При вулканизации каучука получают

• Каучук – это природный или синтетический продукт полимеризации некоторых диеновых углеводородов с сопряженными связями.
• Каучук – что это?
• Натуральный каучук, характеристики и свойства
• Где содержится? Получение натурального каучука
• Химическое строение натурального каучука и его состав
• Типы и виды натурального каучука
• Синтетический каучук, виды, его свойства, получение
• Применение натурального и синтетического каучука

Каучук – что это?

Каучук – это природный или синтетический продукт полимеризации некоторых диеновых углеводородов с сопряженными связями. Их важнейшими физическими характеристиками являются эластичность (каучуки способны восстанавливать форму), электроизоляция, водо- и газонепроницаемость. Из каучуков путем вулканизации получают резины и эбониты.

Натуральный каучук, характеристики и свойства, состав:

Натуральный каучук известен с давних времен. Учеными найдены окаменелые остатки каучуконосных растений, их возраст – миллионы лет. Пятьсот лет назад, с открытием Америки, представители цивилизации узнали об этом материале. В то время индейцы бойко продавали людям бутылки и обувь из резины.

Однако, по-настоящему востребованным каучук стал сравнительно недавно, в 30-х годах XIX столетия: Чарльз Гудьир (Charles Goodyear) в 1839 году изобретя процесс вулканизации, получил резину. Для этого он нагревал каучук с серой, при этом свойства материала только улучшились. Так была изобретена резина, с этого и началось ее широкое применение.

К 1919 году на рынке уже существовало свыше сорока тысяч видов изделий с применением этого материала.

Каучук на 91-96 % состоит из полимера изопрена и имеет следующие характеристики и свойства: плотность 910-920 кг/м3, морозостой­кость или температура стеклования 70 °C (т.е. он перестает быть пластичным и обретает некоторые качества, свойственные стеклу), теплоустойчивость до 200 °C.

В большинстве жидкостей (вода, спирт, ацетон, жирные кислоты) не растворяется и в них не набухает. Набухая, постепенно растворяется в подобных себе веществах: бензине, бензоле, эфире, толуоле и других ароматических углеводородах.

Сжатие натурального каучука сопровождается поглощением, растяжение – выделением тепла.

При охлаждении каучук становится хрупким, при нагревании – размягчается. И в том и в другом процессе каучук теряет свою эластичность. Взаимодействие натурального каучука с озоном, кислородом и другими окислителями ведет к повышению хрупкости и появлению трещин. Т.е. повышается хрупкость, он «старится».

Как и большая часть полимеров, в зависимости от температуры каучук может быть в одном из трех состояний: высокоэластичном, вязкотекучем и стеклообразном. При обычных температурных условиях каучук высокоэластичен.

Более прочего каучук ценится вследствие своей эластичности. Изделия из него способны быстро возвращать себе первоначальную форму. Это происходит каждый раз, как только перестают действовать деформационные силы.

Упругость каучука одна из самых лучших в своем классе. Например, если изделие из него будут растягивать до 1000%, оно все равно вернется в свою исходную форму. К слову, для обычных твердых тел эта цифра равна 1%.

Эти уникальные свойства каучук сохраняет и при нагревании, и при охлаждении.

Кроме того, преимущество каучука проявляется еще и в том, что он обладает высокой пластичностью. Это означает, что под воздействием внешних сил этот материал будет приобретать и сохранять приданную ему форму. Во время механической обработки или нагревания это свойство особо заметно. Таким образом, каучук считается пласто-эластическим веществом.

Однако, у натурального каучука имеется недостаток: со временем он твердеет и вследствие этого теряет свои свойства.

Где содержится? Получение натурального каучука:

Для природных каучуков сырьевым источником служит млечный сок некоторых растений, выделяющих латекс (белая жидкость с особыми свойствами). Сам латекс является довольно распространенным компонентом растений и встречается у представителей каучуконосных растений разных ботанических групп.

Находится он в разных частях растений. Поэтому их (т.е. растения) классифицируют следующим образом:

1. 1. латексные, когда вещество накапливается в млечном соке,
2. 2. хлоренхимные – вещество накапливается в молодых зеленых побегах и листьях,
3. 3. паренхимные – вещество накапливается в корнях и стеблях,

4. травянистые латексные растения семейства сложноцветных – это кок-сагыз, крым-сагыз и другие, где каучук в небольшом количестве накапливается в подземных органах. Эти растения не используются в промышленном производстве каучука.

Каучуконосные деревья растут в основном в зоне экватора, не удаляясь от него больше, чем 10° на север и юг, т. е. это пояс шириной 1300 км и его так и называют: «каучуковый пояс».

Именно здесь выращивают каучуконосные деревья для промышленного применения в мировом масштабе. В основном натуральный каучук получают из латекса тропического дерева гевеи бразильской.

Для этого на коре дерева, достигшего 5-летнего возраста, делают V-образные надрезы. С одного дерева гевеи получают в среднем 2-3 кг каучука.

Чтобы получился каучук, добытый из гевеи бразильской, млечный сок (латекс) подвергают процессу свертывания или желатинирования, добавляя в него уксусную или муравьиную кислоту, после промывают водой, прокатывают в листы и коптят.

Химическое строение натурального каучука и его состав. Формула каучука:

Натуральный каучук является полимерным ненасыщенный углеводородом, имеющим большое количество двойных связей. Его универсальная химическая формула выглядит так: (C5H8)n, где степень полимеризации (n) составляет 1000-3000 единиц. Мономер натурального каучука называется изопреном.

При химическом анализе природного каучука видно, что он состоит только из углерода и водорода. Это позволяет отнести его к углеводородам. Подтверждением этому есть первичная формула каучука. Молекулярная масса отдельных единиц может превышать полумиллион грамм на моль. Таким образом, натуральный каучук является природным полимером изопрена, а точнее цис-1,4-полиизопрена.

Если представить молекулу каучука не атомарно тонкой, ее можно было бы разглядеть в микроскоп, вследствие того, что она очень длинная. А если ее еще и максимально растянуть, то получится большая зигзагоподобная линия. Это обусловлено типом углеродных связей.

По причине того, что в изопрене чередуются одинарные и двойные связи, части молекулы могут вращаться только вокруг одинарных связей. И в результате подобных колебаний молекула постоянно изгибается, и даже в состоянии покоя у нее сближены концы.

Молекулы натурального каучука похожи на почти круглые пружины, что позволяет им легко и сильно растягиваться и увеличиваться в размерах при разведении концов.

Типы и виды натурального каучука:

Натуральный каучук делят на 8 типов, образующих 35 сортов.

Самым распространенным и ценным типом нату­рального каучука считается «смокед-шит», что означает копченый лист. Он изготавливается в виде достаточно прозрачных листов цвета янтаря с рифленой поверхностью.

Меньше распространен тип называемый «светлый креп». Для его получения к латексу перед желатинировани­ем добавляют для отбеливания бисульфит натрия. Листы этого типа каучука имеют кремовый оттенок, они непрозрачны.

Меньше всего ценится тип, который называют «пара-каучук». Его добывают из дикорастущей гевеи кустарным способом.

Синтетический каучук, виды, его свойства, получение, производство и синтез:

В XX веке с появлением автомобильной промышленности стал расти спрос на резину, значит и на каучук. Поэтому на каучук, получаемый из сока гевеи, появился дефицит. Встал вопрос получения синтетического каучука. В 1927 году советский ученый С.В.

Лебедев получил первый синтетический дивиниловый каучук с помощью реакции полимеризации 1,3-бутадиена при помощи натриевого катализатора. Теперь он стал настолько популярным, что почти вытеснил собой натуральный каучук.

Синтетический каучук разделяют на более чем 30 типов, которые образуют свыше 220 марок.

В настоящее время в России выпускается синтетический каучук специального и общего назначения. Кроме того, синтетический каучук подразделяют на стереорегулярный и нестереорегулярный.

Стереорегулярный, более прочный и износостойкий, чем натуральный каучук. Он применяется, например, как исходный материал для автомобильных покрышек.

Нестереорегулярный – используют в производстве эбонита и резины, более стойкой к воздействию агрессивных сред.

Синтетическими каучуками общего назначения считаются:

1. 1. бутадиеновый каучук,
2. 2. изопреновый каучук,
3. 3. бутадиен-стирольный каучук,
4. 4. бутил-каучук,
5. 5. этилен-пропилено­вый каучук,
6. 6. хлоропреновый (наирит) каучук и пр.

Синтетическими каучукам специального назначения являются:

1. 1. бутадиен-нитрильный каучук,
2. 2. кремнийорганический каучук,
3. 3. уретановый СКУ,
4. 4. полисуль­фидный каучук,
5. 5. фторосодержащий каучук,
6. 6. метил­винилпиридиновый каучук,
7. 7. силоксановый каучук и т.д.

Ученые постоянно занимаются синтезом искусственных каучуков, которые по своим качествам представляют собой более совершенный материал, чем природные.

Например, по своим свойствам замечательными веществами являются сополимеры стирола, бутадиена и акрилонитрила. Во время процесса полимеризации их цепочка строится чередованием бутадиена с соответствующим другим мономером.

Это позволяет достигать отличных свойств, которых нет у классических каучуков.

В России сейчас изготавливают классический синтетический каучук, свойства которого схожи со свойствами натурального вещества. При вулканизации такого каучука получается резина, прочность, эластичность и пластичность которой практически не отличается от подобных, свойственных природному материалу.

Применение натурального и синтетического каучука. Вулканизация каучука:

Основным применением и натурального, и синтетического каучука является производство резины.

Резина является продуктом вулканизации каучука с наполнителем, в качестве которого выступает сажа. Вулканизация каучуку необходима по той причине, что каучук в чистом виде достаточно хрупкий и менее эластичный материал, чем вулканизированный.

При вулканизации каучука происходит обработка смеси каучука и серы под воздействием температуры.

Сутью вулканизации является процесс, при котором атомы серы присоединяются к нитевидным линейным молекулам каучука в местах двойных связей и как бы сшивают дисульфидными мостиками эти молекулы между собой, образуя при этом трехмерный сетчатый полимер.

Если для вулканизации каучука берётся 2-3 % серы от общей массы, то продуктом вулканизации явится резина.

Она менее подвержена колебанию температуры, механическому разрушению, воздействию газов и электрического тока, действию разных химических реагентов и летней жары, чем каучук.

Вдобавок, у вулканизированного каучука получается высокая степень трения скольжения по сухой поверхности и небольшая по влажной.

Если к каучуку добавить более, чем 30 % серы, то в процессе вулканизации получится эбонит: твердый материал, не обладающий пластичностью.

© Фото //www.pexels.com, //pixabay.com

карта сайта

Технологический процесс вулканизации резины

Технологически процесс вулканизации представляет собой преобразование в резину «сырого» каучука. Как химическая реакция, он предполагает объединение линейных каучуковых макромолекул, легко теряющих стабильность при внешнем воздействии на них, в единую вулканизационную сетку. Она создается в трехмерном пространстве благодаря поперечным химическим связям.

Такая как бы «сшитая» структура наделяет каучук дополнительными прочностными показателями. Улучшаются его твердость и эластичность, морозо- и теплостойкость при снижении показателей растворимости в органических веществах и набухания.

Полученная сетка отличается сложным строением. Она включает не только узлы, соединяющие пары макромолекул, но и те, что объединяют одновременно несколько молекул, а также поперечные химические связи, представляющие собой как бы «мостики» между линейными фрагментами.

Их образование происходит под действием специальных агентов, молекулы которых частично выступают строительным материалом, химически реагируя друг с другом и макромолекулами каучука при высокой температуре.

Свойства материала

Возникающие связи необратимо ограничивают подвижность молекул под механическим воздействием, одновременно сохраняя высокую эластичность материала со способностью к пластическим деформациям. Структура и численность этих связей определяется методом вулканизации резины и использованными для нее химическими агентами.

Процесс протекает не монотонно, и отдельные показатели вулканизируемой смеси в своем изменении достигают своего минимума и максимума в разное время. Наиболее подходящее соотношение физико-механических характеристик получаемого эластомера называется оптимумом.

Вулканизируемый состав, помимо каучука и химических агентов, включает ряд дополнительных веществ, способствующих производству резин с заданными эксплуатационными свойствами.

По назначению их делят на ускорители (активаторы), наполнители, мягчители (пластификаторы) и противостарители (антиокислители).

Ускорители (чаще всего это оксид цинка) облегчают химическое взаимодействие всех ингредиентов резиновой смеси, способствуют сокращению расхода сырья, времени на его переработку, улучшают свойства вулканизаторов.

Наполнители, такие как мел, каолин, сажа, повышают механическую прочность, сопротивление износу, истиранию и другие физические характеристики эластомера.

Пополняя объем исходного сырья, они тем самым уменьшают расход каучука и понижают себестоимость получаемого продукта.

Мягчители добавляют для повышения технологичности обработки резиновых смесей, снижения их вязкости и увеличения объема наполнителей.

Также пластификаторы способны повышать динамическую выносливость эластомеров, стойкость к истиранию. Стабилизирующие процесс антиокислители вводятся в состав смеси, чтобы предупредить «старение» каучука. Разные комбинации этих веществ применяют при разработке специальных рецептур сырой резины для прогнозирования и корректировки процесса вулканизации.

Виды вулканизации

Когда присоединяется более 30% серы, то получается довольно жесткий, малоэластичный эбонит. В качестве ускорителей в этом процессе используют тиурам, каптакс и др., полноту действия которых обеспечивает добавление активаторов, состоящих из окислов металлов, как правило, цинка.

Еще возможна радиационная вулканизация. Ее проводят посредством ионизирующей радиации, применяя потоки электронов, излучаемых радиоактивным кобальтом.

Такой процесс без использования серы способствует получению эластомеров, наделенных особой стойкостью к химическому и термическому воздействию.

Для производства специальных видов резин добавляют органические перекиси, синтетические смолы и другие соединения при тех же параметрах процесса, что и в случае добавление серы.

В промышленных масштабах вулканизируемый состав, помещенный в форму, нагревают при повышенном давлении. Для этого формы помещают между нагретыми плитами гидропресса.

При изготовлении неформовых изделий смесь засыпают в автоклавы, котлы или индивидуальные вулканизаторы.

Нагревание резины для вулканизации в этом оборудовании проводится при помощи воздуха, пара, нагретой воды или высокочастотного электрического тока.

Крупнейшими потребителями резинотехнической продукции на протяжении многих лет остаются предприятия автомобильного и сельскохозяйственного машиностроения.

Степень насыщенности их продукции изделиями из резины служит показателем высокой надежности и комфорта.

Кроме того, детали из эластомеров часто используют при производстве монтажа сантехники, изготовлении обуви, канцелярских и детских товаров.

Вулканизация

Вулканизационная форма на заводе Firestone в 1941 году.

Вулканизации (или очистки ) представляет собой химический процесс включения вулканизующего агента ( серы , как правило) с эластомерной сырой нефтью в форму, после того, как выпечка , мостов между молекулярными цепями . Эта операция, в частности, делает материал менее пластичным, но более эластичным . Его название происходит от римского бога Вулкана .

Технический

Вулканизация — это особый случай сшивки .

После полимеризации в присутствии системы вулканизации и тепловой энергии линейные макромолекулы реактивного эластомера образуют трехмерную сетку без предпочтительного направления.

При соответствующем напряжении эта сеть деформируется. Он возвращается в исходное состояние (эластичность) при снятии напряжения благодаря наличию перемычек (образуется очень мало), которые можно сравнить с «пружинами».

Каучук сырой (сырье, термопластичные , невулканизированные) ползет с течением времени. Если мы сделаем из него шарик и поместим его на ровную поверхность, он потечет (этот опыт длится несколько часов).

Таким образом, на первый взгляд резина может показаться эластичной и, помимо ранее сформированного мяча, очень хорошо отскакивает.

Силы Ван-дер-Ваальса обеспечивают достаточное сцепление, чтобы обеспечить определенную эластичность.

Наиболее наглядным представлением, объясняющим это явление, является блюдо из спагетти . Молекулярную цепочку можно сравнить со спагетти.

Если у вас есть блюдо со спагетти, вы не можете схватить ни одного спагетти, силы Ван-дер-Ваальса (силы электростатического типа ), которые находятся внутри полимера , обеспечивают его сцепление.

Однако, если вы потратите время, чтобы осторожно потянуть спагетти, вы можете извлечь их.

Чтобы уменьшить явление ползучести, повысить когезию и механические свойства, может быть введена сера, связанная с активаторами и ускорителями. Эта система смешивается с каучуком, и отверждение обеспечивает энергию, необходимую для установления химических связей между серой и реакционными центрами молекулярных цепей.

Это обеспечивает образование перемычек и, следовательно, прочное сцепление резины. Механизм вулканизации серой сложен. Дозировка серы важна: слишком много серы, и резина больше не будет эластичной (слишком много полимерных цепей будет связано вместе, что дает предел эбонита ), недостаточно серы и когезия будет недостаточной.

Введение избытка серы в конечном итоге снижает действие сил Ван-дер-Ваальса.

Это сердце искусства и науки изготовления шин , а также изготовление большинства мундштуков для кларнетов и саксофонов огранки из эбонита.

История

Предшественники

В Мезоамерики , каучук был использован в течение около трех тысячелетий. Еще во времена цивилизации ольмеков с этим эластомером смешивали различные соки и соки вьющихся растений, в частности белую ипомею , которая содержит большое количество серы, чтобы изменить его молекулярную структуру способом, сопоставимым с вулканизацией.

Изобретение

«Аппарат для вулканизации резины сухим паром».

Определить изобретателя процесса вулканизации непросто. Американца Чарльза Гудиера обычно считают первым, кто открыл основную концепцию в 1839 году благодаря интуиции . Он рассказывает историю своего открытия в своей автобиографии Gum Elastica .

Чарльз Гудиер никогда полностью не понимал этот процесс. Через Атлантику , Томас Хэнкок , британский ученый и инженер , который черпал вдохновение из ранних образцов Чарльза компании Goodyear, понимаемый процесс лучше.

Патенты

Томас Хэнкок первым подал патент на вулканизацию резины на21 мая 1844 г.. Три недели спустя Чарльз Гудиер подает патент в США.

В 1850 году американец Хирам Хатчинсон купил у Чарльза Гудиера патент на усовершенствования, внесенные в производство сапог, туфель и туфель из латекса . Он начал производство в Шалетт-сюр-Луан . European Soft Rubber Company производит водонепроницаемую обувь и одежду в больших объемах. Бренд À l'Aigle был зарегистрирован в 1853 году.

Первым брендом, применившим эту технику в одежде, была Puma, которая с 1960 года использовала ее при разработке спортивной обуви. [исх. нужно]

Производство вулканизированной резины

Эластомер является основным компонентом смеси, которая может включать от десяти до двадцати ингредиентов (одна система вулканизации серой может включать около десяти ингредиентов). Некоторые из них необходимы для образования мостиков (сера, органический пероксид и  т. Д. ), Другие позволяют ускорить процесс (избегайте ускорителей, генерирующих нитрозамины ).

Другие защищают ( антиоксиданты , антипирены и  т. Д. ), Смягчают ( масла , жиры , жирные кислоты и  т. Д. ), Набухают, окрашивают ( оксид цинка , литопон и  т. Д. ) Или даже отдушки .

Ингредиенты смешиваются сухим способом , то есть без использования растворителя , путем механического измельчения, которое вызывает нагревание ингредиентов, способствующее адсорбции продуктов между ними.

Это нагревание губительно для смеси, так как она не должна вулканизироваться до тех пор, пока продукту не будет придана форма  ; поэтому используемые машины (внутренние миксеры типа «Бенбери» или миксеры с Z-образными лопастями) оснащены охлаждающим устройством, и контроль температуры смеси во время смешивания является важной особенностью этого процесса.

Смешивание обычно представляет собой периодический процесс (пустой смеситель; загрузка ингредиентов; смешивание; опорожнение смесителя; последующее смешивание), хотя непрерывные процессы разрабатываются с 1990-х годов, в частности, для термопластичных полимеров (вулканизуемых или нет).

Влажное смешивание (с нехлорированными растворителями) характерно для производства растворов, то есть клеев на основе каучука (например, неопренового клея ).

Такие расходы , как карбонат кальция или барит, улучшают его внешний вид. Технический углерод повышает стойкость к истиранию .

Вулканизация в соляной ванне — это обычный непрерывный процесс вулканизации. Экструдированный стержень проходит через линию высокотемпературной вулканизации с четко определенной скоростью.

Вулканизация полихлоропрена

Вулканизация неопрена (полихлоропрен, аббревиатура CR) выполняется с использованием оксидов металлов (обычно с системой на основе ZnO и MgO  ; иногда с PbO ), а не соединений серы, которые обычно используются с каучуками, натуральными и ненасыщенными синтетическими каучуками .

Кроме того, выбор ускорителя вулканизации полихлоропрена регулируется другими правилами, чем для других диеновых каучуков . Обычно выбирают этилентиомочевину  ( ETU), эффективный и проверенный ускоритель полихлоропрена, но классифицируемый как токсичный для воспроизводства.

Поэтому европейская резиновая промышленность приступила к исследовательскому проекту SafeRubber, чтобы разработать более безопасную альтернативу использованию ETU.

Примеры структуры вулканизата

• Вулканизация серой: образование сульфидных мостиков (синий цвет) между цепями ненасыщенного эластомера (черный цвет).
• Пероксидная вулканизация: образование мостиков СС между цепями эластомера.
• Вулканизация оксидами металлов: эфирные мостики, образованные между цепями галогенированного эластомера .

Переработка вулканизированной резины

Неизвестно, как утилизировать вулканизированный каучук.

Вулканизация — это почти необратимая реакция, то есть трехмерная сеть, созданная, например, серой, не может быть легко «разобрана» химическим или термическим воздействием для изменения формы резиновой детали и придания ей другой формы.

Это означает, что после вулканизации резиновое изделие либо соответствует требованиям и, следовательно, пригодно к использованию, либо не соответствует требованиям, и в этом случае изделие выбрасывается.

Фактически, можно повторно использовать материал благодаря специальной схеме компаний по переработке, в которой вулканизированные продукты подвергаются как очень агрессивной химической, так и термической обработке (при высокой температуре), во время которой трехмерная сеть демонтируется (реверсия или деполимеризация).

Полученные отходы, называемые регенерированной резиной (на английском языке  : reclaim ), имеют менее эффективные физические характеристики, чем исходный продукт, в частности, из-за прошедшей обработки; но его повторное использование с переменной скоростью (от менее 10% до более 50%) возможно для некоторых продуктов, что дает значительную экономию; но, прежде всего, позволяет «переработать» особый материал, доступный в очень больших количествах по всей планете из-за его многочисленных применений.

Химия полимеров очень разнообразна; химический состав их вулканизации также является одинаковым (например, сера, используемая для вулканизации очень многих каучуков, и технический углерод несовместимы с силиконовыми каучуками , предотвращая их вулканизацию).

Вулканизация, здоровье и окружающая среда

Процесс промышленной вулканизации может быть источником неприятного запаха, а иногда и загрязнения воздуха .

Девулканизация

Обратная процедура называется девулканизацией  ; например, можно «  девулканизировать  » синтетический каучук шин путем контролируемого окисления или с помощью микроволн при определенных условиях, или — более медленно и на поверхности — биотехнологическим методом, который использует свойства определенных бактерий ( архей ); однако эта операция может высвободить множество токсичных соединений и добавок, которые были включены в материал шины во время ее изготовления.

Примечания и ссылки

Заметки

1. ↑ Для от 70 до 80% каучуков вулканизирующим агентом является сера (касается ненасыщенных каучуков ).

   Для меньшего количества каучуков используется органический пероксид с соагентом (пероксид не входит в химический состав мостовидных протезов), оксид металла (с активатором и ускорителем) (в случае галогенированных каучуков) или формофенольные смолы. . (случай бутилкаучуков и каучуков EPDM ).

2. ↑ Эти силы играют чрезвычайно важную роль в управлении транспортным средством.
3. ↑ Хотя этот термин не является частью повседневного языка, он широко используется в профессии.
4. ↑ По этой причине система вулканизации обычно включается в конце смешивания.

5. ↑ Этот тип вулканизата имеет, в частности, хорошую термостойкость, причем энергия связей CC выше, чем энергия связей CS и SS.
6. ↑ В настоящее время археи больше не классифицируются среди бактерий, а считаются их сестринской группой.

Рекомендации

1. ↑ (а) Патрисия де ла Пенья Sobarzo, «  Detrás дель Juego де пелота  » [PDF] , в Эль — Фаро , информационном бюллетене по координации научных исследований, Ciudad Universitaria, июнь 2006 г., п о  63, стр.  11 .
2. ↑ Aigle, «  About us — History  » , Aigle (просмотрено 3 сентября 2013 г.

   )  : «  1850: США — Хирам Хатчинсон, американец, встречает Чарльза Гудиера, который только что изобрел процесс вулканизации резины. Очарованный этим новым открытием и полученным материалом, Хатчинсон покупает у Goodyear патент на производство обуви.

   и 1853: Франция — Хатчинсон основывает «A l'Aigle» во Франции («Орлу» в честь птицы, символизирующей Америку) и начинает производство резиновых сапог для сельскохозяйственных работ.  » .

3. ↑ (в) «О Saferubber» на www.perainternational.com .

4. ↑ Certin JF, Загрязнение вулканизационных газов в резиновой промышленности: обзор 14 компаний , Кайе де нот documentaires, п о  154, стр.  35-41 , 1994, аннотация .
5. ↑ Chanclou G., Разрыв полимерных цепей путем контролируемого окисления: применение к переработке эластомерных отходов , докторская диссертация, 2000, Ле-Ман.

6. ↑ Исаев А.И., Чен Дж. И Тукачинский А., Eine neue Ultraschall-Technologie für die Devulkanisation von Altgummi , Gummi, Fasern, Kunststoffe, 1995, 48 (8), 550-559.
7. ↑ Сегар С. Девулканизация резиновых гаек с помощью микроволн: влияние ионных жидкостей , докторская диссертация, Университет Мулуда Маммери, 2015.

8. ↑ Спротт Д.П., Девулканизация резиновой крошки с использованием окисляющих серу архей , Оттавский университет, Канада, 1999.
9. ↑ Гилламо Ф., Микробиологическая обработка порошка из использованных шин , Докторская диссертация, Экс-Марсель 3, 2010.

Смотрите также

Статьи по Теме

• Эластомер
• Этилен-пропиленовый
• Эбонит
• Вязкость по Муни
• Дисульфидный мостик

• Химический портал

Вулканизация каучука: процесс вулканизации серой, резина — продукт

Вулканизация, так называют один из технологических процессов, применяемых на производстве резины. Во время этого процесса сырой каучук, натурального или искусственного происхождения, становится резиной.

У каучука, прошедшего через вулканизацию, заметно улучшается прочность, химическая стойкость, эластичность, повышается устойчивость к воздействию высоких и низких температур и ряд других технических свойств.

Суть этого процесса заключается в следующем – под воздействием высокой температуре и определенного давления происходит связывание линейных макромолекул в единую целое.

Эта система носит название вулканизационной сетки.

По окончании процесса вулканизации между макромолекулами создаются поперечные связи. Их количество и структура определяется способом проведения этой операции. Во время этого процесса определенные свойства каучука изменяются не линейно, а с прохождением через определенные точки максимума и минимума. Точка, в которой проявляются оптимальные свойства резины, называется оптимумом вулканизации.

Вулканизация каучука

Для обеспечения необходимых эксплуатационных и технических свойств резины в каучук добавляют различные вещества и материалы – сажу, мел, размягчители и пр.

На практике применяют несколько методов вулканизации, но их объединяет одно – обработка сырья вулканизационной серой.

В некоторых учебниках и нормативных документах говорится о том, что в качестве вулканизирующих агентов могут быть использованы сернистые соединения, но на самом деле они могут считаться таковыми, только потому, что они содержат в себе серу.

Иначе, они могут оказывать влияние вулканизацию ровно, так же как и остальные вещества, которые не содержат соединений серы.

Некоторое время назад, проводились исследования в отношении проведения обработки каучука органическими соединениями и некоторыми веществами, например:

• фосфор;
• селен;
• тринитробензол и ряд других.

Но проведенные исследования показали, что никакого практической ценности эти вещества в части вулканизации не имеют.

Список используемой литературы

• Ю. М. Лахтин “Материаловедение”, 1990, Москва, “Машиностроение”
• Н. В. Белозеров “Технология резины”, 1979, Москва, “Химия”
• Ф. А. Гарифуллин, Ф. Ф. Ибляминов “Конструкционные резины и методы определения их механических свойств”, Казань, 2000
• Руздитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Химия-11: Органич. химия. Основы общей химии: (Обобщение и углубление знаний): Учеб. для 11 кл. сред. шк. — М.: Просвещение, 1992. — 160 с.: ил. — ISBN 5-09-004171-7.
• Глинка Н. Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. — 23-е изд., стереотипное. / Под ред. В. А. Рабиновича. — Л.: Химия, 1984. — 704 с.ил.
• Большой Энциклопедический словарь. — М.: Большая российская энциклопедия,1998.

Процесс вулканизации

Процесс вулканизации каучука можно разделить на холодный и горячий. Первый, может быть разделен на два типа. Первый подразумевает использование полухлористой серы.

Механизм вулканизации с применением этого вещества выглядит таким образом.

Заготовку, выполненную из натурального каучука, размещают в парах этого вещества (S2Cl2) или в ее растворе, выполненный на основе какого-либо растворителя. Растворитель должен отвечать двум требованиям:

1. Он не должен вступать в реакцию с полухлористой серой.
2. Он должен растворять каучук.

Как правило, в качестве растворителя можно использовать сероуглерод, бензин и ряд других. Наличие полухлористой серы в жидкости не дает каучуку растворяться. Суть этого процесса заключается в насыщении каучука этим химикатом.

Чарльз Гудьир изобрел процесс вулканизации каучука

Длительность процесса вулканизации с участием S2Cl2 в результате определяет технические характеристики готового изделия, в том числе эластичность и прочность.

Время вулканизации в 2% — м растворе может составлять несколько секунд или минут. Если процесс будет затянут по времени, то может произойти так называемая перевулканизация, то есть заготовки теряют пластичность и становятся очень хрупкими. Опыт говорит о том, что при толщине изделия порядка одного миллиметра операцию вулканизации можно проводить несколько секунд.

Эта технология вулканизации является оптимальным решением для обработки деталей с тонкой стенкой – трубки, перчатки и пр. Но, в этом случае необходимо строго соблюдать режимы обработки иначе, верхний слой деталей может быть вулканизирован больше, чем внутренние слои.

По окончании операции вулканизации, полученные детали необходимо промыть или водой, или щелочным раствором.

Существует и второй способ холодной вулканизации. Каучуковые заготовки с тонкой стенкой, помещают в атмосферу, насыщенную SO2. Через определенное время, заготовки перемещают в камеру, где закачан H2S (сероводород).

Время выдержки заготовок в таких камерах составляет 15 – 25 минут. Этого времени достаточно для завершения вулканизации. Эту технологию с успехом применяют для обработки клееных швов, что придает им высокую прочность.

Специальные каучуки обрабатывают с применением синтетических смол, вулканизация с их использованием не отличается от той, что описана выше.

Альтернативные методики

Тем не менее наука, как известно, не стоит на месте. Сегодня известны и другие вулканизирующие агенты, однако сера до сих пор остается наиболее приоритетной. Для ускорения вулканизации каучука используется 2-меркаптобензтиазол и кое-какие его производные. В качестве альтернативных методик проводят ионизирующую радиацию с применением некоторых органических пероксидов.

Обычно при любом виде вулканизации в качестве исходного сырья используют смесь каучука и различных добавок, придающих резине требуемые свойства или улучшающих ее качество. Добавление наполнителей, например, сажи и мела, способствует снижению стоимости полученного материала.

  Применение латуни л63 в разных областях

В результате технологического процесса продукт вулканизации каучука приобретает высокую прочность и хорошую эластичность. Именно поэтому в качестве сырья для изготовления резины используют различные виды натуральных и синтетических каучуков.

Горячая вулканизация

Технология такой вулканизации выглядит следующим образом. К отформованной из сырого каучука добавляют определенное количество серы и специальных добавок.

Как правило, объем серы должен лежать в диапазоне 5 – 10% конечная цифра определяется исходя из предназначения и твердости будущей детали. Кроме серы, добавляют так называемый роговой каучук (эбонит), содержащий 20 – 50% серы.

На следующем этапе происходит формование заготовок из полученного материала и их нагрев, т.е. вулканизация.

Нагрев проводят различными методами. Заготовки помещают в металлические формы или закатывают в ткань. Полученные конструкции укладывают в печь разогретую до 130 – 140 градусов Цельсия. В целях повышения эффективности вулканизации в печи может быть создано избыточное давление.

После вулканизации каучука

Сформированные заготовки могут быть уложены в автоклав, в котором находиться перегретый водяной пар. Либо их помещают в нагреваемый пресс. По сути, этот метод наиболее распространен на практике.

Свойства каучука прошедшего вулканизацию зависят от множества условий. Именно поэтому вулканизацию относят к самым сложным операциям, применяемым в производстве резины. Кроме того, немаловажную роль играет и качество сырья и метод его предварительной обработки.

Нельзя забывать и об объеме добавляемой серы, температуры, продолжительность и метод вулканизации. В конце концов, на свойства готового продукта оказывает и наличие примесей разного происхождения.

Действительно наличие многих примесей позволяет выполнить правильную вулканизацию.

В последние годы в резиновой промышленности стали использовать ускорители. Эти вещества добавленные в каучуковую смесь ускоряют протекающие процессы, снижают энергозатраты, другими словами эти добавки оптимизируют обработку заготовки.

При реализации горячей вулканизации на воздухе необходимо присутствие свинцовой окиси, кроме того может потребоваться присутствие свинцовых солей в купе с органическими кислотами или с соединениями которые содержат кислотные гидроокислы.

В качестве ускорителей применяют такие вещества как:

• тиурамидсульфид;
• ксантогенаты;
• меркаптобензотиазол.

Вулканизация, проводимая под воздействием водяного пара может существенно сократиться если использовать такие химические вещества, как щелочи: Са(ОН)2, MgO, NaOH, КОН, или соли Na2CО3, Na2CS3. Кроме того, ускорению процессов поспособствуют соли калия.

Существуют и органические ускорители, это амина, и целая группа соединений, которые не входят в какую-либо группу. Например, это производные от таких веществ как амины, аммиак и ряд других.

На производстве чаще всего применяют дифенилгуанидин, гексаметилентетрамин и многие другие. Не редки случаи, когда для усиления активности ускорителей используют окись цинка.

Кроме добавок и ускорителей не последнюю роль играет и окружающая среда. К примеру, наличие атмосферного воздуха создает неблагоприятные условия для проведения вулканизации при стандартном давлении. Кроме воздуха, отрицательное воздействие оказывают угольный ангидрид и азот. Между тем, аммиак или сероводород оказывают положительной воздействие на процесс вулканизации.

Процедура вулканизации придает каучуку новые свойства и модифицирует существующие. В частности, улучшается его эластичность и пр. контролировать процесс вулканизации можно контролировать, постоянно замеряя изменяемые свойства. Как правило, для этого используют определение усилия на разрыв и растяжение на разрыв. Но эти метод контроля не отличаются точностью и его не применяют.

Резина как продукт вулканизации каучука

Техническая резина – это композиционный материал, содержащий в своем составе до 20 компонентов, обеспечивающих различные свойства этого материала. Резину получают путем вулканизации каучука. Как отмечалось выше, в процессе вулканизации происходит образование макромолекул, обеспечивающие эксплуатационные свойства резины, так обеспечивается высокая прочность резины.

Главное отличие резины от множества других материалов тем, что она обладает способностью к эластичным деформациям, которые могут происходить при разных температурах, начиная от комнатной и заканчивая куда более низкими. Резина значительно превышает каучук по ряду характеристик, например, ее отличает эластичность и прочность, стойкость к температурным перепадам, воздействию агрессивных сред и многое другое.

Цемент для вулканизации

Цемент для вулканизации используют для операции самовулканизации, она может начинаться с 18 градусов и для горячей вулканизации до 150 градусов. Этот цемент не включает в свой состав углеводороды.

Существует также цемент типа ОТР, используемый для нанесения на шероховатые поверхности внутри шин, а также на Тип Топ RAD- и PN-пластыри серии OTR с увеличенным временем высыхания.

Применение такого цемента позволяет достичь длительных сроков эксплуатации восстановленных шин, применяемых на специальной строительной технике с большим пробегом.

Смеси, предназначенные для ремонта шин с восстановленным протектором

Смеси для восстановленных шин бывают следующих типов:

1. Невулканизированная резина – применяется при наварке шин для легковых и грузовых автомобилей в вулканизационном прессе.

2. Вулканизированная смесь – прошедшие вулканизацию готовые ленты для ремонта шин к грузовым и крупногабаритным автомобилям, имеющие достаточную твердость и устойчивость к факторам внешней среды.
3. Праймер – смесь для вулканизирования шинного каркаса и протекторных лент.

   В ее составе нет ингредиентов, имеющих устойчивость к факторам, влияющим на шину извне.

4. Боковая резина – применяемая при ремонте плечевой части шины с захватом края протектора, прошедшего вулканизацию.
5. Резина, которой заполняется воронка повреждения. Обычно имеет вид шнура, составляющего в диаметре 8 – 10 мм.

   При их обработке используется экструдер. Некоторые смеси этого вида не содержат предотвращающих старение компонентов, так как ими можно выполнять только заполнение воронки, образовавшейся под протектором при повреждении шины.

Технология горячей вулканизации шин своими руками

Для выполнения горячей вулканизации покрышки или камеры понадобится пресс. Реакция сварки каучука и детали происходит за определенный период времени. Это время зависит от размера ремонтируемого участка.

Опыт показывает, что для устранения повреждения глубиной в 1 мм, при соблюдении заданной температуры, потребуется 4 минуты. То есть для ремонта дефекта глубиной в 3 мм, придется затратить 12 минут чистого времени. Подготовительное время в расчет не принимаем.

А между тем выведение вулканизационного устройства в режим, в заисимости от модели может занять порядка 1 часа.

Температура, необходимая для проведения горячей вулканизации лежит в пределах от 140 до 150 градусов Цельсия. Для достижения такой температуры нет необходимости в использовании промышленного оборудования. Для самостоятельного ремонта шин вполне допустимо применение домашних электробытовых приборов, к примеру, утюга.

Устранение дефектов автомобильной покрышки или камеры при помощи устройства для вулканизации – это довольно трудоемкая операция. У него существует множество тонкостей и деталей, и поэтому рассмотрим основные этапы ремонта.

1. Для обеспечения доступа к месту повреждения необходимо покрышку снять с колеса.
2. Зачистить рядом с местом повреждения резину. Ее поверхность должна стать шероховатой.
3. С применением сжатого воздуха обдуть обработанное место. Корд, появившийся наружу необходимо удалить, его можно откусить кусачками. Резина должна быть обработана специальным составом для обезжиривания. Обработка должна быть проведена с двух сторон, снаружи и изнутри.
4. С внутренней стороны, на место повреждения должна быть уложена заранее подготовленная в размер заплатка. Укладку начинают со стороны борта покрышки в сторону центра.
5. С наружной стороны на место повреждения необходимо положить куски сырой резины, нарезанные на кусочки по 10 – 15 мм, предварительно их необходимо прогреть на плите.
6. Уложенный каучук надо прижать и разровнять по поверхности шины. При этом надо следить за тем, что бы слой сырой резины был выше рабочей поверхности камеры на 3 – 5 мм.
7. Через несколько минут, с использование УШМ (угловая шлифмашина), необходимо снять слой наложенной сырой резины. В том случае, если оголенная поверхность рыхлая, то есть в ней присутствует воздух, всю нанесенную резину требуется убрать и операцию нанесения каучука повторить. Если в ремонтном слое нет воздуха, то есть, поверхность ровная и не содержит пор, ремонтируемую деталь, можно отправлять под разогретый до указанной выше температуры.
8. Для точного расположения шины на прессе имеет смысл пометить центр дефектного места мелом. Для предотвращения прилипания нагретых пластин к резине, между ними надо проложить плотную бумагу.

Создание приспособления из утюга

Вулканизатор для ремонта шин своими руками можно изготовить из утюга.

Сделать это можно следующим образом:

1. Берется 2 стальные пластины толщиной 8 мм и габаритами 40×60 мм. Они будут использоваться в качестве пресса.
2. Со всех краев снимается фаска, чтобы острая кромка не порезала резину.
3. В одной пластине по углам сверлятся 4 отверстия, и нарезается резьба М12. Во второй — в этих же 4 местах, отверстия диаметром 13 мм.
4. Обе половинки стягиваются болтами.

Пользоваться станком можно в таком порядке:

Ведется обработка поврежденного места камеры. Из сырой резины вырезается заплата, смачивается в бензине и накладывается на дырку. Камера с наложенной на нее заплатой вкладывается в пресс-форму и зажимается болтами. Снизу располагается утюг, и на него устанавливается пресс-форма

Важно, чтобы в нижней части произошло их соприкосновение. Утюг разогревается в течение 10 15 минут.. При вулканизации нужно следить, чтобы резинные части не касались нагретого утюга

При вулканизации нужно следить, чтобы резинные части не касались нагретого утюга.

Вулканизатор своими руками

Любое устройство для горячей вулканизации должно содержать два компонента:

• нагревательный элемент;
• пресс.

Для самостоятельного изготовления вулканизатора могут потребоваться:

• утюг;
• электрическая плитка;
• поршень от ДВС.

Вулканизатор, который изготовлен своими руками, необходимо оснастить его регулятором, который сможет его выключить по достижении рабочей температуры (140-150 градусов Цельсия). Для эффективного прижима можно использовать обыкновенную струбцину.