Химическая формула каучука

Второй наиболее распространенный элемент в составе шины — технический углерод, или, в просторечии, сажа. На его долю приходится около 30% состава компаунда.

Каучук, свойства и характеристики, производство и использование

Каучук — это натуральный или синтетический продукт полимеризации некоторых диеновых углеводородов с сопряженными связями.

Что такое каучук?

Каучук — это природный или синтетический продукт полимеризации некоторых диеновых углеводородов с сопряженными связями. Наиболее важными физическими свойствами каучука являются эластичность (каучук может менять форму), электроизоляция, водонепроницаемость и газонепроницаемость. Каучук вулканизируют для получения резин и эбонитов.

Натуральный каучук известен с древних времен. Ученые обнаружили окаменелые останки каучуконосных растений, возраст которых насчитывает миллионы лет. Пятьсот лет назад, с открытием Америки, цивилизация познакомилась с этим материалом. В то время индейцы продавали местным жителям бутылки и резиновую обувь. Однако настоящая потребность в каучуке возникла сравнительно недавно, в 1830-х годах: в 1839 году Чарльз Гудьир изобрел процесс вулканизации и получил каучук. Он нагрел каучук серой, что только улучшило свойства материала. Таким образом, резина была изобретена, и началось ее широкое использование. К 1919 году на рынке было представлено более сорока тысяч видов резиновых изделий.

Резина является полимером изопрена и имеет следующие характеристики и свойства: плотность 910-920 кг/м3 , температура трансформации при замораживании и оттаивании или температура стеклования 70 °C (т.е. она перестает быть пластиком и приобретает некоторые свойства стекла), термостойкость до 200 °C.

Он нерастворим в большинстве жидкостей (вода, спирт, ацетон, жирные кислоты) и не набухает в них. По мере набухания он постепенно растворяется в аналогичных веществах: бензине, бензоле, эфире, толуоле и других ароматических углеводородах.

Сжатие натурального каучука сопровождается поглощением, а растяжение — выделением тепла.

При охлаждении каучук становится хрупким, а при нагревании — мягким. Каждый из этих процессов приводит к потере эластичности каучука. Взаимодействие натурального каучука с озоном, кислородом и другими окислителями приводит к хрупкости и растрескиванию. Другими словами, он становится более хрупким и ‘стареет’.

Свойства

Резина обладает свойствами, которые полезны в применении: она гибкая (упругая) и водонепроницаемая. Резина хорошо гнется, растягивается и удерживает влагу на поверхности.

Каучуки долгое время остаются в аморфном состоянии. Однако агрегатное состояние может меняться в зависимости от температуры:

• 0-10°C — хрупкий, непрозрачный;
• 20°C — мягкие, эластичные, полупрозрачные;
• 50°C — пластичный, вязкий;
• 80°C — непластичный;
• 120°C — смолистый, жидкий;
• 200-250°C — газообразный (выделяется смесь газов).

При длительном хранении на холоде материал необратимо теряет свои свойства: твердеет, становится негибким и хрупким.

Резина обладает диэлектрическими свойствами и низкой проницаемостью для воды и газов. Материал нерастворим в воде, слабых кислотах, щелочах. Он растворяется при набухании в бензине, бензоле, дисульфиде углерода и хлороформе.

Молекулы каучука имеют линейную структуру, но не вытянуты в прямую линию, а изогнуты, образуя скрученные резиновые шарики. Когда материал растягивается, молекулы выпрямляются, что объясняет эластичность резины.

Применение

Основное применение каучука — это производство резины для шин. Материал также используется для изготовления

• тепловых, электрических, акустических и гидроизоляционных материалов;
• твердого ракетного топлива;
• уплотнения;
• клеи;
• лаки;
• эластичные ленты;
• напольные покрытия;
• шланги;
• перчатки;
• обувь;
• игрушки;
• мебель;
• ластики.

Химический состав резины для автомобильных шин

Заменителем сажи является кремниевая кислота. Она используется в качестве заменителя сажи в связи с тем, что последняя становится все более дорогой. Однако среди экспертов вызывает некоторые споры тот факт, что кремниевая кислота обладает меньшей износостойкостью, но большим сцеплением с мокрым дорожным покрытием. Другими словами, она теряет износостойкость, но приобретает лучшее сцепление.

В качестве добавок к смеси используются различные масла и смолы. Они оказывают смягчающее действие, что особенно важно при производстве зимних шин.

Тот факт, что резина содержит кремниевую кислоту, кукурузный крахмал или другие заявленные добавки, ничего не значит. Самое главное — придумать хороший рецепт, а потом не нарушить этот самый рецепт, который придаст отличные свойства автомобильной шине с этими ингредиентами. А это удается далеко не всем производителям. Поэтому то, как делают шины разные производители, является тщательно охраняемым секретом.

Вкратце можно сказать, что автомобильные шины изготавливаются либо из резины, либо из других материалов, но с добавлением резины. Производители шин имеют свой оптимальный химический состав, который определяет различные свойства получаемой резины.

Один производитель делает упор на долговечность, другой — на скоростные свойства, третий — на поведение шины на мокрой дороге. Эти свойства определяют цену и качество шины. Чтобы сделать шину упругой, прочной и долговечной, в нее добавляют металлические корды, нейлоновые нити и различные крепежные элементы.

Виды синтетического каучука

Применение каучуков многопрофильно. Производители полагаются на особенности конкретных марок, созданных изобретателями. Среди основных — синтетические каучуки:

• изопрен
• бутадиеновый;
• бутадиен-метилстирольный;
• бутилкаучук;
• этилен-пропиленовый
• бутадиен-нитрил;
• хлоропрен;
• силоксан;
• фторуглероды;
• тиол.

Изопреновый каучук образуется в результате полимеризации изопрена с катализатором. Вещество вязкое и эластичное.

Продукты, содержащие гетератомы, устойчивы к растворителям, топливу, маслам. Однако они обладают пониженными механическими свойствами.

Каучуки, содержащие хлорбутадиен, более широко используются в массовом производстве. Тиоколлары используются в ограниченных масштабах.

Интересно, что автомобильная промышленность вдохновила ученых на изобретение искусственного каучука. Сока дерева гевеи было недостаточно для удовлетворения потребностей каучука. Популярность синтетического вещества сегодня вытеснена натуральным продуктом, который уступает ему по многим параметрам. В настоящее время существует около 30 видов этого материала, которые подразделяются на 220 марок.

Применение натурального каучука

Чистый натуральный каучук используется редко из-за его поведения при низких и повышенных температурах. Вулканизированный же натуральный каучук чаще всего используется в качестве сырья для производства резины и резиновых изделий всех видов. В первую очередь натуральный каучук нужен шинной промышленности. Из него производят летние и зимние шины, а также шины для велосипедов, автомобилей, тракторов и спецтехники. Следует отметить, что для производства каучука и шин необходим не только каучук, но и различные наполнители, пластификаторы, антистатики, катализаторы и другие вещества. Они используются для ускорения или упрощения производственного процесса или для придания дополнительных свойств продукции. Например, антислеживающие агенты необходимы для замедления старения каучука и, таким образом, повышения долговечности резиновых изделий, а катализаторы используются для ускорения процесса вулканизации.

Качество натурального каучука оценивается путем инспекции и сверки с контрольным образцом. Каучук также классифицируется в соответствии с техническими регламентами. Эти нормы определяют количество допустимых примесей.

Характеристики натурального каучука

Натуральный каучук обладает высокими физическими и технологическими свойствами, позволяющими перерабатывать его на оборудовании резинотехнических предприятий. Основным и необычным свойством является эластичность, то есть способность возвращаться к первоначальной форме после сопротивления силам, вызывающим деформацию.

Натуральный каучук настолько эластичен, что даже при малейшем усилии может демонстрировать изменения растяжения до 1000%, тогда как для стандартных тел это значение составляет менее 1%. Это качество сохраняется в большом диапазоне температур, что отличает данный материал от других. При повышении температуры он становится липким и мягким, при понижении — хрупким и твердым. Если каучук хранится долгое время, он становится очень твердым. Температура 80°C — это условия, при которых она теряет свою эластичность, а при 120°C она превращается в жидкое, смолистое вещество, после чего уже не возвращается к своему первоначальному виду. Этому превращению будет препятствовать процесс окисления основного вещества — углеводорода. Если температура поднимется до 250°C, каучук начнет разлагаться, выделяя множество жидких и газообразных веществ. Каучук можно охарактеризовать как отличный диэлектрик с пониженной газопроницаемостью и водопроницаемостью.

Помимо упругости, материал также обладает ярко выраженной пластичностью, что сразу видно при осмотре. Он способен сохранять свою форму, которая сформировалась под сильным воздействием внешней среды. Говоря иначе, пластичность резины — это способность к деформации, которая будет необратимым процессом. Она является характерной чертой данного материала и проявляется при сильном нагревании и механической обработке. Поскольку резина обладает вышеперечисленными свойствами, ее называют пластоэластичным материалом и широко используют в современной промышленности.

Когда она растягивается или охлаждается, в ней происходит необычный процесс, связанный с переходом из аморфного состояния в кристаллическое. Этот процесс, известный как кристаллизация, занимает впечатляюще долгое время. Однако в процессе растяжения каучук может нагреваться за счет тепла, выделяемого при кристаллизации.