Вулканизированная резина

Вулканизация — это химический процесс, в ходе которого сырая резина, улучшая свойства материала с точки зрения прочности и эластичности, превращается в каучук. По сути, резина может использоваться в качестве специального клея для заделки прокола во внутренней трубе или шине. Для вулканизации каучука используются следующие процессы:

Разница между натуральным и вулканизированным каучуком.

Натуральный каучук — это резиновый материал на основе латекса, добываемый из каучуковых деревьев. Необработанный латекс не так полезен, поскольку не обладает нужными свойствами. Чтобы улучшить его свойства, каучук вулканизируют с помощью серы или другого подходящего метода. После вулканизации этот каучук называется ‘резиной’.

Натуральный каучук — это латекс, получаемый из каучуковых деревьев и состоящий из смеси полимеров. Сырой латекс вязкий и представляет собой молочный сок из коллоидных частиц каучука, который образуется в надрезах на коре каучуковых деревьев (бразильская гевея).

В состав латекса натурального каучука входит полимер цис-1,4-полиизопрен. Молекулярная масса этого полимера составляет от 100 000 до 100 000 000 дальтонов. Обычно 5% от сухого веса каучукового латекса составляют другие органические и неорганические материалы, эти органические материалы могут включать белки, жирные кислоты, смолы и тому подобное, а неорганические материалы включают соли. Однако некоторые другие источники натурального каучука включают транс-1,4-полиизопрен, который является структурным изомером цис-1,4-полиизопрена.

По своим свойствам натуральный каучук является эластомерным и термопластичным материалом. Кроме того, этот каучук обладает уникальными химическими и физическими свойствами. Некоторые из этих свойств приведены ниже:

Свойства каучука.

• Гиперпластический характер
• Кристаллизация при деформации
• Подвергается вулканизации
• Озоновое растрескивание
• Растворим в скипидаре и бензине
• Аммиак может предотвратить коагуляцию резины
• Плавится при 180 °C

Кроме того, невулканизированная резина используется для изготовления цемента, изоляции, фрикционных лент и т.д. Поскольку натуральный каучук не обладает многими необходимыми свойствами, он имеет меньше применений, чем вулканизированный каучук.

Электрическая вулканизация резины

В целом, вулканизация может быть холодной и горячей. Процесс электрической вулканизации относится к горячему методу. В домашних условиях можно использовать электрическую плиту с керамическим нагревателем, строительный фен или простой утюг. Оптимальная температура для этого метода — 145°C o . Для определения температуры можно использовать и подручные средства, например, если лист бумаги начинает обугливаться, значит, температура достигла необходимых значений. Существуют также специальные зажимы с нагревательным элементом. Такие устройства могут питаться от домашней сети 220 В, от автомобильного аккумулятора, через гнездо прикуривателя и от собственного аккумулятора. Все зависит от конструкции каждого устройства. Такие зажимы просты в использовании, нужно наложить резиновый пластырь на прибор, зажать его и включить в розетку.

Он работает за счет химической реакции, при которой в резину добавляются атомы серы. При добавлении к 5% образуется сырье для производства внутренних труб и шин. Когда они соединяются, сера помогает связать молекулы каучука вместе, образуя так называемый мостик. Эта процедура является частью метода горячей вулканизации, но вряд ли она будет проводиться в походе или туристической поездке.

Горячая вулканизация

Как сырьевой материал, резина имеет тенденцию сплавляться при температуре 150°C. В результате этого процесса резина становится каучуком и не может вернуться в исходное положение. Благодаря своим свойствам резина способна устранить любые проколы и порезы на внутренней трубе или шине. Резину следует вулканизировать только горячим способом с помощью пресса. Глубина и площадь пореза подскажут вам, как долго нужно сваривать. Как правило, порез в 1 мм можно заварить в течение 4 минут. Соответственно, если порез составляет 4 мм, то для его заварки потребуется 16 минут. В этом случае аппарат должен быть предварительно нагрет и отрегулирован.

Вулканизация при температуре выше 150°C разрушает резину и делает ее бесполезной, так как материал разрушается и теряет свои свойства. Используя зажимы или пресс, можно правильно устранить повреждения. По окончании работы убедитесь, что в шве нет пустот и воздушных пузырей. Если пузырьки воздуха есть, очистите место прокола свежей резиной и повторите весь процесс. Чтобы загерметизировать камеру в домашних условиях, необходимо сделать следующее. Из сырой резины нужно вырезать кусок размером чуть меньше самой заплаты. На каморе или шине в месте повреждения делают шероховатость чуть большей ширины, а затем обезжиривают бензином. При подготовке заплаты срезают фаску под углом 45°, шлифуют и также обезжиривают. Затем накройте поврежденное место заплатой, закрепите ее в тисках и нагрейте до нужной температуры. Если растворить сырую резину в бензине, то получится специальный резиновый клей, который улучшает качество шва. Особое внимание следует уделить контролю температуры. Вулканизируйте при температуре 140 — 150 °C, если появился запах жженой резины, то заплатка была перегрета, а если не расплавился весь продукт, то, возможно, не была достигнута нужная температура. Чтобы резина не прилипала к металлу, проложите между ними бумагу.

Процесс вулканизации

Процесс вулканизации резины можно разделить на холодный и горячий. Первый можно разделить на два типа. В первом случае используется полухлорид серы. Механизм вулканизации с использованием этого вещества следующий. Резиновая подушка из натурального каучука помещается в пар этого вещества (S2Cl2) или в раствор растворителя. Растворитель должен отвечать двум требованиям:

В качестве растворителя обычно можно использовать дисульфид углерода, бензин и ряд других. Присутствие в жидкости полухлорида серы препятствует растворению каучука. Суть процесса заключается в насыщении резины этим химическим соединением. Продолжительность процесса вулканизации с S2Cl2 определяет технические свойства готового продукта, включая эластичность и прочность. Время вулканизации в 2%-ном растворе может составлять несколько секунд или минут. Если процесс затягивается, может произойти так называемая перевулканизация, т.е. изделия теряют пластичность и становятся очень хрупкими. Опыт показывает, что вулканизация может быть проведена в течение нескольких секунд при толщине до одного миллиметра. Этот метод вулканизации является наилучшим решением для тонкостенных деталей, например, труб, перчаток. Однако в этом случае необходимо строго соблюдать условия обработки, иначе верхний слой изделия может быть вулканизирован сильнее, чем внутренние слои. После операции вулканизации полученные детали необходимо промыть водой или щелочным раствором. Существует также второй метод холодной вулканизации. Тонкостенные резиновые детали помещают в атмосферу, насыщенную SO2. Через определенное время заготовки переносят в камеру, в которую подается H2S (сероводород). Время выдержки заготовок в этих камерах составляет от 15 до 25 минут. Этого времени достаточно для завершения вулканизации. Этот метод был успешно применен для обработки клееных соединений, придавая им высокую прочность. Специальные резины обрабатываются с использованием синтетических смол, и вулканизация с использованием синтетических смол не отличается от процесса вулканизации, описанного выше.

Горячая вулканизация

Процедура горячей вулканизации выглядит следующим образом В сырую резину добавляется определенное количество серы и специальных добавок. Как правило, количество серы должно быть в пределах 5 — 10%, при этом окончательное количество определяется назначением и твердостью будущей детали. В дополнение к сере добавляется так называемая роговая резина (эбонит), содержащая 20 — 50% серы. Следующим этапом является формирование форм из материала и их нагрев, т.е. вулканизация. Нагрев осуществляется различными методами. Заготовки помещают в металлические формы или закатывают в ткань. Полученные структуры помещаются в печь, нагретую до 130 — 140 градусов Цельсия. Для повышения эффективности отверждения в печи может быть создано избыточное давление. Отформованные детали могут быть помещены в автоклав с перегретым паром. Или же их помещают в пресс с подогревом. Фактически, этот метод является наиболее распространенным на практике. Свойства вулканизированной резины зависят от многих условий. Поэтому вулканизация считается одной из самых сложных операций, используемых в производстве резины. Кроме того, важную роль играет качество сырья и метод предварительной обработки. Нельзя упускать из виду количество добавленной серы, температуру, продолжительность и метод вулканизации. Наконец, на свойства готового продукта также влияет наличие примесей различного происхождения. Действительно, наличие многих примесей позволяет правильно провести вулканизацию. В последние годы в резиновой промышленности стали использоваться ускорители. Эти вещества, добавляемые в резиновую смесь, ускоряют процессы, снижают энергопотребление, другими словами, эти добавки оптимизируют обработку заготовки. В случае горячей вулканизации в воздухе должен присутствовать оксид свинца, также могут потребоваться соли свинца в сочетании с органическими кислотами или соединениями, содержащими кислотные гидроксиды. В качестве ускорителей используются такие вещества, как:

Что такое вулканизация резины и что она включает в себя?

Процесс вулканизации включает в себя смешивание каучука, серы и других веществ в необходимых пропорциях. Затем они подвергаются термической обработке. Когда каучук нагревается с сернистым веществом, молекулы каучука соединяются серными связями. Некоторые из их групп образуют равномерную трехмерную пространственную сеть.

Каучук содержит большое количество углеводорода полиизопрена (C5H8)n, белки, аминокислоты, жирные кислоты, соли некоторых металлов и другие примеси.

Молекула натурального каучука может содержать до 40 000 элементарных единиц; он нерастворим в воде, но прекрасно растворяется в органических растворителях. Однако если каучук может почти полностью раствориться в бензине, то резина в нем только набухает.

Вулканизация этого материала способствует снижению пластических свойств резины и оптимизирует степень ее набухания и растворимости при непосредственном контакте с органическими растворителями.

Процесс вулканизации резины придает полученному материалу более прочные свойства. Резина, полученная в результате этого процесса, способна сохранять свою эластичность в широком диапазоне температур. В то же время нарушения в процессе, например, повышенное содержание добавок серы, приводят к затвердеванию материала и потере эластичности. В результате получается совершенно другое вещество, называемое эбонитом. До появления современных пластиков эбонит считался одним из лучших изоляционных материалов.

Альтернативные методы

Однако наука, как известно, не стоит на месте. Сегодня известны другие вулканизирующие агенты, но сера по-прежнему остается на первом месте. 2-Меркаптобензотиазол и некоторые его производные используются для ускорения вулканизации резины. В качестве альтернативного метода используется ионизирующее излучение с использованием некоторых органических пероксидов.

В целом, при каждой форме вулканизации в качестве сырья используется смесь каучука с различными добавками для придания резине желаемых свойств или улучшения ее качества. Добавление наполнителей, таких как сажа и мел, помогает снизить стоимость получаемого материала.

В результате технологического процесса продукт вулканизации резины приобретает высокую прочность и хорошую эластичность. Поэтому в качестве сырья для производства резины используются различные натуральные и синтетические каучуки.

Что такое невулканизированная резина

Резина, которая не была вулканизирована, называется невулканизированной резиной. Невулканизированная резина не является прочной и легко деформируется при высоких механических нагрузках. Невулканизированные каучуки обычно вязкие.

Природные и синтетические предшественники полиизопрена

Разница между вулканизированным и невулканизированным каучуком

Определение

Вулканизированный каучук: Вулканизированная резина — это резина, прошедшая процесс вулканизации.

Невулканизированная резина: Невулканизированная резина — это резина, которая не подвергалась вулканизации.

Структура резины

Вулканизированная резина: Вулканизированная резина имеет межмолекулярную структуру с сильно сшитыми полимерными цепями.

Невулканизированный каучук: Невулканизированный каучук имеет только полимерные цепи, без сшивок и межмолекулярных сетей.

Процесс

Вулканизированная резина: Процесс осуществляется путем нагревания каучука, смешанного с вулканизирующим агентом, в форме под давлением.

Невулканизированная резина: Такой процесс не требуется.

Деформация при высоких механических нагрузках

Вулканизированная резина: Вулканизированная резина обязательно возвращается к своей первоначальной форме, не вызывая деформации при снятии механического напряжения.

Невулканизированная резина: Невулканизированная резина вызывает деформацию при воздействии высоких механических нагрузок.

Химический состав исходного полимера

Вулканизированная резина: Химический состав изменяется при добавлении отвердителей.

Невулканизированная резина: Химический состав не изменяется.

Рекомендации:
Эйрих Ф. Р. (2012). Наука и технология каучука. Эльзевир.
Mark, J.E., Erman B. & Eirich, F.R.. (2013). Наука и технология каучука (4-е изд.). Academic Press.

Изображение предоставлено:
‘Серная вулканизация’. By Cjp24 — Own work (CC0) via.