Наполнитель в производстве резины

Салициловая кислота. Белая кристаллическая масса, образующая бесцветные кристаллы. Она прекрасно растворима в этаноле, диэтиловом эфире и других полярных органических растворителях, но плохо растворима в воде. Это еще одна добавка, которая в некоторых случаях может быть использована в резиновой промышленности.

Техническая информация

Силиконовые резины, твердые или жидкие, состоят из трех компонентов: каучуков, наполнителей и добавок.

Каучуки

Линейные или разветвленные каучуки состоят из цепочки непрерывно повторяющихся мелких компонентов с буквой X на конце:

Например, в полиэтилене X — это метильная группа (CH3):

Силиконы состоят из полимерных цепей, силоксанов, в которых Si и O попеременно связаны друг с другом. Так называемый полисилоксановый скелет представляет собой цепь из кремния и кислорода:

— Si — O — Si — O — Si — O — Si — O -. — В отличие от углеродной основы полиэтилена — Z — Z — Z — Z — Z — Z — Z — Z — Z Стекло или песок также имеют скелет, состоящий из Si и O. Это делает силиконы похожими на неорганические вещества, но в силиконах рядом с кремнием находятся органические группы, что приближает силиконы к органическим соединениям:

SiR₂ — O — SiR₂ — O — SiR₂ — R = Me, фенил, винил

Органические остатки могут быть метильными (Me), виниловыми или фенильными группами. В этом случае они называются полидиорганосилоксанами.

Органические группы определяют тип каучука.

Q

Название ‘каучук’ происходит от органических групп, присоединенных к кремнию. Последние всегда имеют четыре варианта связи, поэтому силиконы часто обозначают символом Q (quarta) четырехчленная группа. Различная длина цепи, с разветвлением или без него, различное содержание винила: каучуковый материал силиконового каучука может иметь очень разную структуру и, как следствие, по-разному влиять на свойства резины.

MQ

Эти полидиметилсилоксаны содержат метильные группы в качестве органических остатков. Они слабо реакционноспособны и почти не реагируют на присутствие сшивающих агентов (пероксидов). Иногда они используются в качестве добавок, например, пластификаторов.

MVQ

Это соединение представляет собой полидиметилсилоксан, в котором некоторые метильные группы заменены винильными группами, что приводит к образованию в полимере активных групп с двойной связью, необходимых для реакции сшивания.

PVMQ

Если небольшой процент метильных групп в MVQ заменен фенильными группами, то в результате получается цепь, которая при низких температурах не так плотно прилегает к соседним цепям, как это происходит в каучуках MQ и MVQ. В случае с каучуками MQ и MVQ такая близость приводит к кристаллизации, в то время как фенилметилсиликоновые каучуки остаются гибкими при температурах до -80°C благодаря своей химической структуре.

Состав каучука

Каучук представляет собой сложную смесь различных компонентов, каждый из которых играет определенную роль в формировании его свойств (рис. 6). В основе резины лежат каучук. Основным вулканизирующим агентом является сера.

Рис. 6 Составные части каучука

Вулканизующие агенты (сера, оксиды цинка или магния) непосредственно участвуют в образовании сшивок между макромолекулами. (оксиды серы, цинка или магния) принимают непосредственное участие в образовании поперечных связей между макромолекулами. Каучук может содержать от 7 до 30 %.

Наполнители В зависимости от их воздействия на десны, они делятся на активныерезинообразующие, которые увеличивают твердость и прочность резины и тем самым повышают ее износостойкость, и инертныекоторые добавляются в состав резины для удешевления ее стоимости.

Пластификаторы входящие в состав каучуков (8 — 30%), облегчают их переработку, повышают эластичность и морозостойкость.

Антиоксиданты замедляют процесс старения резин, препятствуя адгезии кислорода. Кислород способствует разрушению макромолекул резины, что приводит к потере эластичности, хрупкости и появлению сети трещин на поверхности.

Красители выполняют не только декоративную функцию, но и замедляют световое старение, поглощая коротковолновую часть света. Наиболее распространенные сорта натурального каучука — янтарного и светлого цвета.

Обычная классификация и номенклатура синтетических каучуков по. мономераммономерам, используемым при их производстве (изопрен, бутадиен, бутадиен-стирол и др.), или по характерной группировке (атомов) в основной цепи или боковых группах (например, полисульфид, уретан, силиконорги), фторкаучуки.

Приготовление и применение каучуков

Синтетические каучуки более широко используются в производстве резины и отличаются разнообразием своих свойств. Синтетические каучукиКаучуки перерабатываются из спирта, сырой нефти, попутных газов нефтяной промышленности, природного газа и др. (рис. 7).

Рис. 7 Схема производства синтетических каучуков

СКБ — Бутадиеновый каучук, чаще используется в производстве специальных каучуков (см. рис. 8).

Рис. 8 Прокладки — гибкие уплотнения трубчатого или другого сечения

SKS — Стирол-бутадиеновый каучук. Резина СКС-30стирол-бутадиеновый каучук является наиболее универсальным и распространенным, используется в производстве автомобильных шин, резиновых шлангов и других резинотехнических изделий (рис. 9). Каучук СКС характеризуется высокой морозостойкостью (до -77°C).

SKI — изопреновый каучук. В промышленном масштабе производятся следующие каучуки СКИ-3 для производства шин и амортизаторов; СКИ-3Д — для производства электроизоляционных резин; СКИ-3В — для вакуумной технологии (рис. 10).

Рис. 10. Вакуумный выключатель (а), электрозащитные перчатки (б)

SKH — Нитрил-бутадиеновый каучук. В зависимости от содержания нитрила акриловой кислоты нитрил-бутадиеновые каучуки можно дополнительно разделить на следующие марки СКН-18, СКН-26, СКН-40. Они устойчивы к воздействию бензина и нефтяных масел. На основе SKN Они устойчивы к бензину и нефтяным маслам, а резины на основе СКН производятся для топливных и масляных шлангов, прокладок и мягких уплотнений топливного бака (рис. 11).

Каучук и химические добавки

Ключевым этапом в производстве резины является вулканизация. Для этого используются специальные синтетические ингредиенты, называемые активаторами вулканизации. Сама резина без активаторов непригодна для использования. В дополнение к активаторам вулканизации необходимо добавлять вулканизующие агенты. И только после этого следует добавить активаторы вулканизации. Дело в том, что без агентов невозможно начать вулканизацию. После агентов необходимо добавить активаторы. Только после этого можно начинать процесс вулканизации. Вторым по важности ингредиентом является регенерат, который представляет собой синтетический продукт, позволяющий повторить процедуру вулканизации.

Мягчители резины (разумеется, синтетического происхождения) включают в себя антислеживающие агенты, наполнители и пластификаторы, которые заменяют естественную пластичность резины, которой в ней не хватает. Этот ингредиент придает резине пластические свойства, позволяя ей как сжиматься, так и растягиваться без образования трещин. В резину также добавляют различные модификаторы, ароматизированные синтетические смолы и порообразователи. Функция последних заключается в создании в резине маленьких воздушных пузырьков, невидимых глазу. Они действуют как своего рода воздушная подушка, снижающая давление на шину при движении автомобиля. Не всегда возможно производить синтетический каучук и использовать его постоянно. Иногда, однако, приходится использовать полностью натуральный каучук.

Технологический процесс создания резины

Первым и самым важным этапом в создании резины является вулканизация. По своей природе молекулы каучука очень эластичны, то есть они не подходят для жестких условий эксплуатации (например, вождения автомобиля), поэтому необходимо сформировать новую сетку (кристаллическую решетку). Вулканизация делает резину твердой, т.е. превращает ее в материал с другими физическими свойствами — каучук. Сама вулканизация включает в себя несколько этапов:

Технология производства резины подразумевает полное изменение свойств каучука. Прочность каучука, будь то натуральный или синтетический, значительно ниже, чем у готовой вулканизированной резины. Гибкость также является одним из важнейших показателей эффективности. Чем менее эластична резина, тем больше она трескается. И это даже не вопрос использования. Если неэластичная резина просто лежит, она тоже потрескается, но просто от разницы температур между днем и ночью.

Гибкая резина будет сжиматься и растягиваться до тех пределов, для которых она была разработана — чем больше пластификаторов вводится в резину во время вулканизации, тем более гибкой будет готовая резина. Современная технология производства резины больше не включает натуральный каучук в процедуру вулканизации; все процессы и принципы химического взаимодействия основаны на взаимодействии синтетических каучуков с химическими реагентами. Однако добавки и компоненты не всегда являются чисто синтетическими.

В зависимости от конечного использования каучука, в процессе вулканизации могут добавляться добавки:

Вспомогательные ингредиенты в резиновой промышленности.

Сера. Это вещество сегодня доступно в различных коммерческих формах: кусковая, жидкая, формованная, гранулированная, молотая, в том числе коллоидная. Можно также приобрести серу высокой чистоты. Ее роль в качестве вулканизирующего ингредиента была описана выше.

Оксид цинка (цинковые белила). Белый кристаллический порошок, который желтеет при нагревании. В резиновой промышленности он может использоваться как для активации вулканизации, так и в качестве наполнителя, а также как пигмент, придающий резине белый цвет.

Оксид свинца (III) (свинцовый клей). Технический оксид свинца в виде порошка коричневого, красного или различных оттенков желтого цвета. Часто используется в качестве неорганического наполнителя при производстве резиновых изделий.

Оксид магния (жженая магнезия). Порошкообразная сыпучая масса белого цвета, образованная бесцветными кристаллами, сильно гигроскопична, нерастворима в воде и спирте. При вулканизации он действует как активатор, не только ускоряя процесс, но и улучшая некоторые свойства резины.

Оксид кадмия. В зависимости от формы может представлять собой бесцветный порошок или массу красновато-коричневых кристаллов. Он плохо растворяется в воде, но хорошо — в разбавленных кислотах. Вместе с другими оксидами металлов он действует как активатор при серной полимеризации.

Стеарат цинка. Поверхностно-активное вещество в виде белого мелкого мягкого порошка с аморфными свойствами, широко используемое в производстве резиновых изделий. Используется в качестве активатора вулканизации и пластификатора для резины и резиновых смесей в количестве 2-5% от общего веса. Особо следует отметить его вклад в образование прозрачных каучуков. Его можно использовать в качестве порошкообразного агента для предотвращения слипания резиновых смесей и готовых изделий. В производстве каучуков он выступает в качестве антиблокирующей смазки.

Виды каучука

В настоящее время производятся различные виды каучуков. Все синтетические каучуки в целом делятся на:

• Каучуки общего назначения. Используются в массовом производстве таких изделий, как шины, конвейерные ленты, резиновые сапоги и т.д., где реализуется эластичное свойство резины:

1. Бутадиен (SKD; SKB)
2. Изопрен (SKI)
3. Хлоропрен (Наирит)
4. Стирол-бутадиен (CKC, CKMC)
5. Этилен-пропилен (SKEP, SKEPPT)
6. Бутилкаучук (BC) и другие

• Специальные каучуки.Они используются для производства изделий, обладающих не только эластичностью, но и стойкостью к различным агрессивным средам, тепло- и морозостойкостью и другими уникальными свойствами. Синтетические:

1. Нитрил бутадиен (NBR)
2. Полисульфид (Тикол)
3. Органический кремний (CKT)
4. Уретан (SKU)
5. Фторированные (SCF)
6. Винилпиридин, метилвинилпиридин (MBP) и т.д.

Сравнительные характеристики и области применения каучуков приведены в таблице ниже. Некоторые из каучуков описаны в главе ‘Свойства и синтез алкадиена’:

Вулканизация каучука

Большое практическое значение имеет вулканизированный продукт — каучук. каучук. Вулканизированная резина — это специально обработанная под воздействием температуры смесь каучука и серы. Линейные молекулы каучука сшиваются атомами серы по двойным связям, образуя дисульфидные мостики. Такой продукт имеет трехмерную структуру и обладает повышенной прочностью, гибкостью, стойкостью к истиранию и другими полезными свойствами. При массовой доле серы 1-5% продукт получается гибким, мягким; 30% — твердым, жестким (эбонит).

Состав каучука

• Натуральный или синтетический каучук
• Вулканизующий агент — сера, тирам, селен, перекиси, ионизирующее излучение.
• Ускорители вулканизации — полисульфиды, свинец, оксиды магния.
• Антиоксиданты (вещества, замедляющие скорость старения резины — альдол, неозон D, парафин, воск)
• Пластификаторы (вещества, улучшающие эластичность резины) включают парафин, вазелин, стеариновую кислоту, битум, дибутилфталат и растительные масла. Их массовая доля составляет 8-30% от массы резины.
• Наполнители бывают активные и неактивные. Активные наполнители — кремнезем, оксид цинка; неактивные — мел, тальк, барит.
• Регенерат (продукт переработки старых резиновых изделий и отходов резинового производства).
• Красители — минеральные или органические.

Назначение будущего изделия, условия его эксплуатации, технические требования и т.д. определяют выбор состава резины и резиновой смеси.

Производство резиновых изделий включает этапы смешивания каучука с ингредиентами в смесителе, изготовления и резки полуфабрикатов, сборки пластин на сборочном оборудовании и вулканизации изделия в прессах, котлах, автоклавах и т.д.