Состав резины и ее получение

К атегория:

Автомобильные эксплуатационные материалы

-

Состав резины и ее получение

Основным компонентом резины является каучук: его содержание в резиновых изделиях составляет примерно 50…60% по массе. У каучука молекулы представляют собой длинные нити, скрученные в клубки и перепутанные между собой. Такое строение каучука обусловливает его главную особенность - эластичность. При растяжении каучука его молекулы постепенно распрямляются, возвращаясь в прежнее состояние после снятия нагрузки. Однако при слишком большом растяжении молекулы необратимо смещаются друг относительно друга и происходит разрыв каучука.

Вначале в резиновых изделиях использовался только натуральный каучук, который получали из млечного сока (латекса) каучуконосного дерева - бразильской гевеи. В 1932 г. впервые в мире в нашей стране был синтезирован синтетический каучук, который вскоре стал основным сырьем для изготовления резиновых изделий. В настоящее время для этой цели выпускаются десятки разновидностей синтетических каучуков.

Наиболее широкое применение находят стирольные каучуки С KMC (бутадиен-метилстирольный) и СКС (бу-тадиен-стирольный). Эти каучуки превосходят натуральный по. износостойкости, однако уступают ему по эластичности, тепло- и морозостойкости.

-

При производстве шин используют изопреновый (СКИ -3) и бутадиеновый (СКВ ) каучуки. Каучук СКИ -3 по свойствам близок к натуральному каучуку, каучук СКВ отличается высокой износостойкостью. Хорошую маслобензостойкость имеют хлорпреновый (наирит) и нитрильный (СКН ) каучуки. Из них изготавливают детали, работающие в контакте с нефтепродуктами: шланги, манжеты и др.

При изготовлении камер и герметизирующего слоя бескамерных шин используется бутилкаучук, характеризующийся высокой газонепроницаемостью.

Натуральный или синтетический каучук составляет основу резиновой смеси или «сырой» резины, которая самостоятельно из-за низкой прочности находит ограниченное применение - в основном для изготовления клеев и уплотнительных прокладок. Для увеличения прочности каучуков используется процесс вулканизации - химическое связывание молекул каучука с атомами серы. В процессе вулканизации, протекающем при температуре 130… 140 °С, молекулы серы соединяются с линейными молекулами каучука, образуя как бы мостики между ними (рис. 59). В результате получается вулканизированная резина, представляющая собой упругий материал.

Количество серы, используемое при вулканизации, определяется требованиями прочности и эластичности материала. С ростом концентрации серы прочность резины увеличивается, но одновременно уменьшается ее эластичность. Поэтому в резинах, предназначенных для изготовления автомобильных камер и покрышек, добавка серы ограничена 1…3% от общего содержания каучука. При содержании серы 40…60% каучук превращается в твердый материал - эбонит.

Для обеспечения требуемой прочности и износостойкости резин, особенно предназначенных для изготовления шин, применяются наполнители. Главным из наполнителей является сажа, представляющая собой порошкообразный углерод с размерами частиц 0,03…0,25 мкм. В современных резинах содержится значительное количество са-жи - от 30 до 70% по отношению к содержащемуся каучуку. При введении сажи прочность резины увеличивается более, чем на порядок. Для изготовления цветных резин используется так называемая белая сажа (кремнезем и другие продукты). Наряду с сажей применяются неактивные наполнители, служащие для увеличения объема резиновой смеси без ухудшения ее свойств (отмученный мел, асбестовая мука и др.).

Рис. 1. Строение вулканизированного каучука

Для облегчения смешивания компонентов резиновой смеси в нее вводятся пластификаторы или мягчители - обычно жидкие или твердые нефтепродукты. С целью замедления процессов старения, а также для повышения выносливости резины при многократных деформациях, добавляются противостарители (антиокислители). В качестве противостарителей используются специальные химические вещества, связывающие проникающий в резину кислород. В качестве таких веществ применяют неозон Д и сантофлекс А. Для ускорения вулканизации используют присадки ускорителей. Получение пористых губчатых резин обеспечивается с помощью специальных порообра-зователей.

Для увеличения прочности ряда резинотехнических изделий (автомобильные покрышки, приводные ремни, шланги высокого давления и пр.) резины армируются с помощью тканевой или металлической арматуры. Например, в одном из наиболее ответственных и дорогостоящих изделий - автомобильных покрышках используются полиамидный (капроновый), вискозный или металлический корды.

Основным этапом технологического процесса приготовления резин явлется смешение, при котором обеспечивается полное и равномерное распределение в каучуке всех содержащихся инградиентов (составных частей), число которых может доходить до 15. Смешение выполняется в резиносмесителях, обычно в две стадии. Сначала изготавливается вспомогательная смесь без серы и ускорителей, затем на второй стадии вводятся сера и ускорители. Получаемые резиновые смеси используются для изготовления соответствующих деталей и для обрезинивания корда. В последнем случае для обеспечения достаточной прочности связи между кордом и резиной корд обязательно пропитывается латексами и смолами. Заключительной операцией является вулканизация, после которой резинотехническое изделие пригодно для использования.

При ремонте автомобильных шин и камер методом горячей вулканизации широко применяются такие сорта сырой резины, как прослоечная, протекторная и камерная. R этом случае для обеспечения требуемого качества ремонта наряду с высокой температурой процесс вулканизации должен проходить под определенным давлением, обеспечиваемым с помощью различных устройств.

Глава 26

РЕЗИНЫ

Резина – важный конструкционный материал для производства технических изделий во многих отраслях народного хозяйства. Она является продуктом химического превращения (вулканизации) каучуков. Каучуки, взаимодействуя с определенными вулканизирующими веществами, претерпевают внутренние химические изменения, в результате чего образуется новый продукт – резина. Исходный материал для получения резины – резиновая смесь. Ее основу составляет каучук, содержание которого колеблется в различных изделиях от 5 до 95 %.

Основные свойства резины

Резина обладает совокупностью ценных свойств – высокой упругостью и способностью поглощать вибрации; она хорошо сопротивляется истиранию и многократным растяжению и изгибу. Резина газо- и водонепроницаема, стойка против воздействия масел, жидкого топлива и ряда других сред и является диэлектриком. Созданы электропроводная, магнитная, прозрачная и другие резины с новыми свойствами. Резина в готовом изделии находится в термостабильном состоянии; она нерастворима (но способна набухать) и иногда непластична. Исходная же (невулканизи-рованная) резиновая смесь обладает хорошей пластичностью, обеспечивающей возможность формообразования различных изделий.

Упругопрочностные свойства резины при растяжении характеризуются: условным пределом прочности – отношение силы, вызывающей разрыв образца, к его первоначальному сечению; относительным удлинением – отношением длины образца в момент разрыва к его первоначальной длине; условным напряжением при заданном удлинении образца, а также величинами истинного напряжения при заданном удлинении и истинной прочностью.

Сопротивление резины истиранию выражается потерей объема резины, отнесенного к работе трения, и интенсивностью истирания – потерей объема резины в единицу времени.

Набухание резины определяется при нахождении ее определенное время в какой-либо жидкости и характеризуется увеличением массы (или объема), отнесенной к исходной массе (или объему), и выражается в процентах.

Эластичность резины – свойство резины упруго деформироваться без разрушения под действием силы и восстанавливаться после прекращения действия силы, то есть отношение возвращенной энергии к энергии, затраченной на деформацию образца при ударе, выраженное в процентах.

Старение резины – снижение ее свойств (прочности, эластичности, электрического сопротивления и др.) иод воздействием эксплуатационных факторов (теплоты, холода, света, воздуха, кислорода, механического нагружения и др.).

Теплостойкость резины определяют по снижению предела прочности и относительного удлинения после действия на нее насыщенного пара и не менее чем двухчасового отдыха.

Коэффициент теплостойкости резины (К Т) – сопротивление разрыву после шестичасового воздействия насыщенного пара при температуре (143 + 3) °С – определяют не менее чем через 2 ч выдержки при нормальных условиях и вычисляют по формуле К Т = А Т /А, где А – условная прочность при разрыве до воздействия пара, МПа; А Т – условная прочность при разрыве после воздействия насыщенного пара, МПа.

Морозостойкость резины – способность ее сохранять эластичность и другие свойства при низких температурах. Морозостойкость определяют несколькими способами:

– измерением деформации образца при нормальной (комнатной) и минусовой температурах при одних и тех же величинах и условиях нагружения;

– по эластическому восстановлению образца, сжатого при комнатной и выдержанного при пониженной температурах после снятия нагрузки;

– растяжением образца до заданного удлинения при 23 °С и определением величины удлинения того же «отдохнувшего» образца при низкой температуре под воздействием того же груза.

Во всех случаях потом определяют коэффициент морозостойкости.

Светостойкость резины – стойкость к старению в климатических условиях при преимущественном воздействии солнечной радиации.

Атмосферостойкость резины – стойкость к старению в климатических условиях под воздействием температуры, влажности воздуха и других факторов.

Свойства резины зависят прежде всего от свойств ее основы – каучука. Каучуки по своему происхождению разделяются на натуральные (или естественные) и синтетические (или искусственные).

Натуральный каучук получают из млечного сока (латекса) каучуконосных растений. Это природный полимер, обладающий при обычных температурах высокими эластическими свойствами. Важнейшие типы – рифленый смокед-щит (продукт светло-янтарного цвета), светлый креп (продукт светло-кремового цвета).

Синтетический каучук (СК) по свойствам близок к натуральному. Его получают путем синтеза из органических веществ. Промышленные виды СК, которых насчитывается несколько десятков, различаются между собой как по исходному сырью и способам производства, так и по составу и физико-механическим свойствам. Производство СК складывается из двух основных процессов: получения мономеров (бутадиен, стирол, хлоропрен, акрилонитрил и др.) и их полимеризации в каучукообразный продукт. Сырьем для получения мономеров являются нефтепродукты, природный газ, ацетилен, древесина и др.

СК представляют собой высокомолекулярные вещества, обладающие свойствами, подобными естественным каучукам, и способные вулканизироваться. Общепринятой является классификация СК по областям применения: каучуки общего назначения , применяемые в массовом производстве таких изделий, в которых реализуется основное свойство резины – эластичность (шины, транспортные ленты, резиновая обувь и др.), и каучуки специального назначения , применяемые в производстве изделий, которые, наряду с эластичностью, должны обладать стойкостью к воздействию различных агентов (растворителей, кислот, щелочей, нефтепродуктов, кислорода, озона и т. д.), тепло- и морозостойкостью (т. е. способностью сохранять эластические свойства в широком интервале температур) или другими специальными свойствами. Эта классификация по областям применения весьма условна. Так, многие СК обладают комплексом свойств, позволяющих применять их как каучуки общего и специального назначения; вместе с тем к ряду резин общего назначения предъявляют также и специфические требования (например, масло- и бензостойкость – для резиновых перчаток и обуви, морозостойкость – для шин и др.).

Резиной называется продукт специальной обработки (вулканизации) смеси каучука и серы с различными добавками.

Резина отличается от других материалов высокими эластическими свойствами, которые присущи каучуку - главному исходному компоненту резины. Она способна к очень большим деформациям (относительное удлинение достигает 1000%), которые почти полностью обратимы.

Особенностью резины является ее малая сжимаемость, релаксационный характер деформации, при комнатной температуре время релаксации может составлять-10 ~ 4 с и более, высокая стойкость к истиранию, газо- и водонепроницаемость, химическая стойкость, электроизолирующие свойства и небольшая плотность.

Состав и классификация резин. Основой резины является каучук натуральный (НК) или синтетический (СК), который и определяет основные свойства резинового материала. Для улучшения физико-механических свойств каучуков вводятся различные добавки (серу и селем).

Противостарители (антиоксиданты) замедляют процесс старения резины, который ведет к ухудшению ее эксплуатационных свойств. Существуют противостарители химического (применяются альдольнеозон) и физического действия (парафин, воск) образуют поверхностные защитные пленки.

Мягчители (пластификаторы) облегчают переработку резиновой смеси, увеличивают эластические свойства каучука, повышают морозостойкость резины. В качестве мягчителей вводят парафин, вазелин, стеариновую кислоту, битумы, дибутилфталат, растительные масла. Количество мягчителей 8 - 30% от массы каучука.

Наполнители по воздействию на каучук подразделяют на активные (усиливающие) и неактивные (инертные). Усиливающие наполнители (углеродистая сажа и белая сажа - кремнекислота, окись цинка и др.) повышают механические свойства резин: прочность, сопротивление истиранию, твердость. Неактивные наполнители (мел, тальк, барит) вводятся для удешевления стоимости резины.

Часто в состав резиновой смеси вводят регенерат - продукт переработки старых резиновых изделий и отходов резинового производства. Кроме снижения стоимости регенерат повышает качество резины, снижая ее склонность к старению.

По назначению различают следующие основные группы резины:

Общего назначения и специального назначения, в том числе:

Теплостойкие,

Морозостойкие,

Маслобензостойкие,

Стойкие к действию химически агрессивных сред, в том числе стойкие к гидравлическим жидкостям,

Диэлектрические,

Электропроводящие,

Магнитные,

Огнестойкие,

Радиационностойкие,

Вакуумные,

Фрикционные (износостойкие*),

Пищегого и медицинского назначения,

для условий тропического и другого климата

По типам:

Пористые, или губчатые

Цветные и прозрачные резины.

Физико-механические свойства резин.

Износостойкость - основным показателем износостойкости является истираемость и сопротивление истиранию. Истираемость (определяется как отношение уменьшения объема образца при истирании к работе, затраченной на истирание. Сопротивление истиранию (определяется как отношение затраченной работы на истирание к уменьшению объема образца при истирании.

Усталостно-прочностные свойства резин определяются их утомлением, когда под действием механических напряжений происходит разрушение. Утомлению способствует также воздействие света, теплоты, агрессивных сред,что вызывают старение. Число циклов нагружения, которое выдерживает, не разрушаясь, образец, называется усталостной выносливостью. Почти не подвержены озонному растрескиванию резины на основе бутилкаучука и хлоропренового каучука. Для обеспечения высокой усталостной прочности необходимы высокая прочность, малое внутреннее трение и высокая химическая стойкость резины. При повышенных температурах (150°С) органические резины теряют прочность после 1 -10 ч нагревания, резины на СКТ могут при этой температуре работать длительно. Прочность силоксановой резины при комнатной температуре меньше, чем у органических резин, однако при 200°С прочности одинаковы, а при температуре 250 - 300°С прочность даже выше. Воздействие на резину отрицательных температур вызывает снижение и даже полную утрату высокоэластических свойств, переход в стеклообразное состояние и возрастание ее жесткости в тысячи и десятки тысяч раз.

Старение резины наблюдается при хранении и эксплуатации резиновых изделий под воздействием немеханических факторов. Испытание на старение проводят как в естественных, так и в искусственных условиях. Процесс старения по-разному сказывается на резинах.

Виды резиновых смесей

Натуральный (НК) и синтетические изопреновые (СКИ). Плотность каучуков 910-920кг/м 3 , предел прочности 24-34МПа, относительное удлинение 600-800%. Изопреновые каучуки применяются в производстве конвейерных лент, формовых изделий, губчатых медицинских и других изделий.

Бутадиеновый (СКД). Плотность каучука 900-920кг/м 3 , предел прочности 13-16МПа, относительное удлинение 500-600% . СКД обладает высокими морозостойкостью и сопротивлением истиранию. Резиновые смеси на основе СКД плохо перерабатываются экструзией и каландрованием. Смеси на основе СКД характеризуются низкой клейкостью. СКД уступает НК по прочности вулканизатов.

Бутилкаучук (БК) обладает стойкостью к кислороду, озону и другим химическим реагентам. Каучук обладает высоким сопротивлением истиранию и высокими диэлектрическими характеристиками. По температуростойкости уступает другим резинам,. Основным физическим свойством БК является необычно высокая газо- и влагонепроницаемость. Камера шины из этого материала удерживает воздух в 10 раз дольше, чем камера из натурального каучука. Бутилкаучук широко применяют как каучук общего и специального назначения. В производстве РТИ из БК изготовляют паропроводные рукава, конвейерные ленты и резиновые технические детали, от которых требуются повышенные тепло-, паро-, озоно- и химическая стойкость. БК применяют для изготовления электроизоляционных резин, различных прорезиненных тканей и обкладки химической аппаратуры. Резины из БК используются в деталях доильных аппаратов и в пищевой промышленности.

Бутадиенстирольный (СКС) и бутадиенметилстирольные (СКМС) каучуки . Плотность каучука 919-920кг/м 3 , предел прочности 19-32МПа, относительное удлинение 500-800% Резины на основе бутадиенстирольных и бутадиенметилстирольных каучуков имеют высокое сопротивление истиранию. Резины из этих каучуков широко применяются в производстве конвейерных лент для обкладочных резин, различных РТИ.

Уретановый (СКУ)/ Полиуретановый обладают высокой прочностью, эластичностью, сопротивлением истиранию, маслобензостойкость. Стоек к кислороду и озону, его газонепроницаемость в 10 - 20 раз выше, чем у НК. Уретановые резины стойки к воздействию радиации. Резины на основе СКУ применяют для автомобильных шин, транспортерных лент, обкладки труб и желобов для транспортировки абразивных материалов, обуви и др.

Полисульфидный (ПСК) Тиокол . Устойчив к топливу и маслам, к действию кислорода, озона, солнечного света. Имеет высокую газонепроницаемость - хороший герметизирующий материал, хорошие характеристики старения, высокое сопротивление раздиру. Водные дисперсии тиоколов используют для герметизации железобетонных резервуаров. Механические свойства резины на основе тиокола невысокие.

Акрилатный (АК)/ Полиакрилатный . Достоинством акрилатных резин является стойкость к действию серосодержащих масел при высоких температурах; их широко применяют в автомобилестроении. Они стойки к действию кислорода, достаточно теплостойки, обладают адгезией к полимерам и металлам. Отличительные свойства акриловых каучуков - это их высокая тепло- и маслостойкость. Применяют акрилатные каучуки для различных тепло- и маслостойких уплотнительных изделий (например, сальников, колец, прокладок), рукавов, диафрагм, защитных покрытий, гумирования аппаратуры, липких лент; для изготовления изделий, работающих в условиях истирания: различных формовых изделий, печатных валиков, обкладок трубопроводов и спускных желобов, по которым транспортируются абразивные материалы, и т. д.

Недостатками являются низкая морозостойкость, невысокая стойкость к воздействию горячей воды и пара.

Силоксановый-Силиконовый (СКТ ). Плотность каучука 1700-2000кг/м 3 , предел прочности 35-80МПа, относительное удлинение 360% . СКТ - синтетический каучук теплостйкий. Их применяют как эластичные материалы специального назначения в различных отраслях промышленности, многих областях техники. Силоксановые резины используют для изготовления уплотнителей, мембран, профильных деталей для герметизации дверей и окон, кабин самолетов, а также гибких соединений, выдерживающих очень низкие температуры в высоких слоях атмосферы, значительные концентрации озона и солнечной радиации. Их сопротивление старению и диэлектрические характеристики также весьма высоки.

Высокая теплостойкость резин из силоксанового каучука, позволяет применять их также для изготовления резинометаллических виброизоляторов (амортизаторов), антивибраторов воздухопроводов, оболочек свечей зажигания, уплотнителей прожекторов и т. п.

), основу к-рых (обычно 20-60% по массе) составляют . Др. компоненты резиновых смесей-вулканизующие агенты, ускорители и (см. ), противо-старители, (). В состав смесей могут также входить регенерат (пластичный продукт резины, способный к повторной ), замедлители , модификаторы, порообра-зователи, душистые в-ва и др. ингредиенты, общее число к-рых может достигать 20 и более. Выбор и состава определяется назначением, условиями эксплуатации и техн. требованиями к изделию, технологией произ-ва, экономич. и др. соображениями (см. , ).

Технология произ-ва изделий из резины включает с ингредиентами в смесителях или на вальцах, изготовление полуфабрикатов (шприцеванных профилей, каландрованных листов, прорезиненных , и т.п.), резку и раскрой полуфабрикатов, сборку заготовок изделия сложной конструкции или конфигурации с применением спец. сборочного оборудования и изделий в аппаратах периодич. (прессы, котлы, форматоры-вулканизаторы и др.) или непрерывного действия (тоннельные, барабанные и др. вулканизаторы). При этом используется высокая , благодаря к-рой им придается форма будущего изделия, закрепляемая в результате . Широко применяют формование в вулканизац. прессе и , при к-рых формование и изделий совмещают в одной операции. Перспективны использование порошкообразных и композиций и получение литьевых резин методами жидкого формования из композиций на основе . При смесей, содержащих 30-50% по массе S в расчете на , получают .

Свойства. Резину можно рассматривать как сшитую , в к-рой составляет , а наполнители-дисперсную фазу. Важнейшее св-во резины- высокая эластичность, т. е. способность к большим обратимым в широком интервале т-р (см. ).

Р езина сочетает в себе св-ва (упругость, стабильность формы), (аморфность, высокая деформируемость при малом объемном сжатии) и (повышение упругости вулканизац. сеток с ростом т-ры, энтропийная природа упругости).

Р езина-сравнительно мягкий, практически несжимаемый материал. Комплекс ее св-в определяется в первую очередь типом (см. табл. 1); cв-вa могут существенно изме няться при комбинировании разл. типов или их модификации.

Модуль упругости резин разл. типов при малых составляет 1-10 МПа, что на 4-5 порядков ниже, чем для стали; коэф. Пауссона близок к 0,5. Упругие св-ва резины нелинейны и носят резко выраженный релаксац. характер: зависят от режима нагружения, величины, времени, скорости (или частоты), повторности и т-ры. обратимого растяжения резины может достигать 500-1000%.

Ниж. предел температурного диапазона высокоэластичности резины обусловлен гл. обр. т-рой стеклования , а для кристаллизующихся зависит также от т-ры и скорости . Верх. температурный предел эксплуатации резины связан с термич. стойкостью и поперечных хим. связей, образующихся при . Ненаполненные резины на основе некристаллизующихся имеют низкую . Применение активных (высокодисперсных , SiO 2 и др.) позволяет на порядок повысить прочностные характеристики резины и достичь уровня показателей резин из кристаллизующихся . резины определяется содержанием в ней и , а также степенью . Плотность резины рассчитывают как средневзвешенное по объему значение плотностей отдельных компонентов. Аналогичным образом м. б. приближенно вычислены (при объемном наполнении менее 30%) теплофиз. характеристики резин: коэф. термич. расширения, уд. объемная , коэф. . Циклич. деформирование резины сопровождается упругим гистерезисом, что обусловливает их хорошие амортизац. св-ва. Резины характеризуются также высокими фрикционными св-вами, износостойкостью, сопротивлением раздиру и утомлению, тепло- и звукоизоляц. св-вами. Они и хорошие , хотя м. б. получены токопроводящие и магнитные резины.

Р езины незначительно поглощают и ограниченно набу-хают в орг. р-рителях. Степень определяется разницей параметров р-римости и р-рителя (тем меньше, чем выше эта разность) и степенью поперечного сшивания (величину равновесного обычно используют для определения степени поперечного сшивания). Известны резины, характеризующиеся масло-, бензо-, водо-, паро- и , стойкостью к действию хим. агрессивных сред, света, . При длит. хранении и эксплуатации резины подвергаются старению и утомлению, приводящим к ухудшению их мех. св-в, снижению и разрушению. Срок службы резин в зависимости от условий эксплуатации от неск. дней до неск. десятков лет.

. По назначению различают след. осн. группы резин: общего назначения, теплостойкие, морозостойкие, маслобензостойкие, стойкие к действию хим. агрессивных сред, диэлектрич., электропроводящие, магнитные, огнестойкие, радиационностойкие, вакуумные, фрикционные, пищ. и мед. назначения, для условий тропич. климата и др. (табл. 2); получают также пористые, или губчатые (см. ), цветные и прозрачные резины.

Применение. Резины широко используют в технике, с. х-ве, быту, медицине, стр-ве, спорте. Ассортимент насчитывает более 60 тыс. наименований. Среди них: шины, транспортные ленты, приводные ремни, рукава, амортизаторы, уплотнители, сальники, манжеты, кольца и др., кабельные изделия, обувь, ковры, трубки, покрытия и облицовочные материалы, прорезиненные, т. 3, М., 1977, с. 313-25; Кошелев Ф.Ф., Кор-нев А.Е., Буканов А.М., Общая технология резины, 4 изд., М., 1978; Догадкин Б. А., Донцов А.А., Шершнев В.А., 2 изд., М., 1981; Федюкин Д.Л., Махлис Ф.А., Технические и технологические свойства резин, М., 1985; Применение резиновых технических изделий в народном хозяйстве. Справочное пособие, М., 1986; Зуев Ю. С., Дегтева Т. Г., Стойкость в эксплуатационных условиях, М., 1986; Лепетов В. А., Юрцев Л. Н., Расчеты и конструирование , 3 изд., Л., 1987. Ф.Е. Куперман.

Основа резины – каучук натуральный (НК) или синтетический (СК), который определяет основные свойства резинового материала.

Подавляющее большинство каучуков является непредельными. Высокополимерными (карбоцепными) соединениями с двойной химической связью между углеродными атомами в элементарных звеньях макромолекулы. Молекулярная масса каучуков 400 000 – 450 000. Структура макромолекул линейная или слаборазветвленная и состоит из отдельных звеньев, которые имеют тенденцию свернуться в клубок, занять минимальный объем, но этому мешают силы межмолекулярного взаимодействия, поэтому молекулы каучука извилистые (зигзагообразные) Такая форма молекул является причиной исключительно высокой эластичности каучука (под небольшой нагрузкой происходит выпрямление молекул, изменяется их конформация). По свойствам каучуки напоминают термопластичные полимеры. При определенных условиях их можно переводить в термостабильное состояние. Для этого по месту двойной связи присоединяется сера (или другое вещество). Они образуют в поперечном направлении как бы «мостики» между нитевидными молекулами каучука, в результате чего получается пространственно-сетчатая структура, присущая резине (вулканизату). Процесс химического взаимодействия каучуков с серой в технике называется вулканизацией .

В зависимости от количества вводимой серы получается различная частота сетки полимера:

1-5% Sобразуется редкая сетка, и резина получается высокоэластичной, мягкой;

30% - максимально возможное насыщение каучука серой образуется твердый материал – эбонит – (сетчатая структура более частая, резина более твердая).

При вулканизации изменяется молекулярная структура полимера, происходит изменение свойств:

Резко возрастает прочность при растяжении и эластичность каучука, а пластичность почти полностью исчезает (НК имеет σ в =1,0-1,5 МПа после вулканизации σ в = 35 МПа).

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ, СОСТАВ И КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЗИН

Резиной называется продукт специальной обработки (вулканизации) смеси каучука и серы с различными добавками.

Резина как технический материал отличается от других материалов высокими эластическими свойствами, которые присущи каучуку - главному исходному компоненту резины. Она способна к очень большим деформациям (относительное удлинение достигает 1000 %), которые почти полностью обратимы. При нормальной температуре резина находится в высокоэластическом состоянии и ее эластические свойства сохраняются в широком диапазоне температур.

Модуль упругости лежит в пределах 1-10 МПа, т. е. он в тысячи и десятки тысяч раз меньше, чем для других материалов. Особенностью резины является ее малая сжимаемость (для инженерных расчетов резину считают несжимаемой); коэффициент Пуассона 0,4-0,5, тогда как для металла эта величина составляет 0,25 - 0,30. Другой особенностью резины как технического материала является релаксационный характер деформации. При нормальной температуре время релаксации может составлять 10 -4 с и более. При работе резины в условиях многократных механиче­ских напряжений часть энергии, воспринимаемой изделием, теряется на внутреннее трение (в самом каучуке и между молеку­лами каучука и частицами добавок); это трение преобразуется в теплоту и является причиной гистерезисных потерь. При эксплуатации толстостенных деталей (например, шин) вследствие низкой теплопроводности материала нарастание температуры в массе резины снижает ее работоспособность.

Кроме отмеченных особенностей для резиновых материалов характерны высокая стойкость к истиранкюугазо- и водонепроницаемость, химическая стойкость, электроизолирующие свойства и небольшая плотность.

Состав и классификация резин. Основой всякой резины служит каучук натуральный (НК) или синтетический (СК), который и определяет основные свойства резинового материала. Для улуч­шения физико-механических свойств каучуков вводятся различ­ные добавки (ингредиенты). Таким образом, резина состоит из каучука и ингредиентов, рассмотренных ниже.

1.Вулканизирующие вещества (агенты) участвуют в образовании пространственно-сеточной структуры вулканизата. Обычно в качестве таких веществ применяют серу и селен, для некоторых канчуков перекиси. Для резины электротехнического назначения вместо элементарной серы (которая взаимодействует с медью) применяют органические сернистые соединения - тиурам (тиурамовые резины).

Ускорители процесса вулканизации; полисульфиды, оксиды свинца, магния и другие влияют как на режим вулканизации, так и на физико-механические свойства вулканизатов. Ускорители проявляют свою наибольшую активность в присутствии оксидов некоторых металлов (цинка и др.), называемых поэтому в составе резиновой смеси активаторами.

2.Противостарители (антиоксиданты) замедляют процесс старения резины, который ведет к ухудшению ее эксплуатационных свойств. Существуют Противостарители химического и физиче­ского действия. Действие первых заключается в том, что они задерживают окисление каучука в результате окисления их самих или за счет разрушения образующихся перекисей каучука (приме­няются альдоль, неозон Д и др.). Физические Противостарители (парафин, воск) образуют поверхностные защитные пленки, они применяются реже.

3.Мягчители (пластификаторы) облегчают переработку рези­новой смеси, увеличивают эластические свойства каучука, повы­шают морозостойкость резины. В качестве мягчителей вводят пара­фин, вазелин, стеариновую кислоту, битумы, дибутилфталат, рас­тительные масла. Количество мягчителей составляет 8-30 % массы каучука.

4.Наполнители по воздействию на каучук подразделяют на активные (усиливающие) и неактивные (инертные). Активные наполнители (углеродистая сажа и белая сажа - кремнекислота, оксид цинка и др.) повышают механические свойства резин:

прочность, сопротивление истиранию, твердость.

Неактивные наполнители (мел, тальк, барит) вводятся для удешевления стои­мости резины.

Часто в состав резиновой смеси вводят регенерат - продукт переработки старых резиновых изделий и отходов резинового производства. Кроме снижения стоимости регенерат повышает качество резины, снижая ее склонность к старению.

5.Красители минеральные или органические вводят для ок­раски резин. Некоторые красящие вещества (белые, желтые, зеле­ные) поглощают коротковолновую часть солнечного спектра и этим защищают резину от светового старения.

Подавляющее большинство каучуков является непредельными, высокополимерными (карбоцепными) соединениями с двойной химической связью между углеродными атомами в элементарных звеньях макромолекулы. (Некоторые каучуки получают на основе насыщенных линейных полимеров.) Молекулярная масса каучу­ков исчисляется в 400 000-450 000. Структура макромолекул линейная или слаборазветвленная и состоит из отдельных звеньев, которые имеют тенденцию свернуться в клубок, занять минималь­ный объем, но этому препятствуют силы межмолекулярного взаи­модействия, поэтому молекулы каучука извилистые (зигзагооб­разные). Такая форма молекул и является причиной исключи­тельно высокой эластичности каучука (под небольшой нагрузкой происходит выпрямление молекул, изменяется их конформация). По свойствам каучуки напоминают термопластичные полимеры. Наличие в молекулах каучука непредельных связей позволяет при определенных условиях переводить его в термостабильное состояние. Для этого по месту двойной связи присоединяется двухвалентная сера (или другое вещество), которая образует в поперечном направлении как бы «мостики» между нитевидными молекулами каучука, в результате чего получается пространствен­но-сетчатая структура, присущая резине (вулканизату). Процесс химического взаимодействия каучуков с серой в технике назы­вается вулканизацией.

В зависимости от количества вводимой серы получается раз­личная частота сетки полимера. При введении 1-5 % 8 образуется редкая сетка и резина получается высокоэластичной, мягкой. С увеличением процентного содержания серы сетчатая структура становится все более частой, резина более твердой, и при макси­мально возможном (примерно 30 %) насыщении каучука серой образуется твердый материал, называемый эбонитом.

При вулканизации изменяется молекулярная структура поли­мера (образуется пространственная сетка), что влечет за собой изменение его физико-механических свойств: резко возрастает прочность при растяжении и эластичность каучука, а пластич­ность почти полностью исчезает (например, натуральный каучук имеет δ В = 1,0-1,5 МПа, после вулканизации δ В == 35 МПа);

увеличиваются твердость, сопротивление износу. Многие кау­чуки растворимы в растворителях, резины только набухают в них и более стойки к химикатам. Резины имеют более высокую тепло­стойкость (НК размягчается при температуре 90 °С, резина рабо­тает при температуре свыше 100 °С).

На изменение свойств резины влияет взаимодействие каучука с кислородом, поэтому при вулканизации одновременно происхо­дят два процесса: структурирование под действием вулканизую­щего агента и деструкция под влиянием окисления и температура. Преобладание того или иного процесса сказывается на свойствах вулканизата. Это особенно характерно для резин из НК. Для син­тетических каучуков (СК) процесс вулканизации дополняется полимеризацией: под действием кислорода и температуры обра­зуются межмолекулярные углеродистые связи, упрочняющие термостабильную структуру, что дает повышение прочности.

Термическая устойчивость вулканизата зависит от харак­тера образующихся в процессе вулканизации связей. Наиболее прочные, а следовательно, термоустойчивые связи -С-С-, наименьшая поочность v полисульфидной связи -С-5-С.

Современная физическая теория упрочнения каучука объяс­няет повышение его прочности наличием сил связи (адсорбции и адгезии), возникающих между каучуком и наполнителем, а также образованием непрерывной цепочно-сетчатой структуры напол­нителя вслеДствие взаимодействия между частицами наполнителя. Возможно и химическое взаимодействие каучука с наполнителем.

По объему мирового потребления НК составляет 30 %, осталь­ное СК, который известен 250 видов.

По назначению резины подразделяют на резины общего назна­чения и резины специального назначения (специальные).

РЕЗИНЫ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

К группе резин общего назначения относят вулканизаты неполярных каучуков - НК, СКВ, СКС, СКИ.

НК - натуральный каучук является полимером изопрена (С5Н8)л. Он растворяется в жирных и ароматических растворите­лях (бензине, бензоле, хлороформе, сероуглероде и др.), обра­зуя вязкие растворы, применяемые в качестве клеев. При нагреве выше 80-100 °С каучук становится пластичным и при 200 °С начинает разлагаться. При температуре -70 °С НК становится хрупким. Обычно НК аморфен. Однако при длительном хранении возможна его кристаллизация. Кристаллическая фаза возникает также при растяжении каучука, что значительно увеличивает его прочность. Для получения резины НК вулканизуют серой. Резины на основе НК отличаются высокой эластичностью, проч­ностью, водо- и газонепроницаемостью, высокими электроизоля­ционными свойствами: р v = 3-Ю 14 - 23-Ю 18 Ом-см; & == 2,5.

СКВ - синтетический каучук бутадиеновый (днвинильный) получают по методу С. В. Лебедева. Формула полибутадиена Он является некристаллизующимся каучуком и имеет низкий предел прочности при растяжении, поэтому в резину на его основе необходимо вводить усиливающие наполнители. Моро­зостойкость бутадиенового каучука невысокая (от-40 до -45 °С). Он набухает в тех же растворителях, что и НК. Стереорегулярный дивинильный каучук СКД по основным техническим свойствам приближается к НК. Дивинильные каучуки вулканизуются серой аналогично натуральному каучуку.

СКС - бутадиенстирольный каучук получается при совмест­ной полимеризацией бутадиена (С 4 Н6) и стирола (СН2==СН-СвН5)-Это самый распространенный каучук общего назначения.

В зависимости от процентного содержания стирола каучук выпускают нескольких марок: СКС-10, СКС-30, СКС-50. Свойства каучука зависят от содержания стирольных звеньев. Так, напри­мер, чем больше стирола, тем выше прочность, но ниже морозо­стойкость. Из наиболее распространенного каучука СКС-30 полу­чают резины с хорошим сопротивлением старению и хорошо работающие при многократных деформациях. По газонепроницае мости и диэлектрическим свойствам они равноценны резинам на основе НК. Каучук СКС-10 можно применять при низких темпе­ратурах (от -74 до -77 °С). При подборе соответствующих напол­нителей можно получить резины с высокой механической проч­ностью.

СКИ - синтетический каучук изопреновый - продукт поли­меризации изопрена С 5 Н 8). Получение СКИ стало возможным в связи с применением новых видов катализаторов. По строению, химическим и физико-механическим свойствам СКИ близок к на­туральному каучуку. Промышленностью выпускаются каучуки СКИ-3 и СКИ-ЗП, наиболее близкие по свойствам к НК; каучук СКИ-ЗД, предназначенный для получения электроизоляционных резин, СКИ-ЗВ - для вакуумной техники.

Резины общего назначения могут работать в среде воды, воз­духа, слабых растворов кислот и щелочей. Интервал рабочих температур составляет от -35 до 130 °С. Из этих резин изгото­вляют шины, ремни, рукава, конвейерные ленты, изоляцию кабе­лей, различные резинотехнические изделия.

РЕЗИНЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Специальные резины подразделяют на несколько видовз маслобензостойкие, теплостойкие, ^светоозоностойкие, износостой­кие, электротехнические, стойкие к гидравлическим жидкостям.

Маслобензостойкие резины получают на основе каучуков хлоропренового (наирит), СКН и тиокола.

Наирит является отечественным хлоропреновым каучуком. Хлоропрену соответствует формула СН 2 =ССl-СН=СН 2 .

Вулканизация может проводиться термообработкой даже без серы, так как под действием температуры каучук переходит в тер­мостабильное состояние. Резины на основе наирита обладают высокой эластичностью, вибростойкостью, озоностойкостью, устойчивы к действию топлива и масел, хорошо сопротивляются тепловому старению. (Окисление каучука замедляется экрани­рующим действием хлора на двойные связи.) По темпер ату роустой-чивости и морозостойкости (от -35 до -40 °С) они уступают как НК, так и другим СК. Электроизоляционные свойства резины на основе полярного наирита ниже, чем у резины на основе неполяр­ных каучуков. (За рубежом полихлоропреновый каучук выпус­кается под названием неопрен, пербунан-С и др.).

СКН - бутадиеннитрильный каучук - продукт совместной полимеризации бутадиена с нитрилом акриловой кислоты:

СН 2 -СН =СН-СН 2 -СН 2 -СНСN-

В зависимости от состава каучук выпускают следующих марок? СКН-18, СКН-26, СКН-40. (Зарубежные марки: хайкар, пербунан, буна-М и др.). Присутствие в молекулах каучука группы СМ сообщает ему полярные свойства. Чем выше полярность каучука, тем выше его механические и химические свойства и тем ниже морозостойкость (например, для СКН" 18 от -50 до -60 °С, для СКН-40 от -26 до -28 °С). Вулканизируют СКН с помощью серы. Резины на основе СКН обладают высокой прочностью (δ В == = 35 МПа), хорошо сопротивляются истиранию, но по эластич­ности уступают резинам на основе НК, превосходят их по стой­кости к старению и действию разбавленных кислот и щелочей. Резины могут работать в среде бензина, топлива, масел в интер­вале температур от -30 до 130 °С. Резины на основе СКН приме­няют для производства ремней, конвейерных лент, рукавов, маслобензостойких резиновых деталей (уплотнительные прокладки, манжеты и т. п.).

Полисульфидный каучук , или тиокол, образуется при взаимо­действии галоидопроизводных углеводородов с многосернистыми соединениями щелочных металлов;..-СН 2 -СН 2 -S 2 -S 2 - ...

Тиокол вулканизуется перекисями. Присутствие в основной цепи макромолекулы серы придает каучуку полярность, вслед­ствие чего он становится устойчивым к топливу и маслам, к дей­ствию кислорода, озона, солнечного света. Сера также сообщает тиоколу высокую газонепроницаемость (выше, чем у НК), по­этому тиокол - хороший герметизирующий материал. Механи­ческие свойства резины н2 основе тиокола невысокие. Эластич­ность резин сохраняется при температуре от -40 до -60 °С. Теплостойкость не превышает 60-70 °С. Тиоколы новых марок работают при температуре до 130 °С.

Акрилатные каучука - сополимеры эфиров акриловой (или метакриловой) кислоты с акрилонитрилом и другими полярными мономерами - можно отнести к маслобензостойким каучукам. Каучуки выпускают марок БАК-12, БАКХ-7, ЭАХ. Для полу­чения высокопрочных резин вводят усиливающие наполнители. Достоинством акрилатных резин является стойкость к действию серосодержащих масел при высоких температурах; их широко применяют в автомобилестроении. Они стойки к действию кисло­рода, достаточно теплостойки, обладают адгезией к полимерам и металлам. Недостатками БАК являются малая эластичность, низкая морозостойкость, невысокая стойкость к воздействию горячей воды и пара.

Теплостойкие резины получают на основе каучука СКТ.

СКТ - синтетический каучук теплостойкий, представляет собой кремнийорганическое (полисилоксановое) соединение с хи­мической формулой

Si (СН 3) 2 - 0-Si (СН 3) 2 - ...

Каучук вулканизуется перекисями и требует введения уси­ливающих наполнителей (белая сажа). Присутствие в основной молекулярной цепи прочной силоксановой связи придает каучуку высокую теплостойкость. Так как СКТ слабо полярен, он обла­дает хорошими диэлектрическими свойствами. Диапазон рабочих температур СКТ составляет от -60 до 250 °С. Низкая адгезия, присущая кремнийорганическим соединениям (вследствие их сла­бой полярности), делает СКТ водостойким и гидрофобным (напри­мер, применяется для защиты от обледенения). В растворителях и маслах он набухает, имеет низкую механическую прочность, высокую газопроницаемость, плохо сопротивляется истиранию. При замене метальных групп (СНз) другими радикалами полу­чают другие виды силоксановых каучуков. Каучук с винильной группой (СКТВ) устойчив к тепловому старению и обладает мень­шей текучестью при сжатии, температура эксплуатации от -55 до 300 °С. Вводя фенильную группу (С 6 Н 5), получают каучук (СКТФВ), обладающий повышенной морозостойкостью (от -80 до -100 °С) и сопротивляемостью к действию радиации. Можно сочетать различные радикалы, обрамляющие силоксановую связь. Так, фенилвинилсилоксановый каучук имеет повышенные механи­ческие свойства. Если ввести в боковые группы макромолекулы СКТ атомы Р или группу СМ, приобретается устойчивость к топ­ливу и маслам. Введение в основную цепь атомов бора, фосфора дает возможность повысить теплостойкость резин до 350-400 °С и увеличить их клеящую способность. Силоксановые резины сгорают при 600-700 °С, а в течение нескольких секунд выдер­живают 3000 °С.

Морозостойкими являются резины на основе каучуков, име­ющих низкие температуры стеклования. Например, резины на основе СКС-10 и СКД могут работать при температуре до -60 °С;

НК, СКВ, СКС-30, СКН-до -50°С, СКТ - ниже -75°С.

Светоозоностойкие резины вырабатывают на основе насыщен­ных каучуков -фторсодержащих (СКФ), этиленпропиленовых (СКЭП), бутилкаучука.

Фторсодержащие каучуки получают сополимеризацией нена­сыщенных фторированных углеводородов (например, СF 2 = СFС1, СНз == СF 2 и др.). Отечественные фторкаучуки выпускают под марками СКФ-32, СКФ-26; зарубежные - кель-Ф и вайтон. Кау­чуки устойчивы к тепловому старению, воздействию масел, топ­лива, различных растворителей (даже при повышенных темпера­турах), негорючи. Вулканизованные резины обладают высоким сопротивлением истиранию. Теплостойкость длительная (до 300 °С). Недостатками является малая стойкость к большинству тормозных жидкостей и низкая эластичность. Резины из фторкаучуков широко применяют в авто" и авиапромышленности.

СКЭП - сополимер этилена с пропиленом - представляет со­бой белую каучукообразную масбу, которая обладает высокой прочностью и эластичностью, очень устойчива к тепловому старе­нию, имеет хорошие диэлектрические свойства. Кроме СКЭП выпускают тройные сополимеры СКЭПТ (за рубежом близкие по свойствам каучуки - висталом и дутрал).

Резины на основе фторкаучуков и этиленпропилена стойки к действию сильных окислителей (НNОз, Н 2 О 2 и др.), применяются для уплотнительных изделий, диафрагм, гибких шлангов и т. д., не разрушаются при работе в атмосферных условиях в течение нескольких лет.

Хлорсульфо полиэтилен (ХСПЭ) является насыщенным полиме­ром. Его вулканизация основана на взаимодействии с группами ЗО^С! и С1. Вулканизаты ХСПЭ имеют высокую прочность (о-в == == 16-26 МПа), относительное удлинение 8 == 280 - 560 %. Они обладают повышенным сопротивлением истиранию при нагре­ве, озоно-, масло- и бензостойки, хорошие диэлектрики. Интервал рабочих температур от -60 до 215 °С. Применяют эти резины как конструкционный и защитный материал (противокоррозионные, не обрастающие в морской воде водорослями и микроорганизмами покрытия, для защиты от воздействия у-излучения).

Бутилкаучук (Б К) получают совместной полимеризацией изо-бутилена с небольшим количеством изопрена (2-3 %).

В бутилкаучуке мало ненасыщенных связей, вследствие чего он обладает стойкостью к кислороду, озону и другим химическим реагентам. Каучук кристаллизующийся, что позволяет получать материал с высокой прочностью (хотя эластические свойства низ­кие). Каучук обладает высоким сопротивление истиранию и высо­кими диэлектрическими характеристиками. По темпер атуростой-кости уступает другим резинам, превосходя их по газо- и паро-непроницаемости.

Бутилкаучук - химически стойкий материал. В связи с этим он в основном предназначен для работы в контакте с концентриро­ванными кислотами и другими химикатами; кроме того, его при­меняют в шинном производстве (срок службы покрышек в 2 раза выше, чем покрышек из НК).

Износостойкие резины получают на основе полиуретановых каучуков СКУ.

Полиуретановые каучуки обладают высокой прочностью, элас­тичностью, сопротивлением истиранию, маслобензостой костью. В структуре каучука нет ненасыщенных связей, поэтому он стоек к кислороду и озону, его газонепроницаемость в 10-20 раз выше, чем газопроницаемость НК. Рабочие температуры резин на его основе составляют от -30 до 130°С. На основе сложных поли­эфиров вырабатывают каучуки СКУ-7, СКУ-8, СКУ-50; на основе простых полиэфиров - СКУ-ПФ, СКУ-ПФЛ. Последние отличаются высокой- морозостойкостью (для- СКУ-ПФ- до --75 °С)-и гидролитической стойкостью. Уретановые резины стойки к воз­действию радиации. Зарубежные названия уретановых каучуков - вулколлан, адипрен, джентан, урепан. Резины на основе СКУ применяют для автомобильных шин, конвейерных лент, обкладки труб и желобов для транспортирования абразивных материалов, обуви.

Таблица 50. Физико-механические свойства каучуков и саженаполненных резин.

Группа по назначению	Тип каучука	Плотность каучука,	Предел прочности, МПа	Удлинение, %		Температура, °С		Набухание в смеси бензин - бензол за 24 ч, %
				относи­тельное	оста­точное		хрупкости
Общего назначения
Специальные:
бензомаслостойкие
химически стойкие	Бутил каучук							Набухает
теплостойкие
теплохимически стойкие
износостойкие								Не набу­хает

Электротехнические резины включают электроизоляционные и электропроводящие резины. Электроизоляционные резины, при­меняемые для изоляции токопроводящей жилы проводов и кабелей, для специальных перчаток и обуви, изготовляют только на основе неполярных каучуков НК, СКВ; СКС, СКТ и бутилкаучука. Для них ру = 10 11 - 10 15 Ом. см, б = 2,5 - 4, 1§ 6 == 0,005 - 0,01.

Электропроводящие резины для экранированных кабелей полу­чают из каучуков НК, СКН, наирита, особенно из полярного кау­чука СКН-26 с введением в их состав углеродной сажи и графита (65-70 %). Для них ру = 10 2 -10 4 Ом*см.

Резину, стойкую к воздействию гидравлических жидкостей , используют для уплотнения подвижных и неподвижных соеди­нений гидросистем, рукавов, диафрагм, насосов; для работы в масле применяют резину на основе каучука СКН, набухание ко­торой в жидкости не превышает 1-4 %. Для кремнийорганических жидкостей применимы неполярные резины на основе каучуков НК, СКМС-10 и др.

Тема. ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

(КЛЕИ И ГЕРМЕТИКИ)

Общие сведения, состав и классификация пленкообразующих материалов.

2.1.Конструкционные смоляные клеи.

2.2.Резиновые клеи.

3. Виды и характеристика неорганических клеев.

1. Общие сведения, состав и классификация пленкообразующих материалов.

Клеи и герметики относятся к пленкообразующим материалам.

Это растворы или расплавы полимеров, а также неорганические вещества, которые наносятся на какую-либо поверхность. После высыхания (затвердевания) образуются прочные пленки, хорошо прилипающие к различным материалам.

Клеи и герметики могут быть в виде жидкостей, паст, замазок, пленок.

В состав этих материалов входят следующие компоненты:

Пленкообразующее вещество (в основном термореактивные смолы, каучуки), которое определяет адгезионные, когезионные свойства и основные физико-механические характеристики;

Растворители (спирты, бензин и др.), создающие определенную вязкость; пласти­фикаторы для устранения усадочных явлений в пленке и повыше­ния ее эластичности;

Отвердители и катализаторы для перевода пленкообразующего вещества в термостабильное состояние; напол­нители в виде минеральных порошков, повышающих прочность соединения, уменьшающих усадку пленки. Для повышения термо­стойкости вводят порошки А1, Аl 2 Оз, SiO 2 , для повышения токо-проводимости - серебро, медь, никель, графит.

В зависимости от назначения пленкообразующие материалы делят на клеящие, применяемые для склейки различных материа­лов, и герметики, обеспечивающие уплотнение и герметизацию швов, стыков, емкостей и т. д.

Клеевые соединения по сравнению с другими видами неразъем­ных соединений (заклепочными, сварными и др.) имеют ряд преи­муществ:

Возможность соединения различных материалов (метал­лов и сплавов, пластмасс, стекол, керамики и др.) как между собой, так и в различных сочетаниях;

Атмосферостойкость и стойкость к коррозии клеевого шва;

Герметичность соединения;

Возможность соединения тонких материалов;

Снижение стоимости производства; экономия массы и значительное упрощение технологии изготовле­ния изделий.

Недостатками клеевых соединений являются:

Относительно низ­кая длительная теплостойкость (до 350 °С), обусловленная органи­ческой природой пленкообразующего вещества;

Невысокая проч­ность склеивания при неравномерном отрыве;

Часто необходимость проведения склеивания с подогревом;

Склонность к старению.

Однако имеется ряд примеров длительной эксплуатационной стойкости клеевых соединений. Новые клеи на основе кремнийорганических и неорганических полимеров обеспечивают работу клеевого шва при температуре до 1000°С и выше, однако большин­ство из них не обладают достаточной эластичностью пленки.

Прочность склеивания зависит от явления адгезии, когезии и механического сцепления пленки с поверхностью склеиваемых материалов.

Прочность склеивания можно повысить путем механического сцеп­ления пленки клея с шероховатой поверхностью материала; для этого перед склеиванием часто поверхности деталей фрезеруют или зачищают шлифовальной шкуркой.

На процесс склеивания влияет природа склеиваемых материа­лов.

Адгезионные свойства металлов различны. По мере убывания этих свойств металлы можно расположить в следующем поряд­ке: сталь, бронза, алюминиевые сплавы, медь, железо, латунь.

Клеящие свойства полимеров зависят от:

Наличия полярных функциональных групп;

Молекулярной массы и структуры макромолекул.

Так, полярные материалы требуют применения полярных клеев. При склеивании пластиков лучшим клеем является раствор или расплав этого же пластика. Если пластики неполярны и не раст­воряются в растворителях (полиэтилен, фторопласт-4, полипропи­лен), то характер их поверхности изменяют механическим или химическим путем.

Классификация клеев. Клеи классифицируют по ряду призна­ков. Различают следующие клеи:

По пленкообразующему вещест­ву - смоляные и резиновые;

По адгезионным свойствам - универ­сальные, склеивающие различные материалы (например, клеи БФ) и с избирательной адгезией (белковые, резиновые);

По отно­шению к нагреву - обратимые (термопластичные) и необратимые (термостабильные) пленки;

По условиям отверждения - холодного склеивания и горячего склеивания;

По внешнему виду - жидкие, пастообразные и пленочные;

По назначению - конструкционные силовые и несиловые.

Чаще используют классификацию по пленко­образующему веществу. Смоляные клеи могут быть термореактив­ными и термопластичными. Термореактивные смолы дают прочные. теплостойкие пленки, применяемые для склеивания силовых конструкций из металлов и неметаллических материалов. Клеи на основе термопластичных смол (поливинилацетата, акрилатов и др.) имеют невысокие прочностные характеристики, особенно при нагреве, и применяются для несиловых соединений неметалли­ческих материалов.

Резиновые клеи, в которых основным пленкообразующим ве­ществом является каучук, отличаются высокой эластичностью и применяются для склеивания резины с резиной или резины с металлами.

Высокотемпературными являются неорганические клеи.

Виды и характеристика органических клеев.