Натуральный и синтетический каучук резина

Презентация на тему: Натуральный и синтетический каучуки. Резина.

Скачать эту презентацию

Получить код Наши баннеры

Скачать эту презентацию

№ слайда 1

Описание слайда:

Натуральный и синтетический каучуки. Резина.

№ слайда 2

Описание слайда:

История открытия каучука Родина каучука – Центральная и Южная Америка. Во влажных жарких тропиках, по берегам реки Амазонки, растёт необычное дерево, которое называется бразильская гевея.

№ слайда 3

Описание слайда:

История открытия каучука Если на коре дерева сделать надрез, то из ранки вытекает сок молочно-белого цвета, называемый латексом. На воздухе сок постепенно темнеет и затвердевает, превращаясь в резиноподобную смолу.

№ слайда 4

Описание слайда:

Английский химик Чарльз Макинтош В 1823 году придумал непромокаемую ткань, состоящую из двух слоёв материи, соединённых раствором каучука в специальном растворителе. Изобретатель наладил производство из новой ткани плащей, которые получили название «макинтош».

№ слайда 5

Описание слайда:

Открытие резины Однажды Гудьир уронил пластинку каучука на горячую кухонную плиту. . . Так в 1839 г. была открыта вулканизация каучука .

№ слайда 6

Описание слайда:

НАТУРАЛЬНЫЕ КАУЧУКИ Натуральный каучук – непредельный стереорегулярный полимер состава (С5Н8)n со средней молекулярной массой 15000- 500000.   Элементарное звено (-СН2 -С=СН -СН2-)n СН3 Природный каучук –это цис-полиизопрен.

№ слайда 7

Описание слайда:

Химическое строение природного каучука — Н2С СН2 — / С = С / СН3 Н 1,4-цис — полиизопрен

№ слайда 8

Описание слайда:

Свойства натурального каучука Эластичность Непроницаемость для воды и газов Хорошая растворимость во многих органических растворителях Набухаемость в маслах

№ слайда 9

Описание слайда:

Синтетические каучуки Основателем первого в мире крупномасштабного производства синтетического каучука по праву считается русский ученый С.В.Лебедев.

№ слайда 10

Описание слайда:

Синтетические каучуки Этапы получения: -Н2О, -Н2 2С2Н5ОН СН2 = СН – СН = СН2 этиловый бутадиен – 1,3 спирт (-СН2 – СН = СН – СН2 -)n бутадиеновый каучук (по методу Лебедева)

№ слайда 11

Описание слайда:

Классификация каучуков по областям применения

№ слайда 12

Описание слайда:

Применение

№ слайда 13

Описание слайда:

Вулканизация Натуральные и синтетические каучуки используют преимущественно в виде резины. Для получения резины каучук вулканизируют. Его нагревают с серой, макромолекулы каучука «сшиваются» друг с другом серными мостиками по месту разрыва двойной связи.

№ слайда 14

Описание слайда:

Продукт частичной вулканизации каучука называют резиной   СН3 . . . –СН2 –С СН – СН2 –СН2 –С = СН – СН2 — . . . S S CH3 S . . . –СН2 –С СН – СН2 –СН2 –С = СН – СН2 — . . . S СН3 СН3    

Скачать эту презентацию

Скачивание материала начнется через 60 сек. А пока Вы ожидаете, предлагаем ознакомиться с курсами видеолекций для учителей от центра дополнительного образования «Профессионал-Р» (Лицензия на осуществление образовательной деятельности

№3715 от 13.11.2013).

Каучук. Резина

натуральный латекс и каучук из него Что такое каучук

Кроме сложных веществ наподобие полиэтиленов, представляющих из себя высокомолекулярные полимеры, существует класс химических веществ, который образован сопряжёнными диенами.

После процесса полимеризации диенов образуются новые химические вещества, имеющие высокомолекулярную структуру, называемые каучуками.

Каучук был уже известен в конце 15 веке в северной Америке. Именно индейцы в то время использовали его для изготовления обуви, небьющихся вещей и посуды. А получали тогда его из сока растения гевеи, который называли – «слёзы дерева».

Что касается европейцев, то о каучуке узнали впервые только в момент открытия Америки. Именно Кристофор Колумб первым узнал о его свойствах и получении. В Европе каучук долгое время не мог найти себе применение.

В 1823 г в первые было предложено использование этого материала для изготовления водонепроницаемых плащей и одежды. Каучуком и органическим растворителем пропитывали ткань, таким образом, ткань приобретала водостойкие свойства.

Но, конечно же, был замечен и недостаток, который заключался в том, что ткань, пропитанная каучуком, прилипала в жаркую погоду к коже, а при морозе – растрескивалась.

Отличие каучука и резины

изопрен (2-метилбутадиен-1,3 (изопрен)) бутадиен-1,3 Натуральный изопреновый каучук Синтетический бутадиеновый каучук

Через 10 лет после первого применения натурального каучука и более детального изучения его химических физических свойств было предложено вводить каучук в оксиды кальция и магния. А ещё через 5 лет после изучения свойств нагретой смеси оксидов свинца и серы с каучуком научились получать резину. Сам процесс превращения каучука в резину назвали вулканизацией.

Конечно же, каучук отличается от резины. Резина – это «сшиты» полимер, который способен распрямляться и снова сворачиваться при растяжении и при действии механической нагрузки.

Резина – это также «сшитые» макромолекулы, которые не способы к кристаллизации при охлаждении и не плавятся при нагревании.

Тем самым резина – более универсальный материал, чем каучук, и способен сохранять свой механические и физические свойства про более широком диапазоне температур.

В начале 20 века, когда появился первый автомобиль, спрос на резину значительно возрос. В то же время возрос спрос и на натуральный каучук, так как на тот момент вся резина изготавливалась из сока тропических деревьев.

Например, чтобы получить тонну резины, необходимо было обработать почти 3 тонны тропических деревьев, при этом работой было занято одновременно более 5 тысяч человек, причём такую массу резины могли получить только через год.

Поэтому, резина и натуральный каучук считались достаточно дорогим материалом.

Только в конце 20х годов русским учёным Лебедевым С.В. при химической реакции — полимеризации бутадиена-1,3 на натриевом катализаторе были получены образцы первого натрий-бутадиенового синтетического каучука.

Кстати, из курса физики 8-ого класса мы, вероятно, впервые познакомились с эбонитовой палочкой. Но что такое эбонит. Как оказывается, эбонит — это производная от процесса вулканизации каучука: если при вулканизации каучука добавить серу (около 32% от массы), то в результате получается твёрдый материал — этот материал и есть эбонит!

Одним из достаточно дешёвых способов получения бутадиена-1,3, является его получение из этилового спирта. Но только в 30-х годах было налажено промышленное производство каучука в России.

реакция получения бутадиена

В середине 30-х годов 20 века научились производить сополимеры, представляющие полимеризованный 1,3-бутадиен. Химическая реакция производилась в присутствии стирола или некоторых других химических веществ.

Вскоре получаемые сополимеры начали с большими темпами вытеснять каучуки, которые ранее широко использовались для производства шин.

Каучук бутадиен-стирольный получил широкое применение для производства шин легковых автомобилей, но для тяжёлого транспорта — грузовых автомобилей и самолётов, использовался натуральный каучук (или изопреновый синтетический).

В середине 20 века после получения нового катализатора Циглера — Натты был получен синтетический каучук, который по своим свойствам эластичности и прочности значительно выше, чем все ранее известные каучуки, — был получен полибутадиен и полиизопрен. Но как оказалось, к общему удивлению полученный синтетический каучук по своим свойствам и строению подобен натуральному каучуку! А к концу 20 века натуральный каучук был почти полностью вытеснен синтетическим.

Свойства каучука

Все хорошо знают, что при нагревании материалы способны расширяться. В физике даже имеются коэффициенты температурного расширения, для каждого взятого материала этот коэффициент свой. Расширению поддаются твёрдые тела, газы, жидкости.

Но что, если температура увеличилась на несколько десятков градусов?! Для твёрдых тел изменений мы не почувствуем (хотя они есть!).

Что касается высокомолекулярных соединений, например полимеров, их изменение сразу становится заметным, особенно если речь идёт об эластичных полимерах, способных хорошо тянуться. Заметным, да ещё к тому же с совсем обратным эффектом!

Ещё в начале 19 века английские учёные обнаружили, что растянутый жгут из нескольких полосок натурального каучука при нагревании уменьшался (сжимался), а вот при охлаждении — растягивался. Опыт был подтверждён в середине 19 века.

Вы сами с лёгкостью можете повторить этот опыт, подвесив на резиновую ленту грузик. Она растянется под его весом. Потом обдуйте её феном — увидите, как она сожмётся от температуры!

Почему так происходит?! К этому эффекту можно применить принцип Ле Шателье, который гласит, что если воздействовать на систему , находящуюся в равновесии, то это приведёт к изменению равновесия самой системы, а это изменение будет противодействовать внешним силовым факторам. То есть если на растянуть под действием груза жгуты каучука (система в равновесии) подействовать феном (внешнее воздействие), то система выйдет из равновесия (жгут будет сжиматься), причём сжатие — действие направлено в обратную сторону от силы тяжести груза!

При очень резком и сильном растяжении жгута он нагреется (нагрев может на ощупь быть и незаметным), после растяжения система будет стремиться принять равновесное состояние и постепенно охладится до окружающей температуры. Если жгуты каучука также резко сжать — охладится, далее будет нагреваться до равновесной температуры.

Что происходит при деформации каучука?

При проведённых исследованиях оказалось, что с точки зрения термодинамики, никакого изменения внутренней энергии при различных положениях (изгибах) этих каучуковых жгутов не происходит.

А вот если растянуть — то внутренняя энергия увеличивается из-за возрастания скорости движения молекул внутри материала.

Из курса физики и термодинамики известно, что изменение скорости движения молекул материала (тот же каучук) отражается на температуре самого материала.

дальнейшем, растянутые жгуты каучука будут постепенно охлаждаться, так как движущиеся молекулы будут отдавать свою энергию, например, рукам и другим молекулам, то есть произойдёт постепенное выравнивание энергии внутри материала между молекулами (энтропия будет близка к нулю).

И вот теперь, когда наш жгут каучука принял температуру окружающей среды, можно снять нагрузку. Что при этом происходит?! В момент снятия нагрузки молекулы каучука ещё имеют низкий уровень внутренней энергии (они же ей поделились при растяжении!).

Каучук сжался — с точки зрения физики была совершена работы за счёт собственной энергии, то есть своя внутренняя энергия (тепловая) была затрачена на возврат в исходное положение.

Естественно ожидать, что температура должна понизится, — что и происходит на самом деле!

Резина — как уже говорилось, высокоэластичный полимер. Её структура состоит из хаотично расположенных длинных углеродным цепочек. Крепление таких цепочек между собой осуществлено с помощью атомов серы. Углеродные цепочки в нормальном состоянии находятся в скрученном виде, но если резину растянуть, то углеродные цепочки будут раскручиваться.

Можно провести интересный опыт с резиновыми жгутами и колесом. Вместо велосипедных спиц в велосипедном колесе использовать резиновые жгуты. Такое колесо подвесить, чтобы оно могло свободно вращаться. В случае, если все жгуты одинаково растянуты, то втулка в центре колеса будет расположена строго по его оси. А теперь попробуем нагреть горячим воздухом какой-нибудь участок колеса.

Мы увидим, что та часть жгутов, которая нагрелась — сожмётся и сместит втулку в свою сторону. При этом произойдёт смещение центра тяжести колеса и соответственно колесо развернётся. После его смещения действию горячего воздуха подвергнутся следующие жгуты, что в свою очередь приведёт к их нагреванию и снова — к повороту колеса.

Таким образом, колесо может непрерывно вращаться!

Это опыт подтверждает факт того, что при нагревании каучук и резина будут сжиматься, а при охлаждении — растянутся!

Чем отличается каучук от резины

Чем отличается каучук от резины

Каучук и резина – широко используемые в нашей жизни материалы.

Чаще всего мы не задумываемся, что это за вещества, отличаются ли они друг от друга или имеют схожие свойства, мы просто приравниваем их.

На самом деле, оба соединения являются полимерами со схожим составом, но с химической, механической точек зрения, имеющие существенные отличия. Для того, чтобы во всем разобраться, ознакомимся с основными определениям.

Каучук – высокомолекулярное соединение, в его основе лежат диеновые углеводороды. Существует природный и синтетический каучук.

Уже в конце 15 века в северной Америке был известен каучук. Индейцы, которых многие принимают за дикарей, использовали его для изготовления обуви и посуды, а добывали его из сока растений гевей. Выделяемую из дерева жидкость они называли «слезы дерева».

Европейцы же узнали о каучуке только после открытия Америки. И лишь спустя столетия, в1823 году его начали использовать для изготовления водонепроницаемой одежды, ткань пропитывали жидким каучуком, и она приобретала водоотталкивающие свойства.

Через несколько лет после первого опыта использования каучука, были более полно изучены его свойства и возникла идея применять, как сырье для получения резины.

Процесс перевода каучука в резину называют вулканизацией. В результате протекания данного технологического процесса происходит взаимодействие каучуков с вулканизирующим реагентом. В результате чего происходит «сшивание» молекул каучука в единую структуру, напоминающую сетку.

Резина – высокоэластичный полимер, получаемый вулканизацией натурального или синтетического каучука.

Сравнение каучука и резины

Каучук – высокомолекулярное соединение с формулой(C5H8)n.

Чтобы получить из каучукового сырья резину, к нему вводится целый ряд «добавок»:

• Агенты, чаще всего сера, селен.
• Ускорители — оксиды магния, свинца.
• Противостарители и умягчители.
• Наполнители активные и неактивные.
• Пластификаторы.
• Все эти добавки направлены на придания тех или иных свойств новому соединению.

То есть по составу, резина, является более сложным соединением, чем каучук.

Состав определяет и свойства обоих соединений

Каучук по своим химическим свойствам в воде, ацетоне не растворяется. При комнатной температуре взаимодействует с кислородом и начинает «стареть» — терять прочность и эластичность. При температуре свыше 2000С разлагается.

Так как резина, это «модифицированный» каучук, то она лишена его слабых мест. При выпуске, при помощи «добавок» ее наделяют нужными свойствами:

• Стойкостью к действию кислот.
• Устойчивостью к агрессивным внешним условия.
• Стойкость к действию сильных окислителей, в том числе и озона.
• Устойчивость против высоких температур и т.п.

Резина – это «сшитое» высокомолекулярное соединение, оно способно распрямляться под действием внешних сил и возвращаться в исходное состояние.

Макромолекулы резины не способны к кристаллизации, не плавятся при повышении температуры. Таким образом, резина – это более универсальный материал, чем каучук. Но это и логично.

Каучук – сырье для получения резины, он является основой, позволяющий получить материал с запланированными свойствами.

Основные отличия резины и каучука

Каучук – полимер, который можно получать двумя способами – добывать из «недр природы», синтезировать из более простых соединений.

Резина – только синтетический полимер. Резина применятся в достаточно широком диапазоне температур в то время, как каучук разрушается при нагревании и охлаждении. Резина – гибкий материал. Она легко деформируется и быстро возвращается в исходную форму.

Каучук окисляется кислородом воздуха, поэтому быстро «стареет». Резина же выпускается с заданными свойствами, она не боиться кислорода воздуха, более того есть соединения, стойкие к действию сильных окислителей.

Таким образом, резина и каучук, это своего рода «резиновая пищевая цепочка». Каучук дает природа, его добывают люди и делают резину, а из резины производят для жителей планеты обувь, шины, коврики и еще много-много полезных вещей. Попробуйте убрать из нашей жизни одни только автомобильные шины, и мир встанет в транспортном коллапсе.

Подводя итоге, нельзя сказать, что резина лучше, чем каучук, что она прочнее и эластичнее. Да, она обладает лучшими свойствами, но ими она обязана каучуку. Если бы каучук, как химическое соединение не вступило в реакцию с улучшающими его добавками не возникло бы новое соединение. То есть в заключении можно выделить два основных плюса:

Каучук – реакционоспособное соединение, получаемое из недр природы, являющееся сырьем для получения резины. Резина – высокоэластичный, устойчивый к агрессивному воздействию широко распространённый полимер.

Чем отличается каучук от резины?

Резина и каучук — материалы, нашедшие применение в разных сферах жизнедеятельности человека. Оба продукта относятся к полимерам и имеют схожие характеристики, но если соединения рассматривать в разрезе химического состава, различия между ними довольно значительные.

Интересный факт: свойства каучука были открыты аборигенами Северной Америки еще в 15 столетии. «Слеза дерева» использовалась для изготовления домашней утвари и обуви. Добывали природное сырье из гевеи.
Добыча каучука

Что такое каучук и резина?

• Каучук — высокомолекулярное соединение, основанное на диеновых углеводородах.
• Резина — материал с повышенным уровнем эластичности, производимый путем вулканизации каучуковой массы в присутствии химреагента. Каучук бывает синтетическим либо природным, резина — только искусственной.

Сравнение

Каучук — исходное сырье для получения резины, нагреваемое до нужного температурного уровня при участии вулканизирующего вещества.

Способность к растяжению и мгновенному возвращению в исходную форму резина получила благодаря углеродным цепочкам, скрученным по спирали в хаотичном порядке и соединенным молекулами серы.

Это делает ее универсальным материалом, отличающимся податливостью, высокой упругостью, износостойкостью и водонепроницаемостью.

Каучук и резина разнятся между собой химическим составом, который определяет их основные свойства. Для получения резины в каучук вводятся агенты, антистарители (стабилизаторы), смягчители и различные наполнители, что улучшает эксплуатационные характеристики получаемого полимера.

Производство резины

В химический состав резины может входить до 60% каучуковой массы, оставшуюся часть составляют примеси, обеспечивающие полимеру специфические свойства. К примеру, масло-, бензо- и термостойкость, устойчивость к ультрафиолетовым излучениям.

Интересно:  Чем отличается щебень от гравия?

Натуральный каучук, отличающийся экологичностью и повышенной стоимостью, получают из молочка коры гевеи (латекса). Для изготовления недорогого аналога — синтетического каучука, используется хлоропрен, ненасыщенные и жидкие углеводороды, бутадиен и другие составляющие.

К недостаткам натурального каучука можно отнести способность быстро стареть, что наиболее проявлено при взаимодействии со всевозможными реагентами. Синтетический материал обладает большей устойчивостью к разрушению, но может ломаться при минусовых температурах и легко распадаться при нагреве. Хотя резина более универсальный материал, со временем она так же способна разрушаться.

Интересный факт: во времена СССР резко встал вопрос о независимости государства в производстве каучука. После изучения вопроса советскими химиками был найден аналог — сок одуванчика. В отличие от гивеи, неприхотливое растение можно возделывать в умеренных климатических условиях. Корни отдельных видов содержат до 14% каучука в сухом весе. Высококачественное сырье получают из сорта кок-сагыз.

Вывод kipmu.ru

Каучук — натуральное сырье, в состав которого входят соединения, вступающие в химическую реакцию с добавками, улучшающими свойства вторичного продукта (резины). В результате получается пластичный, стойкий к агрессивному воздействию материал, имеющий более высокий ресурс использования. Резина может сохранять свои качественные характеристики в широком температурном диапазоне.

Каучук при взаимодействии с окислителями и кислородом быстро старится. При низких температурах становится хрупким и утрачивает эластичность, а при высоких разлагается. Подводя итог, можно сказать, что для резины характерны лучшие свойства, но именно ими она обязана каучуку.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Натуральный и синтетический каучук

Сейчас каучук является одним из наиболее важных полимеров. По мере развития техники роль его все больше возрастает. В настоящее время ассортимент резиновых изделий составляет свыше 40 тыс. наименований.

Натуральный каучук.

Натуральный каучук содержится в млечном соке некоторых тропических деревьев—каучуконосов. В настоящее время практически весь натуральный каучук добывают из деревьев гевеи.

Добываемый из деревьев-каучуконосов млечный сок (латекс) содержит в среднем 55-60% воды и 35-40% каучука в виде мелких глобул.

Для выделения каучука латекс обрабатывают уксусной или муравьиной кислотой, в результате чего происходит коагуляция (слипание) глобул каучука.

По химическому составу натуральный каучук представляет собой смесь высокомолекулярных непредельных углеводородов. Исследования показали, что основной частью натурального каучука являются звенья изопрена.

Длинные молекулы натурального каучука беспорядочно свернуты в клубки и непрерывно изменяют форму.

Этим и объясняется его высокая эластичность, по при — 60 °С прекращается беспорядочное движение молекул, каучук теряет свою эластичность и становится хрупким.

По внешнему виду натуральный каучук представляет собой упругое смолоподобное вещество светло-коричневого цвета. Он хорошо растворяется во многих органических растворителях: углеводородах (предельных и ароматических), в простых и сложных эфирах и т. д. В спиртах и минеральных маслах набухает.

При 120°С он размягчается, а при дальнейшем нагревании переходит в коричневую смолоподобную жидкость. При 250 °С разлагается с выделением газообразных и жидких продуктов, главным образом изопрена, дипептена.

Каучук не проводит электрического тока, газонепроницаем, что дает возможность применять материалы, приготовленные на его основе, в электрической и радиотехнической аппаратуре.

Каучук является реакционноспособным веществом. Он взаимодействует с водородом, галогенами, галогеиводородами, нитро- и нитрозосоединениями и т. д. Особенно активно воздействуют на каучук кислород и другие окислители.

При взаимодействии каучука с хлором наряду с реакцией присоединения протекает реакция замещения. Образующийся хлоркаучук химически устойчив и растворим в бензине, но при нагревании до 70°С размягчается, а при 180-200°С разлагается с выделением хлористого водорода НС1. Хлоркаучук широко используют для производства химически стойких лаков и красок, стойких клеев и т. п.

Окисление каучука протекает автокаталитически. На скорость окисления оказывает большое влияние присутствие солей меди, железа, марганца, кобальта, которые ускоряют реакцию окисления. Озоном каучук окисляется более энергично, чем кислородом воздуха, при этом образуются озонид каучука и оксиозонид каучука.

Различные перекиси воздействуют на каучук аналогично атмосферному кислороду, только более энергично.

Из всех видов каучуков натуральный каучук наиболее пожароопасен, он имеет сравнительно низкую температуру воспламенения (129°С). Разложение каучука при температуре выше 250 СС, сопровождающееся выделением различных газообразных продуктов, способствует образованию взрывоопасных концентраций продуктов разложения и при определенных условиях может повлечь за собой взрыв.

При горении каучук плавится и растекается, образуя подвижную среду, способствующую распространению пожара и затрудняющую процесс тушения пожара. Температура горения каучука зависит от условий протекания горения и может достигать 1500-1700°С. Пламя — яркое, коптящее, характеризуется большим тепловым излучением.

Натуральный каучук широко применяют в автомобилестроении, авиастроении, в военной технике. Большое количество натурального каучука используют в производстве шин для самолетов, больших грузовых автомо- билей, работающих под большими нагрузками.

Быстрое развитие техники во второй половине XIX столетия потребовало больше каучука. Это заставило исследователей заняться изысканием методов получения синтетического каучука.

Выделяющуюся роль в исследованиях по синтезу каучуков сыграли работы русских и советских ученых: А. М. Бутлерова, А. Е. Фаворского, Б. 3. Вызова, С. В. Лебедева и др.

Они показали, что каучук можно получить не только из изопрена, но и из других диеновых углеводородов.

Синтетические каучуки имеют следующие преимущества по сравнению с натуральными:

1. Производство синтетического каучука может быть организовано в любых масштабах; оно не зависит от климатических условий.

2. Синтетический каучук можно получать с заранее заданными свойствами.

3. Производство синтетического каучука более экономично, чем натурального.

К недостаткам синтетического каучука относится малая клейкость, пониженная эластичность и низкая прочность по сравнению с натуральными каучуками.

Основным сырьем для получения синтетических каучуков служат нефтяные газы, гидролизный и синтетический этиловый спирт, ацетилен. Процесс производства синтетических каучуков сводится к получению каучукогенов (низкомолекулярных непредельных соединений) и их полимеризации.

Из каучукогенов наибольшее применение имеют:

— бутадиен (дивинил), который является основным каучукогеном, получаемым из бутана, этанола, ацетилена и т. д.;

• — изопрен, получаемый из крекинг-газов;
• — диметилбутадиен, получаемый из ацетона;
• — хлоропрен, получаемый из ацетилена и хлора;
• — изобутилен, получаемый из продуктов каталитического крекинга нефти;
• — стирол, получаемый конденсацией бензола и этилена в присутствии А1С13;
• — нитрил акриловой кислоты, получаемый каталитическим дегидрированием этиленциангидрина.

Натрийбутадиеновый каучук (СКБ). Этот каучук является пластичным продуктом с плотностью 890 — 920 кг/м3, диэлектрической проницаемостью 2,8, температурой стеклования от — 48 до — 73 °С. Химические свойства натрийбутадиенового каучука аналогичны свойствам натурального. Он реагирует с бромом.

В отличие от натурального каучука при окислении кислородом натрийбутадиеновый каучук становится твердым и жестким; под действием света изменяет линейную структуру на сетчатую, в связи с этим он превращается в нерастворимый полимер.

По отношению к растворителям ведет себя так же, как и натуральный каучук, но не набухает в метаноле, этаноле, ацетоне и анилине. Растворим в бензоле и углеводородах жирного ряда и их галогенпроизводных.

Растворы каучука носят характер коллоидных.

Каучук горюч, горит ярким коптящим пламенем. Теплота сгорания 45360 кДж/кг, температура горения 1550-1560°С, температура воспламенения 220°С, температура самовоспламенения 352 °С, склонен при определенных условиях к химическому самовозгоранию.

СКБ являются каучуками общего назначения и применяются в резиновой, кабельной, обувной и других отраслях промышленности.

Из них изготавливают мягкие и эбонитовые изделия, резиновую обувь, наружные оболочки различных кабелей и т. д.

Резины из СКВ при содержании сажи до 60% имеют предел прочности 13-16 МПа, относительное удлинение до 600%, хорошо сопротивляются тепловому старению и многократным де- формациям.

Хлоропреновые каучуки. Хлоропреновыми каучуками называются полимеры хлоропрена с другими мономерами, получаемыми полимеризацией. Хлоропрен обладает высокой полимеризационной активностью.

Скорость его полимеризации в сотни раз превышает скорость полимеризации изопрена. В результате полимеризации образуются полимеры, лучшим из которых по своим техническим свойствам является пластичный и растворимый -полимер.

Наирит со временем твердеет даже при обычных температурах, но при механических и тепловых нагрузках его эластичные свойства восстанавливаются.

Плотность его 1230 кг/м3, диэлектрическая проницаемость 6,87. Наирит хорошо обрабатывается на обычном оборудовании резиновых заводов и не требует специальной пластификации.

Сырые смеси обладают хорошей клейкостью. Каучуки типа наирит в основном горючи.

Резины на основе наирита — свето- и озоностойки, хорошо сопротивляются истиранию, некоторые из них не горючи и имеют повышенную маслостойкость (не набухают в маслах).

Наирит предназначен для широкого применения в резиновой и кабельной промышленности. Из наирита изготавливают ремни, транспортные ленты, рукава, формовые изделия, наружные оболочки кабелей, специальные озоно- и маслостойкие изделия. В кабельной промышленности в производстве защитных оболочек для морских кабелей 1 т наирита заменяет 6 т свинца.

Глава 4. Каучуки и резина Каучуки и резина

Наряду
с металлом, нефтью, газом и пластмассами
каучук превращается в один из важнейших
народнохо­зяйственных и стратегических
видов промышленной про­дукции.

Трудно
назвать отрасль народного хозяйства,
где бы не применялись изделия из каучука
и резины. Около 2/3
производимого каучука идет на изготовление
шин.

Крупнейшими потребителями шин
являются авиа­ция, автомобильный
транспорт, сельскохозяйственное и
дорожное машиностроение.

Технический
прогресс в различных отраслях народно­го
хозяйства сопровождается непрерывным
ростом по­требления резинотехнических
изделий.

Транспортерные ленты, приводные
ремни, муфты сцепления, резиновые валы,
баки, трубопроводы, шланги, уплотнители
— вот далеко не полный перечень
резинотехнических изделий, без которых
немыслима современная техника.

Резиновые
изделия широко применяются в
электротехнической и ка­бельной
промышленности; большое значение имеет
кау­чук для изготовления дорожных и
гидроизоляционных покрытий, герметиков,
заливочных составов, паст, для из­готовления
обивки мебели, матрацев, сидений, в
про­изводстве клеев, красок и т. д.

В зависимости от
происхождения каучук делится на
(натуральный и синтетический.

Первоначально
каучуковые и резиновые изделия
производились только из натурального
каучука (млечного сока гевеи бразильской).
Само название «каучук» проис­ходит
от индейских слов «као-учу» — «слезы
дерева». На­туральный каучук был
привезен европейцами из Латин­ской
Америки. Уже в 1910 г.

добыча натурального
каучука составляла 97 тыс. т, в 1930 г. —
839 тыс. т, в 1965 г. — 2362 тыс. т.

Перебои в
снабжении нату­ральным каучуком,
высокие цены на мировом рынке, с одной
стороны, и все возрастающий спрос на
изделия из каучука и резины — с другой,
диктовали необходи­мость создания
синтетического каучука.

Большое значение
для создания синтетического каучу­ка
имели работы крупнейших русских ученых
А.М. Бут­лерова и И.Л. Кондакова, А. Е.
Фаворского и Н. Д. Зе­линского, но
решающую роль сыграли исследования С.
В. Лебедева, по методу которого 15 февраля
1931 г. в СССР был произведен первый в мире
промышленный синтетический каучук.

Современный
ассортимент отечественной продукции
насчитывает свыше 30 видов синтетического
каучука, главными потребителями которого
кроме шинной являются промышленности:
резинотехнических изделий, искусственной
кожи, строительных материалов,
асботехнических изделий, а также
кожевенно-обувная, кабельная и бумажная.

Модернизация
и повышение эффективности производ­ства,
внедрение прогрессивной технологии,
комплексная механизация и автоматизация,
поиски дешевых источни­ков сырья,
повышение качества изделий — вот основа
увеличения выпуска резины и резиновых
изделий, в ко­торых главным компонентом
является каучук.

Каучуки представляют
собой высокомолекулярные соединения,
гибкие и длинные цепи макромолекул
ко­торых состоят из десятков тысяч и
более атомов. В нена­пряженном состоянии
макромолекулы каучука находятся в
свернутом состоянии, а при растяжении
распрямляются,
при снятии растягивающей нагрузки вновь
самопрои­звольно скручиваются.

Этим
объясняется высокая эла­стичность и
способность каучука к большим обратимым
деформациям.

Каучуки поступают
на заводы резиновой промышлен­ности
в сухом виде — безводные твердые или
жидкие каучуки, либо в виде водных
эмульсий — латексов, содержа­щих
около 30% каучука. Латексы могут применяться
не только в производстве каучука, но и
как конечный то­варный продукт.

Основные технические
характеристики любых видов натурального
и синтетического каучука включают их
экс­плуатационные свойства.

К эксплуатационным
свойствам каучука относятся механические:
предел прочности при растяжении,
износо­стойкость, комплекс характеристик
эластичности (упру­гий отскок,
относительные и остаточные удлинения),
а также физические и химические свойства:
тепло- и мо­розостойкость, свето-,
озоно-, масло-, бензостойкость,
га­зопроницаемость, стойкость к
действию агрессивных сред, к старению,
электрические свойства, удельный вес
и т. д.

К технологическим
свойствам сырых каучуков отно­сятся:
их пластичность; способность к пластикации,
сме­шиванию, дальнейшей переработке,
вулканизации; усадка и т. д.

Натуральный
каучук (НК) имеет
в своей основе поли­мер изопрена —
высокомолекулярный углеводород (С5Н8)„.
Изделия из натурального каучука
высокоэла­стичны, прочны на разрыв и
истирание, температура их эксплуатации
от -68 до +200 °С.

К недостаткам можно отнести
набухаемость в маслах и растворителях
и лег­кую окисляемость каучука под
действием солнечных лу­чей.

Несмотря
на достижения в области создания новых
синтетических каучуков, натуральный
каучук все еще со­храняет свое значение
как один из наиболее высококаче­ственных
каучуков общего назначения.

Синтетические
каучуки (СК)
— высокополимерный каучукоподобный
материал; условно они, делятся на кау­чуки
общего и специального назначения. К
каучукам общего назначения относят
бутадиеновый (СКВ), бутадиенстирольный
(СКС), изопреновый (СКИ) и некоторые
другие, а к каучукам специального
назначения — бутадиеннитрильный (СКН),
хлоропреновый, бутилкаучук, силиконовый,
фторкаучук и др.

Процесс производства
синтетического каучука со­стоит из
двух основных стадий: получение мономера
и получение полимера.

Сырьем для
производства каучу­ков является
этиловый спирт, на смену которому
прихо­дит нефтехимическое сырье —
этилен, пропилен, бутилен, бензол, а
также ацетилен, бутан, пентан, изобутан,
полу­чаемые из газообразного топлива.

При переводе промы­шленности СК на
нефтегазовое сырье производитель­ность
труда повышается в 4 раза, а себестоимость
СК в 2-3 раза ниже, чем на спирте, получаемом
из пищево­го сырья.

Первым советским
синтетическим каучуком был бута­диеновый
(СКВ). Не отличаясь высоким качеством,
этот вид каучука имеет малое значение.

Ведущую роль в
мировом производстве СК играют
бутадиенстирольный (СКС) и бутадиеннитрильный
(СКН) каучуки.

На основе СКС
изготовляют изделия шинной и
рези­нотехнической промышленности.
Этот каучук отличается большой прочностью,
эластичностью, технологичностью,
повышенной теплостойкостью, устойчивостью
к дей­ствию света и кислорода.

Каучуки
СКН характеризуются высокой бензо- и
маслостойкостью, стойкостью к воз­действию
растворителей и агрессивных сред, имеют
повы­шенную теплостойкость и применяются
для изготовле­ния резинотехнических
изделий, шлангов, прокладок, уплотнителей
и т. д.

Изопреновые каучуки
(СКИ), отличаясь высокой эла­стичностью,
прочностью, износостойкостью, с успехом
заменяют натуральный каучук (НК). —
Большое значение в современном народном
хозяйстве имеет хлоропреновый каучук.

Этот каучук обладает от­личными
эксплуатационными характеристиками:
эласти­чен, высокопрочен, износоустойчив,
особо стоек к хими­ческим средам,
растворителям, негорюч. Недостатком
является его низкая морозостойкость.

Он широко приме­няется в производстве
резинотехнических и специальных изделий,
для защиты аппаратуры от -коррозии.

Недостатком всех
вышеперечисленных синтетиче­ских
каучуков является невысокая термостойкость
(до + 200 °С), некоторая газопроницаемость.

Для специальных
технических целей (в су до- и авиа­строении,
в кабельной промышленности, для камер
ра­кетного топлива, для защиты
аппаратуры от агрессивных химических
сред при высокой температуре) применяются
ценные виды каучуков — силоксановые,
тиоколы и фтор-каучуки. Отличаясь
уникальными свойствами (термо­стойкостью
до + 400-500°С), но будучи достаточно до­роги,
они применяются очень ограниченно.

Превращение
каучуков в резину и получение рези­новых
изделий подразделяется на три стадии:
пригото­вление сырой резиновой смеси,
заготовительно-сбо-рочные операции,
вулканизацию изделий и их отделку.

Резиновые смеси изготовляют путем
смешивания каучу­ков с ингредиентами:
наполнителями, ускорителями пла­стикации,
пластификаторами, вулканизаторами,
ускори­телями вулканизации,
противостарителями, красителями и т.
д.

Количество каучука
и ингредиентов колеблется в за­висимости
от назначения резинового изделия. В
качестве наполнителей широко применяют
сажу, активированный мел, каолин, оксид
цинка; вулканизаторов — серу и ее
со­единения; пластификаторов — мазут,
гудрон, смазочные масла, канифоль, смолы.

Приготовление резиновой смеси проводится
в закрытых резиносмесителях и на
каландрах (или валках). Ответственной
операцией является вулкани­зация.

В
процессе вулканизации при температуре
+ 130-160°С и давлении 18 — 20 МПа сера химически
присоединяется к молекулам каучука,
«сшивая» их в трехмерную структуру,
образуя резину.

Резина
является важным конструкционным
материалом для машино- и приборостроения.

Различные сорта резины обладают высокой
эластичностью (упругое удлинение при
растяжении достигает 700-800 %), хорошими
вибро- и водостойкостью, повышенной
химической стойкостью против кислот и
их растворов, механической прочностью;
резина хорошо сопротивляется истиранию.
Эти свойства достигаются при вулканизации
резиновых смесей (сырой резины). Созданы
электропроводная, магнитная и другие
резины с новыми свойствами.

• Резины подразделяются
  на следующие основные группы: резины
  общего назначения (температуры
  эксплуатации от – 50 до +150 °С), теплостойкие
  (150-200 °С и выше), морозостойкие (до – 150
  °С), масло- и бензостойкие, диэлектрические,
  электропроводящие, маг­нитные,
  фрикционные и др.
• Резиновые смеси
  составляют на основе каучука, массовое
  содержание которого в различных изделиях
  колеблется от 5 до 95 %; смеси содержат
  также мягчители, наполнители,
  вулканизирующие вещества, противостарители,
  красители.
• В машиностроении
  резиновые изделия применяют для
  движу­щихся устройств (шин, приводных
  ремней, транспортных лент), в магистралях
  для транспортирования жидкостей, газов
  (напорные и всасывающие рукава,
  соединительные шланги, трубки), в
  каче­стве опор, буферов, изоляции,
  уплотнителей (сальники, манжеты,
  прокладочные пластины, кольца) и др.

Исходные материалы
для резиновых изделий. Каучук бывает
натуральный и синтетический.

Натуральный
каучукполучают
из млечного сока каучукогенных растений.
Синтетический
каучук – вещество,
по свойствам близкое к натуральному.
Его получают путем синтеза органических
веществ.

Промышленные виды синтетического
каучука, которых насчитывается несколько
десятков, различают между собой как по
исходному сырью и способам производства,
так и по составу и физико-механическим
свойствам.

Производство син­тетического
каучука складывается из двух основных
процессов: получения каучукогенов
(бутадиена, стирола, хлоропрена,
акрилонитрила, изобутилена и др.) и их
полимеризации в каучукоподобный продукт.
Сырьем для получения каучукогенов
являются нефтепро­дукты, природный
газ, ацетилен, древесина и др.

При
полимериза­ции каучукогены из
низкомолекулярных веществ превращаются
в высокомолекулярные соединения с
типичными для натурального ка­учука
физико-механическими и технологическими
свойствами. Про­изводство синтетического
каучука впервые в мире разработано
рус­ским химиком С. В. Лебедевым.

Синтетические
каучуки (СК) подразделяются на две
основные группы:

СК общего назначения,
применяемые в производстве изде­лий,
с наиболее характерным свойством резины
– эластичностью (массовое производство
шин, конвейерных лент, амортизаторов,
уплотнителей, обуви, игрушек и т. д.);

1. СК специального
   назначения, которые наряду с эластичностью
   должны обладать специфическими
   свойствами.
2. В качестве СК
   общего назначения применяют в основ­ном
   бутадиеновые и бутадиен-стирольные
   каучуки, в качестве бензо- и маслостойких
   – бутадиен-нитрильные, тепло- и
   морозостойких – кремнийорганические,
   износостойких – уретановые СК.
3. Мягчители
   (стеарин,
   олеиновая кислота) повышают пластичность
   сырой резины и мягкость резиновых
   изделий.

Наполнители
повышают
твердость и прочность резиновых изде­лий.
К ним относятся сажа, оксид цинка, мел,
каолин и др., а также
рукавные
и кордовые ткани и волокна (хлопчатобумажные,
вискоз­ные, капроновые, нейлоновые),
применяется также корд из стальных
проволочек.

При вулканизации
линейные макромолекулы каучука
взаимодействуют с вулканизатором, в
результате обра­зуется трехмерная
(сшитая) сетка и каучук превра­щается
в резину.

Основным
вулканизирующим веществом (для СК общего
назна­чения, бутадиен-нитрильных и
других каучуков) является сера. Для
вулканизации отформованные заготовки
из сырой резины нагре­вают до температуры
140-180 °С; формование может совмещаться
с нагревом.

Ускорители
вулканизации
(каптакс, тиурам и др.) вместе с окси­дом
цинка не только сокращают время
вулканизации, но и обеспечи­вают
возможность вулканизации при комнатной
температуре.

Для изготовления
мягкой резины (автомобильные камеры,
мячи) в каучук вводят 1-3 % серы; при
массовом содержании серы 4— 7 % получается
твердая резина. Для вулканизации
кремнийорганических СК применяют
пероксиды бензоила, для уретановых –
изоцианиды.

Противостарители
(парафин,
вазелин и др.) замедляют процесс окисления
каучука, повышают устойчивость и сроки
службы рези­новых изделий.

Изготовление
резиновых изделий. Процесс складывается
из при­готовления резиновых смесей,
вулканизации и отделки изделий.

Смешивание
компонентов обеспечивает
равномерное распределе­ние в каучуке
всех составных частей, оно производится
на вальцах или в закрытых смесителях.
Полученная сырая резина представляет
собой однородную пластичную массу,
которой легко придается нуж­ная форма.

Для
получения листовой
резины сырую
резиновую смесь обраба­тывают на
каландрах, рабочим органом которых
являются пустоте­лые подогреваемые
прокатные валки из отбеленного чугуна.

На каландрах производится также обкладка
тканей сырой резиной, сдавливание листов
резины и промазанных резиной тканей,
обра­ботка пропитанного корда.

Из
листовой заготовки при надобности
производят раскрой на резательных
машинах или вырубных

• прессах.
• Резиновые
  профили (трубки,
  шнуры) получают шприцеванием —
  выдавливанием сырой резины на червячном
  прессе через матрицу
• Изделия
  сложной формы получают методами
  прессования
  и
  литья
  под давлением

Полученные
полуфабрикаты подвергают вулканизации
и отделке. Плотность различных сортов
резины от 0,9 до 2 г/см3,
предел прочности при растяжении от 3 до
60 МПа, относительное удлинение 200—800 %.

Следует подчеркнуть, что для каучуков
и резины (а также для некоторых видов
пластмасс и других материалов) характерна
релаксация (ослабление) напряжений,
которая возрастает с увеличением силы
и скорости деформации и с повышением
температуры.

При увеличении
массового содержания серы до 30-50 %
получается твердый материал – эбонит.

Он широко применяется для изготовления
электротехнических изделий, особенно
таких, которые должны быть стойкими к
действию кислот (например, аккумуляторных
баков, а также изделий химической
промышленности).

Способы получения
изделий из эбонита те же, что и для
резины. Эбонит хорошо обрабатывается
резанием на станках.