Из чего сделана резина? Натуральный латекс, синтетические полимеры и добавки

Два резиновых листа могут лежать на одном и том же поддоне и выглядеть одинаково — одинаковая толщина, одна и та же черная поверхность, — но один из них выдерживает пять лет на открытом воздухе, а другой трескается в течение одного сезона. Разница заключается не в слове «резина» на этикетке; это то, из чего на самом деле сделана резина.

Короче говоря, каждый каучук состоит из длинных полимерных цепочек. Натуральный каучук использует полиизопрен, полученный из каучуковых деревьев, в качестве жидкого латекса; В синтетическом каучуке используются цепи, построенные из мономеров на основе нефти, таких как бутадиен и стирол. Ни один из них не работает в одиночку: оба смешиваются с отвердителями, наполнителями, маслами и защитными средствами, а затем вулканизируются при нагревании, чтобы соединить цепи в одну эластичную сеть.

Короткий ответ: полимерные цепи плюс формула соединения

Инженеры называют резину эластомером: полимером, который растягивается под нагрузкой и пружинит при отпускании. Полимер — это гигантская молекула, построенная из тысяч повторяющихся звеньев, соединенных встык в цепь. Строительным блоком натурального каучука является изопрен (C5H8). Однако сам по себе необработанный полимер липкий летом, жесткий зимой и слабый под нагрузкой. Вот почему настоящий каучук всегда представляет собой смесь, в рецепте которой полимер составляет лишь от половины до двух третей веса. Остальные ингредиенты делятся на пять семейств:

1. Базовый полимер — природный полиизопрен или синтетический эластомер, который задает основной характер продукта.
2. Система вулканизации — сера или пероксиды, которые создают сшивки при вулканизации.
3. Наполнители — углеродная сажа, диоксид кремния, глина или мел, которые повышают прочность и снижают стоимость.
4. Технологические масла и пластификаторы, которые смягчают сырье для плавного смешивания и каландрирования.
5. Защитные средства — антиоксиданты, антиозонанты и воски, которые замедляют воздействие тепла, озона и атмосферных воздействий.

Натуральный каучук: полиизопрен из латекса деревьев.

Натуральный каучук получают из гевеи бразильской, каучукового дерева. Рабочие вырезают в коре тонкую спираль, и дерево истекает кровью из латекса — молочной жидкости, примерно 30–35 процентов содержания которой представляет собой каучуковый углеводород, взвешенный в воде, часто стабилизированный аммиаком, чтобы он не свертывался в чашке. Полимер внутри представляет собой цис-1,4-полиизопрен, а его упорядоченная, пружинистая геометрия объясняет исключительную эластичность натурального каучука: при растяжении цепи выравниваются и кристаллизуются, поэтому даже ненаполненный натуральный каучук может достигать прочности на разрыв около 25 МПа.

Для его обработки латекс коагулируют муравьиной кислотой, затем скатывают и сушат в ребристый копченый лист или прессуют в блоки для транспортировки. Одно дерево дает всего несколько килограммов сухого каучука в год, что делает натуральный каучук сельскохозяйственным товаром, цена которого колеблется в зависимости от урожая и маршрутов грузовых перевозок.

Лист натурального каучука для уплотнения и амортизации После объяснения того, как латекс перерабатывается в листы, этот лист натурального каучука является подходящим примером: он обеспечивает высокую эластичность, сопротивление разрыву и стабильные характеристики для герметизации, противоскольжения и облицовки при температуре от -50 ℃ до 70 ℃. Посмотреть продукт →

Его химическая слабость заключается в той же двойной связи, которая придает ему пружину: озон, ультрафиолетовый свет и углеводородные масла легко атакуют это место, поэтому необработанный натуральный каучук растрескивается на открытом воздухе и набухает в топливе. Это основные причины, по которым производители компаундов добавляют защитные вещества или переходят на синтетические альтернативы.

Синтетический каучук: полимеры, полученные из нефти

Синтетические каучуки производятся путем полимеризации мономеров, полученных из сырой нефти и природного газа. Сейчас на их долю приходится примерно две трети мирового потребления каучука, поскольку каждый рецепт можно настроить против конкретной угрозы — масла, тепла, озона, истирания или пламени. Мономеры на этикетке предсказывают эффективность:

Нитрил (NBR) показывает, как мономеры напрямую влияют на свойства: повышение содержания акрилонитрила примерно с 18 до 45 процентов постепенно повышает маслостойкость, но при этом теряет гибкость при низких температурах. Покупатели, которые пропускают эту деталь, в конечном итоге получают уплотнения, которые разбухают в той самой жидкости, для содержания которой они были куплены.

НБР Rubber Sheet with Tunable Oil Resistance После обсуждения содержания акрилонитрила и набухания масла этот лист нитрильного каучука иллюстрирует выбор материала: он подходит для уплотнений, подвергающихся воздействию масла, где сопротивление жидкости имеет большее значение, чем гибкость при низких температурах или стойкость к озону. Посмотреть продукт →

EPDM действует в противоположном направлении. Его насыщенная основа не боится озона, солнечного света и воды (отсюда и сцепление с наружными прокладками и кровлей), но тот же химический состав не дает ему почти никакой устойчивости к углеводородным маслам.

ЭПДМ Rubber Sheet for Outdoor Sealing Сразу после примечания о насыщенной основе EPDM, устойчивой к озону, солнечному свету и воде, этот лист подходит для наружных прокладок, кровли и изоляции с рабочим диапазоном от -40 ℃ до 150 ℃, хотя и ограниченно маслостойкий. Посмотреть продукт →

Что еще входит в состав резиновой смеси

Формулы дозируются в phr — весовых частях на сто каучуков. Типичное черное соединение выглядит примерно так:

• Сера, 1–3 части: сшивающий агент; слишком малое количество оставляет резину слабой, а гораздо большее превращает ее в твердый эбонит.
• Ускорители, менее 2 частей на час: химикаты, которые ускоряют отверждение серы при более низкой температуре.
• Оксид цинка, 3-5 частей на час, плюс стеариновая кислота, 1-2 части на час: активаторы, которые позволяют ускорителям работать.
• Технический углерод, 20-50 частей на час: причина, по которой большая часть технической резины имеет черный цвет, и наполнитель, который может удвоить прочность на разрыв и увеличить срок службы.
• Глина или мел: недорогие наполнители, регулирующие твердость и цену в некритических деталях.
• Технологические масла, 5–20 частей: смягчите смесь для измельчения и каландрирования.
• Антиоксиданты, антиозонанты и воски в сочетании 1–5 частей на час: замедляют старение и растрескивание озона.

Переместите любую линию, и изделие будет двигаться вместе с ней: добавьте воск, и лист станет устойчивым к озону; замените технический углерод на диоксид кремния, и прочность на разрыв вырастет вместе с ценой; повышается содержание серы, и твердость повышается по шкале Шора А. Вот почему два листа одинаковой толщины не могут вести себя одинаково.

Вулканизация: шаг, который скрепляет цепи вместе

Невулканизированная резина представляет собой клубок независимых цепей, которые скользят друг мимо друга — липкие, слабые и бесформенные в жаркий день. В 1839 году Чарльз Гудиер обнаружил, что нагревание резины с серой навсегда меняет ее: атомы серы соединяют соседние цепи по их реактивным двойным связям, сваривая тысячи свободных нитей в единую сеть.

Красные звенья на диаграмме — это серные мостики — одна и та же реакция, происходящая внутри каждого вулканизационного пресса. Цифры практичны, а не фольклорны: отверждение прессованием обычно происходит при температуре 140–180°C в течение нескольких минут до часа в зависимости от толщины детали, а плотность сшивок определяет окончательную твердость. Силикон и некоторые марки EPDM не содержат серу и вместо этого отверждаются с помощью пероксидов или микроволновых линий горячего воздуха, поэтому силиконовый лист остается гибким при температурах, которые могут привести к разрушению резины, отвержденной серой.

Как необработанный полимер становится листом, матом или лентой

Рецепт становится продуктом только благодаря оборудованию, и последовательность одинакова, независимо от того, получается ли на выходе коровья циновка или конвейерная лента:

1. Смешивание: внутренние смесители (Banbury), месильные машины или открытые двухвалковые мельницы срезают полимер и диспергируют наполнители, масла и химикаты; Температура и энергия смешивания определяют, насколько однородным будет соединение.
2. Формование — каландрирование превращает компаунд в непрерывный лист, экструдеры формируют профили и прессуют детали под воздействием тепла и давления.
3. Вулканизация — прессы, автоклавы, барабаны Rotocure или микроволновые линии фиксируют окончательные эластичные свойства.

Стадии подпитывают друг друга: плохо диспергированный наполнитель никогда не восстанавливается в каландре, а неравномерный зазор между валками вновь появляется по мере изменения толщины после отверждения. Вот почему переработчики рассматривают смешивание, формование и вулканизацию как одну непрерывную цепочку, и наше руководство по выбору резиновых смесителей, каландров и прессов шаг за шагом описывает эту логику выбора.

Итак, из чего сделана резина? Полимер — природные цепи изопрена из латекса деревьев или синтетические цепи из нефти — плюс дозированная формула вулканизирующих веществ, наполнителей, масел и защитных средств, сваренных в одну эластичную сеть путем вулканизации. Подбирайте полимер в зависимости от воздействия, с которым он сталкивается: NBR для масла, EPDM для солнца и погодных условий, натуральный каучук или SBR для истирания и стоимости, силикон для экстремальных температур.

Если вы покупаете листы, маты или ремни, попросите паспорт соединения — тип полимера, твердость по Шору А, предел прочности, удлинение — потому что эти цифры, а не слово «резина», предсказывают, как деталь будет стареть в вашем приложении. Являясь производителем как оборудования для переработки резины, так и готовых резиновых изделий, мы работаем на каждом звене этой цепочки; Узнайте, как эти соединения применяются в наших решениях для резиновых изделий.