делали обувь и многие предметы быта. С тех пор ученые проделали большую работу по модификации производства и уже к 1940 году из этого полимера начали выпускать более 40 тысяч различных изделий. В нашей статье мы подробнее поговорим о разновидностях, применении каучука и его свойствах.
Натуральный каучук: производство и свойства
Природный материал получают путем коагуляции млечного сока (латекса), который содержится в растениях. Основным компонентом выступает углеводород полиизопрен (91-96%). Сырье чаще всего встречается в дереве бразильская Гевея, на него приходится около 95% мирового производства натурального каучука. Латекс также содержится в листьях, стеблях и корнях растений, произрастающих в южных регионах. Но эти источники не имеют промышленного значения ввиду малых объемов производства.
Физико-механические свойства природного каучука
Сразу после добычи, сырьевой материал обладает следующими характеристиками:
- Удельный вес — 0,9794;
- При обычной температуре в районе +30 °C, вязкость достигает 12-15;
- Одна каучуковая частичка имеет размер от 0,5 до 5 мк.
- Бесцветный вид или белый цвет;
- Однородная молекулярная структура;
- Не растворяется в спирте, воде, щелочных соединениях, кислотах и многих других жидкостях;
- При контакте с ароматическими и жирными углеводородами, сначала набухает, а затем растворяется и образует коллоиды;
- Способность к быстрому восстановлению формы благодаря высокой эластичности, которая сохраняется при широком температурном диапазоне;
- Сохранение формы, полученной при воздействии внешних сил;
- Высокие диэлектрические свойства;
- Теплопроводность в 100 раз ниже, чем у стали;
- Окисление воздухом происходит медленно, при контакте с химическими окислителями — мгновенно;
- Возможно получение различных композиций за счет реакций с серой, кислородом, водородом и многими другими веществами.
Все виды каучука натурального происхождения могут пребывать в трех состояниях: стеклообразном, высокоэластичном и вязкотекучем. Чаще всего в быту и промышленности материал является высокоэластичным.
Состояние растительного полимера зависит от диапазона температур:
Температура (°C) | Вид и состояние |
-195 | Прозрачный вид и жесткая структура |
0-10 | Непрозрачный вид, материал хрупкий |
от 20 | Упругий, мягкая структура, полупрозрачный вид |
50-80 | Липкий и пластичный |
80-120 | Начинает расплавляться и терять эластичные свойства |
от 120 | Преобразуется в смолоподобный продукт, который после остывания не восстанавливает первоначальные свойства |
200-250 | Разложение материала с выделением жидких и газообразных веществ |
Область применения каучука натурального происхождения ограничена ввиду дороговизны и небольших объемов производства в сравнении с синтетическим. Обычно материал используют при изготовлении:
- Клеевых составов;
- Товаров медицинского назначения;
- Элементов спортивного снаряжения;
- Шин автомобилей;
- Уплотнителей;
- Губок и ряда другой бытовой продукции.
Синтетические виды каучука и их свойства, применение
Синтетическим называется каучук, который перерабатывают в резину методом вулканизации. В качестве исходного сырья чаще всего используют продукты нефте- и газопереработки. Их разделяют на фракции (углеводороды) и в дальнейшем применяют для синтеза мономеров. В смеси добавляют пластификаторы, серу, наполнители, антистарители и прочие компоненты, чтобы получить изделия с нужными характеристиками.
Каучуки синтетического происхождения классифицируют по мономерам, на основе которых изготавливают полимер. Далее рассмотрим основные разновидности материалов общего назначения, их характеристики и область применения.
Бутадиеновые
Данный класс каучуков делится на два вида:
- Стереорегулярные. Обладают высокой прочностью на разрыв, износостойкостью и хорошей эластичностью. Материал широко применяют на заводах по изготовлению автошин и транспортерных лент;
- Нестереорегулярные. Имеют низкую прочность на разрыв, а при замерзании эластичность снижается и не восстанавливается при нагреве. Из материала делают твердые бытовые изделия, к которым предъявляются повышенные требования к химической стойкости.
Изопреновые
Прочные и эластичные каучуки, которые практически не склонны к старению. Их недостатком является реакция с кислотно-щелочными средами. Изопрены подходят для изготовления кабельных оболочек, обуви, товаров медицинского назначения, автошин и транспортерных лент.
Хлоропреновые
По эластичности близки к натуральным каучукам, но превосходят их по прочности и износостойкости. Материал является нерастворимым, поэтому его добавляют в резину для повышения маслобензостойких свойств. Врагом хлоропрена считаются низкие температуры. При замерзании каучук становится хрупким.
Полимеры хорошо зарекомендовали себя в производстве изделий, которые постоянно контактируют с химическими средами:
- Уплотнительных элементов;
- Рукавов высокого давления;
- Лент конвейеров;
- Приводных ремней;
- Защитных оболочек кабельной продукции;
- Перчаток.
Бутилкаучук
Выделяется среди других представителей группы каучуковых превосходным растяжением и низкой газопроницаемостью. Плюс к этому, материал стойкий к атмосферным воздействиям и химии. Все это предрешило активное использование в производстве мембран для возведения садовых прудов, одежды, автомобильных покрышек и медицинских изделий.
Бутадиен-стирольный
Благодаря большому содержанию стирола, конечный продукт обладает хорошей прочностью и стойкостью к разрыву, но в ущерб эластичности. Поэтому каучук применяют в автомобилестроении, обувной промышленности и изготовлении РТИ.
Этиленпропиленовый (EDPM)
Как и предыдущий вариант, достойно выдерживает воздействие внешней среды, стойкий к низким температурам, не боится контакта с агрессивными средами. Из него часто делают изоляционные оболочки кабельной продукции, уплотнения и шланги для перекачки химических материалов.
Каучуки специального назначения
Вкратце рассмотрим ходовые варианты:
- Кремнийорганические — превосходят остальные разновидности по электроизоляционным параметрам и обладают стойкостью к низким температурам. На их основе делают имплантаты и трубки для переливания крови, в жидком виде — пастообразные составы для герметизации. Идеально подходят для изготовления РТИ в авиастроении;
- Фторсодержащие — благодаря термостойкости, получаются хорошие уплотнения, рассчитанные на эксплуатацию при температуре более +200°C;
- Уретановые — визитной карточкой этих материалов является превосходная атмосферостойкость, устойчивость растворителям, влагонепроницаемость. Каучуки часто используют заводы по изготовлению герметиков, искусственных тканей и уплотнений для агрессивных условий эксплуатации.
Преимущества изделий из каучука
Все конструкции, в состав которых входит каучук, являются ремонтопригодными. Их легко восстановить с помощью клея, обладающим хорошей адгезией с полимером. Лучше всего подходят составы для холодной вулканизации. При застывании они приобретают такую же эластичность, как и изделие.
Еще каучукам характерна низкая теплопроводность. Этим и обусловлено широкое применение материала в производстве защитных ручек на кухонной утвари и строительных инструментах.
Благодаря высокой вибростойкости, резина отлично подходит для изготовления подушек под тяжелую спецтехнику и мебель. Материал не только выдерживает высокие нагрузки, но и предупреждает скольжение конструкций.