Состав каучука

Вот откуда вы наверняка знаете, что основным ингредиентом каучука является резина, которая представляет собой очень натуральный материал, добываемый из каучуковых деревьев. Эти деревья существуют на юге Африки очень давно, их возраст трудно подсчитать. Однако европейцы познакомились с ними в 16 веке, когда Христофор Колумб вернулся на свою родину.

Синтетический каучук

Прошло много лет, прежде чем путешественники привезли с острова Эспаньола мяч. Предмет подпрыгивал при броске, удивляя новоприбывших. Индейцы назвали материал, из которого был сделан упругий мяч, ‘резиной’, отсюда и название каучук — эластомеры, натуральные и синтетические продукты. Ученые в течение 100 лет работали над созданием синтетического сырья. Синтетический каучук был создан по разработкам и методам русского химика С. Лебедева в 1927 году, а первые партии резиновых изделий были произведены в 1932 году. Сегодня трудно представить себе промышленность и повседневную жизнь без продуктов, получаемых в результате вулканизации компонентов.

Формула синтетического каучука

Изделия из синтетического каучука превосходят натуральный каучук по многим параметрам. Например, изделия плавают и не растворяются в воде благодаря меньшей плотности, чем у H₂О.

Ученые постоянно совершенствуют синтез искусственных полимеров, чтобы добиться качеств, превосходящих природные элементы. Таким примером являются сополимерные вещества:

Лебедев использовал эту схему для получения синтетического каучука.

Во время полимеризации бутадиен заменяет в цепи другой мономер, чтобы повысить его свойства. Российские химики создают классические синтетические материалы со свойствами, сравнимыми с природными веществами. Резина создается путем вулканизации каучука и его наполнителя — сажи. Это вид технологического процесса, который позволяет основному мономеру взаимодействовать с реагентом, образуя равномерную пространственную решетку под воздействием молекулярного соединения.

После вулканизации резина становится продуктом высокого класса:

Технология производства превращает хрупкое и ломкое вещество в резину, устойчивую к воздействию внешних факторов, или эбонит с повышенной твердостью.

Каучук является важным сырьем для производства всего — от автомобильных шин до хирургических перчаток. Однако для успешного производства необходимо выбрать правильный тип каучука, соответствующий условиям эксплуатации изделий и среде, в которой они используются.

Основой всех резиновых изделий является каучук — эластичное вещество, получаемое из выделений некоторых тропических растений (натуральный каучук) или из нефти и природного газа (синтетический каучук). Основными химическими компонентами резины являются эластичные полимеры — большие цепочечные молекулы, которые могут растягиваться на большую длину, не изменяя своей первоначальной формы. Первым широко используемым эластомером был полиизопрен, из которого изготавливают натуральный каучук. Он состоит из твердых частиц, взвешенных в молочной жидкости, называемой латексом, которая циркулирует во внутренних частях коры многих тропических и субтропических деревьев и кустарников. Натуральный каучук по-прежнему занимает важное место на рынке; его устойчивость к нагреванию делает его ценным материалом для шин, используемых в гоночных автомобилях, грузовиках, автобусах и самолетах. Тем не менее, на него приходится менее половины каучука, производимого в промышленных масштабах. Остальная часть — это каучук, полученный синтетическим путем с помощью химических процессов.

Резиновые материалы, независимо от их происхождения, могут быть усилены путем вулканизации, а также улучшены и модифицированы для специальных целей путем усиления другими материалами.

Виды резиновых материалов

натуральный каучук;
хлоропрен;;
полисилоксан;
нитрил-бутадиеновый каучук;
каучук из этилен-пропилен-диенового мономера;
стирол-бутадиеновый каучук;
изобутилен-изопреновый каучук;
фторсиликоновый каучук.

Каждый из упомянутых типов каучука имеет обоснованное применение. Натуральный каучук, характеризующийся высокой прочностью на разрыв и растяжение, эластичностью и устойчивостью к истиранию, перепадам температур и набуханию в воде, используется для производства клея, напольных покрытий, кровельных материалов, перчаток и изоляционных материалов.

Хлоропрен обладает исключительно низкой восприимчивостью к горению, коррозии и разрушению и поэтому используется для прокладок высокого давления, ремней, оконных и дверных уплотнителей.

Полисилоксан известен своей пластичностью, биосовместимостью и устойчивостью к экстремальным температурам, огню, озону и ультрафиолетовому излучению.

Нитрильный каучук характеризуется высокой устойчивостью к постоянной деформации при сжатии и стойкостью к высоким температурам.

Отличительной особенностью каучука, содержащего этилен-пропилен-диеновый мономер, является его биосовместимость. Благодаря отсутствию аллергенных белков он используется в хирургических перчатках.

Стирол-бутадиеновый каучук обладает превосходной твердостью и прочностью. Он обладает высокой стойкостью к истиранию, спиртам, имеет низкую остаточную деформацию при сжатии и не набухает в воде.

Изобутилен-изопрен обеспечивает один из самых высоких уровней газонепроницаемости. Эта характеристика в сочетании с отличной гибкостью материала делает его пригодным для производства герметичных компонентов, таких как камеры, спортивные мячи и герметики. В жидком виде он используется в присадках к дизельному топливу.

Химический состав резины для автомобильных шин

Заменителем сажи является кремниевая кислота. Она используется в качестве заменителя сажи, поскольку последняя постоянно дорожает. Однако среди экспертов возникли споры о том, что кремниевая кислота обладает меньшей прочностью, но большим сцеплением с мокрой поверхностью. Другими словами, она теряет износостойкость, но приобретает лучшее сцепление.

В качестве добавок к смеси используются различные масла и смолы. Они выполняют смягчающую функцию, что особенно важно при производстве зимних шин.

Тот факт, что на резине рекламируется кремниевая кислота, кукурузный крахмал или другие добавки, ничего не значит. Самое главное — придумать хорошую рецептуру, а затем не нарушить эту рецептуру, которая, используя эти ингредиенты, придала бы автомобильной шине отличные свойства. А это удается далеко не всем производителям. Поэтому то, как разные производители делают шины, является их тайной за семью замками.

В общем, шины делают 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. Затем в резину добавляют металлизированные корды, капроновую нить и различные крепежные элементы, чтобы сделать шину упругой, прочной и долговечной.

Сегодняшняя резина для шин шины

В современном мире колесные шины в основном изготавливаются из резины. Но она может быть не только натуральной, но и синтетической. Да, в настоящее время научились производить синтетические каучуки. Наибольшую долю в составе составляет резина, обычно 40-50% от общего веса.

Затем в резину добавляют технический углерод (или сажу). В массовой доле колес он составляет около 25-30% от общего веса. Его добавляют для повышения структурной прочности, а также термостойкости. Сажа связывает частицы резины друг с другом, делая их намного прочнее, поэтому они легко выдерживают трение и температуру при экстренном торможении. Без этого углерода (сажи) шины были бы в 10-15 раз менее прочными.

Еще одна добавка — кремниевая кислота. Некоторые производители заменяют ею углерод, поскольку она дешевле и обладает высокими свойствами сцепления частиц. Другие, однако, полностью отказываются от него, утверждая, что он дает недостаточную износостойкость! Однако, если проанализировать состав многих ведущих компаний, то он присутствует в рецептуре, улучшая сцепление на мокрой дороге. Информация о его количестве разнится, но если сделать вывод, то в среднем он составляет около 10%.

Еще одна добавка — смолы или масла. Их больше в зимних шинах и меньше в летних; они придают резине ‘смягчающий эффект’, делая ее менее ‘дубовой’. Это особенно важно для зимних шин. Добавляют около 10-15%.

Последними, и очень важными, являются специальные секретные составы производителя, также около 10%, но они могут существенно повлиять на характеристики готовой шины. Разумеется, они держатся в строжайшем секрете.

Технология производства автомобильных шин

Хорошо известно, что летние и зимние шины различаются по жесткости. Для того чтобы сделать автомобильные шины более жесткими и износостойкими, в них используется синтетический каучук. Зимние шины, напротив, изготавливаются из натурального каучука, который не позволяет шинам ‘пузыриться’ при низких температурах. Конечно, можно использовать специальные смолы и добавки для достижения эффекта, схожего с искусственным натуральным материалом, но их эксплуатационные характеристики никогда не сравнятся с натуральным продуктом. Кроме того, такие шины будут быстрее изнашиваться.

Сам процесс изготовления резиновых шин довольно длительный и трудоемкий. Сначала собранный сок каучукового дерева помещают в большие кислотные ванны на несколько часов, чтобы он затвердел. Полученный материал называется латексом. Из него удаляют излишки воды и пропускают через вальцы, чтобы получить широкую плоскую ленту, которую затем измельчают, чтобы получить легкую, воздушную массу, которая после обжига превращается в блоки.

Затем блоки помещаются в специальный котел, куда добавляются различные дополнительные ингредиенты. Именно эти добавки придают автомобильной резине различные свойства. Пропорции и количество добавок разрабатываются компаниями, и в этом заключается вся разница в разнообразии шин. По сути, шина изготавливается из одного исходного материала, так же как пирог — из муки. Однако многочисленные разработки, испытания и классифицированные компоненты позволяют при равной стоимости превзойти конкурентов по потребительским характеристикам.

Смесь резиновых блоков и добавок перемешивается и нагревается, превращаясь в настоящую резину. Ее снова прокатывают в полосы и дают остыть.

Производство шин

Основной материал, используемый в производстве шин, — это не просто резина. Внутри нее находится проволочный каркас, состоящий из множества нитей. Это может быть текстиль, металл или полимерный материал. Корд ткут как ткань, а затем прорезинивают с помощью экструдера. Затем нить основы сворачивается в полосы различной ширины с помощью специальных машин для получения необходимого рисунка протектора. Необходимый рисунок протектора также формируется путем экструзии (выдавливания).

Боковины будущей шины изготавливаются аналогичным образом: формируется каркас, наносятся слои резины, затем лишняя проволока отрезается и формируется кольцеобразная заготовка различных размеров (в зависимости от диаметра колеса), к которой затем крепятся кольца жесткости (выступы по краям боковин, удерживающие шину на ободе).

Затем готовые боковины собираются вместе с протекторной лентой на специальном станке. Машина соединяет все части шины вместе и накачивает ее изнутри, чтобы придать ей форму. Полученные куски вулканизируются в единое целое, а затем обрабатываются горячим паром под давлением. Последним этапом является нанесение на боковины шины декалей и штампов с помощью специального пресса. После этого готовая шина проверяется на соответствие необходимым условиям и требованиям.

Таким образом, производство шин состоит из нескольких достаточно сложных этапов, требующих значительного технологического оснащения. Понятно, почему каждый этап требует качественных технологических процедур, ведь конечный продукт зависит от свойств сырья, доли добавленных веществ и ингредиентов. Производители шин постоянно разрабатывают новые модели, поэтому при покупке новой шины стоит внимательно ознакомиться с техническими характеристиками и проверить, соответствуют ли они действительности.