Из чего делают автомобильную резину? Резина и каучук — чем они отличаются

Резина – эластичный полимерный материал, продукт переработки природного или синтетического изопренового или диенового каучука.

Преобразование каучука в резину происходит путем его вулканизации. При этом линейные молекулы полимера вступают в химическую реакцию с серой, между соседними молекулами образуются сульфидные мостики. Полимер приобретает пространственную структуру. За счет изменения структуры значительно повышаются эластичность, прочность, износоустойчивость и другие технологические характеристики материала.

Достижение наилучшего возможного сочетания механических и физических свойств в процессе изготовления резины известно как оптимум вулканизации.

Технологический процесс производства включает следующие этапы:

1. образование вулканизационной сети,
2. этап индукции,
3. реверсию.

В зависимости от необходимых свойств конечного продукта в реакционную смесь вводят различные добавки: сажу, мел, пластификаторы, смягчители. Для улучшения эксплуатационных качеств готовых резиновых изделий в последнее время все чаще применяются органические добавки, в частности пероксиды и олигоэфиракрилаты.

Различают холодную и горячую вулканизацию. В производстве герметиков используется метод холодной вулканизации при температуре в пределах 20…30 градусов. Горячая вулканизация производится при температурах 140… 300 градусов.

В производстве резины применяются различные катализаторы, которые влияют не только на скорость реакции, но и на качество резины. Чаще всего в промышленности применяются тиазолы и замещенные сульфаниламиды. Сульфаниламиды обеспечивают монолитность изделия, тиазолы повышают устойчивость материала к термоокислительному старению.

Кроме холодной и горячей вулканизации существует способ под названием серная вулканизация, который применяется в производстве резины повышенной износостойкости для изготовления шин и некоторых видов обуви.

Отрасли применения резины

Примерно половина всего объема производства резины предназначается для изготовления шин. Остальное используется в качестве различных видов изоляции, для изготовления деталей различных машин и механизмов, в обувной промышленности, электротехнике, производстве медицинского оборудования, приборостроении и т. д.

Полезные изделия из переработанной резины

Сегодня человечество способно в значительной мере воспроизводить свои потребности в резине. Этот потенциал содержится не просто в отходах, а в отходах, которые некуда девать. Даже богатая природными ресурсами Россия начинает понимать здесь свою выгоду

Резиновая крошка может быть использована для изготовления качественных покрытий, применяемых в самых различных местах, в том числе на даче, детских и спортивных площадках

Опасность отходов

В процессе производства резины в атмосферу попадают оксиды серы, азота, углерода, частицы сажи, резорцин, этилен, формальдегид и ряд других агрессивных и токсичных соединений.

Не меньшую опасность представляют собой и отходы резины, например отслужившие автопокрышки, элементы изоляции и другие резинотехнические изделия. По мере нахождения на открытом воздухе резина постепенно разрушается, выделяя в окружающую среду летучие компоненты и тяжелые металлы .

В местах большого скопления отработанных автопокрышек интенсивно размножаются мышевидные грызуны и некоторые насекомые, которые поселяются в полостях шин. Эти животные являются разносчиками опасных заболеваний а также наносят прямой вред сельскохозяйственному производству и ряду сопредельных с ним отраслей промышленности. Наибольшее количество резиновых отходов есть не что иное, как изношенные шины, это наиболее крупнотоннажный и объемный мусор, поступающий на свалки мира.

Способы утилизации резиновых изделий

В развитых странах все больше внимания уделяется разработке и совершенствованию технологий вторичного использования резиновых изделий, в частности, .

Незначительно изношенные шины подвергаются ремонту путем восстановления протектора. Непригодные для ремонта изделия подлежат утилизации по различным технологиям, которые условно можно разделить на 3 группы:

1. Методы, не влияющие на физико-химические свойства материала. Это прежде всего грубое дробление отслуживших изделий. Полученная крошка подлежит захоронению либо используется в качестве наполнителя для некоторых видов бетона, асфальта или как сырье для производства резиновой плитки и подобных материалов.
2. Методы, приводящие к частичному разрушению пространственной структуры материала и частичной деструкции каучука, к которым относится получение шинного регенерата. Регенерат возвращается в цикл шинного производства и заменяет часть первичного сырья.
3. Термические методы разрушения резины. К этой группе относят пиролиз и сжигание. Более прогрессивным методом термической утилизации является пиролиз, позволяющий получать из отходов резины тепловую и электрическую энергию, ценные компоненты для химической промышленности и минимизировать количество давление на окружающую среду.

Применение продуктов резины в разных отраслях производства позволяет удешевить конечный продукт, уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу, почву и воды, а также уменьшить энергоемкость основного производства.

Расскажем из чего делают шины для автомобиля и какие компоненты используют. Несмотря на то, что рецептуры приготовления для производства некоторых шин держатся в секрете, основные компоненты состава известны.

Химический состав

Второй по количественным показателям – углерод технический (сажа). На его долю приходится примерно 30% всей смеси. Для чего используется углерод? По сути, это скрепляющий компонент смеси, действующий на молекулярном уровне. Без использования сажи покрышки были бы недолговечными, непрочными и отличались бы повышенным износом .

Вместо технического углерода используется сера. Но выбор того или иного компонента – скорее, вопрос экономической целесообразности. С технологической точки зрения разница невелика.

В качестве добавок для приготовления компаундов применяются различные масла и смолы. Они выполняют смягчающую функцию, что особенно важно при производстве зимней резины.

Факт присутствия в резине кремниевой кислоты, крахмала кукурузы или других добавок, на которых делается реклама - ничего не значит. Важно изобрести, а потом и соблюсти рецепт, который бы с применением этих компонентов обеспечил превосходные характеристики покрышки. А это удается не всем производителям.

Можно подвести итог, что автомобильные шины изготавливаются либо из резины, либо из других материалов, но с добавлением каучука. У производителей имеется свой оптимальный химический состав, который определяет различные характеристики. Один производитель делает упор на срок службы, другой - на скоростные характеристики, а третий - на поведение шины на мокрой дороге. Эти характеристики определяют цену и качество покрышки.

Трудно представить сегодняшнюю насыщенную и технологичную жизнь человека, без такого материала как резина. А ведь еще несколько веков назад о резиновых изделиях высокого качества можно было только мечтать. Теперь же этот материал незаменим в медицине, промышленности, технике, бытовой повседневной жизни.

Появление резины в жизни людей случилось довольно внезапно, после открытия Колумбом Америки. Свое начало она берет от каучука, который производился из дерева гевея. Открыв новый материк, путешественник обратил внимание на развитие индийцев и предметы ихнего быта. Больше всего его поразил мяч, которым игрались дети, сделанный из неизвестного материала. Увесистая черная сфера была довольно прыгучей и легкой, сильно обходя по качеству обычные европейские мячи из кожи.

Так Колумб узнал о деревьях, растущих в Индонезии и Бразилии, надрезы по которым, давали тянущийся сок- латекс. Именно он дал начало новому материалу, из которого в современности изготавливают резинотехнические изделия . Каучук того времени довольно часто использовали в элементах одежды или строительстве, благодаря своим не промокающим свойствам. За долгие годы совершенствования, с каучуком проводили множество экспериментов, как физических, так и химических, в надежде улучшить его свойства.

И лишь в 1893 году ученый Гудьир сумел сделать из каучука современный вид резины, которая так широко используется в наши дни. Благодаря правильной термической обработке каучук сумел получить нужные свойства и навсегда превратиться в универсальную и прочную резину. В ХХ веке резину стали активно использовать как качественный и надежный изолятор, прокладывая тысячи новых электрических маршрутов по всему миру.

Дальше - больше. Резина стала неотъемлемой частью промышленности и жизни человека. Резиновые элементы присутствовали в бытовой технике, мебели, одежде, обуви, предметах гигиены, посуде. Что касается крупных промышленных сфер, то здесь резина стала неотъемлемой частью всех процессов. На сегодняшний день трудно себе представить, как бы выглядели автомобильные шины, отрезные круги , элементы запчастей, строительных инструментов и многое другое, если бы однажды не была произведена резина, как отдельный вид материала.

СССР смог поставить в производство резину не только природного происхождения, но и синтетического, научившись добывать и синтезировать каучук, а после и саму резину из природных газов, нефти, спирта. Западные ученые долго не признавали этот факт возможным, поскольку для них эта технология была неизведанная, однако спустя годы, европейские и американские признали синтетический каучук - реальностью. Это позволило СССР шагнуть далеко вперед в технологическом плане и значительно сберечь бюджет страны, не допуская дорогостоящие закупки сырья для резины из Бразилии или стран Индонезии.

Синтетический каучук практически не уступал по свойствам природному компоненту, однако его низкая эластичность не позволяла изготавливать из него такие важные промышленные товары, как автомобильные и авиационные шины. Со временем благодаря современным разработкам и постоянным экспериментам с температурными режимами и химическим составляющими, эта проблема была полностью исчерпана.

Таким образом, щедрая природа и научные факторы смогли дать миру такой материал как резина, которая позволяет развивать современные технические и медицинские наработки, улучшая их своими природными свойствами. На сегодняшний день, резина - это один из самых прочных, выносливых и универсальных материалов человечества.

– один из самых ходовых материалов на нашей планете. Она нужна всем и всегда, без нее не двинется с места ни один автомобиль, без нее не будет работать ни одно промышленное предприятие. В этой статье мы рассмотрим процесс создания резины. Вы узнаете, какова технология производства резины и из чего ее делают.

Источники резины и краткий экскурс в историю

Первые резиновые материалы состояли в основном из натурального материала – каучука. Это продукт дерева под названием «каучуконосная гевея», которое растет в дебрях Амазонской низменности. В первые годы существования резины доля каучука доходила до 85–92%! Это немыслимая доля для сегодняшнего дня. Дело в том, что такая резина ничуть не уступала современной, скорее наоборот, превосходила ее по многим параметрам прочности и износостойкости, а затраты на ее производство были намного сегодняшних.

Одно но – из-за растущих потребностей в резине, каучуконосную гевею начали нещадно вырубать, и вскоре некогда многочисленные заросли гевеи стали стремительно исчезать. Стало совершенно очевидно, что необходимо как-то сократить вырубку этих деревьев, иначе человечество останется без резины вовсе. Ведь даже сейчас технология производства резины требует некоторого количества природного каучука, поэтому изрядную долю природного материала пришлось разбавлять многочисленными искусственными заменителями. Их мы сейчас и рассмотрим.

Каучук и химические добавки

Ключевой этап создания резины – вулканизация. Ее производят с помощью специальных синтетических компонентов – активаторов вулканизации. Сама по себе резина без этой процедуры непригодна. Помимо активаторов вулканизации необходимо добавлять вулканизирующие агенты. И только после этого активаторы вулканизации. Дело в том, что без агентов будет невозможно начало вулканизации. После агентов добавляют активаторы. И только после этого возможно начало процесса вулканизации. Вторым по важности компонентом можно назвать регенерат – этот синтетический продукт позволяет проводить процедуру вулканизации еще раз.

К смягчающим компонентам резины (разумеется синтетического, искусственного происхождения) относят противостарители, наполнители и пластификаторы, которые выполняют функцию замены природной пластичности каучука, которого не хватает в резине. Этот компонент придает резине пластичные свойства, которые позволяют ей как стягиваться, так и растягиваться, не трескаясь при этом. Также в резину добавляют различные модификаторы, ароматизированные синтетические смолы и порообразователи. Задача последних состоит в том, чтобы в резине образовывались небольшие пузырьки воздушного пространства, незаметные глазу. Они играют роль своеобразной воздушной подушки, снижая давление на шину при движении автомобиля. Не во всех случаях представляется возможным создать синтетический каучук и использовать его в постоянных целях. Иногда все же приходится прибегать к использованию полностью натуральных каучуков.

Технологический процесс создания резины

Первый и самый важный этап создания резины – вулканизация. Каучуковые молекулы по своей природе очень гибкие, то есть не годятся для грубого использования (езда на машине, к примеру), поэтому необходимо формирование новой сетки (кристаллической решетки). Вулканизация делает каучук твердым, то есть превращает его в материал с иными физическими свойствами – в резину. Сама вулканизация включает в себя несколько этапов:

1. Формирование новой кристаллической решетки;
2. Индукцию;
3. Реверсию.

Технология производства резины подразумевает полное изменение свойств каучука. Прочность каучука, как природного, так и синтезированного, значительно ниже, чем прочность уже готовой вулканизированной резины. Эластичность тоже является одним из самых важных показателей для эксплуатации. Чем менее эластична резина, тем больше она будет трескаться. И дело даже не в эксплуатации. Если неэластичная резина будет просто лежать, она также потрескается, но уже просто от разницы дневных и ночных температур.

Эластичная резина будет стягиваться и растягиваться до того предела, который заложен в нее при создании – чем больше в каучук положили пластификаторов при вулканизации, тем эластичнее будет уже готовая резина. Современная технология производства резины уже не подразумевает участия в процедуре вулканизации натурального каучука, все процессы и принципы химического воздействия основаны на взаимодействии синтетических каучуков с химическими реагентами. Но, правда, не всегда добавки и компоненты бывают исключительно синтетическими.

В зависимости от конечного назначения резины в процессе вулканизации в нее могут добавляться:

• сажа;
• ацетилированный ланолин;
• глицерин.

Виды вулканизации

Наиболее популярными методами создания резины остаются горячая и холодная вулканизация. Горячая вулканизация проводится при температуре от +250 0 С до +290 0 С. Холодная вулканизация дает температуру от +20 0 С до +30 0 С и обычно используется для создания материалов-герметиков. Существует еще и серная вулканизация, которая нужна для создания камер для авто, армейской и туристической обуви и покрышек для велосипедов. В данном случае используются горячая сера и катализаторы, которые помогают ускорить процесс вулканизации.

Процесс производства резины, видео-обзор:

Резина (от лат. resina - смола) (вулканизат), эластичный материал, образующийся в результате натурального и синтетических каучуков. Представляет собой сетчатый эластомер - продукт поперечного сшивания каучуков химическими связями.

Получение резины

Резину получают главным образом вулканизацией композиций (резиновых смесей), основу которых (обычно 20-60% по массе) составляют каучуки. Другие компоненты резиновых смесей - вулканизующие агенты, ускорители и активаторы вулканизации (см. ), противо-старители, (мягчители). В состав смесей могут также входить регенерат (пластичный продукт регенерации резины , способный к повторной вулканизации), замедлители , модификаторы, душистые вещества и другие ингредиенты, общее число которых может достигать 20 и более. Выбор каучука и состава определяется назначением, условиями эксплуатации и техническими требованиями к изделию, технологией производства, экономическими и другими соображениями (см. , ).

Технология производства изделий из резины включает каучука с ингредиентами в смесителях или на вальцах, изготовление полуфабрикатов (шприцеванных профилей, каландрованных листов, прорезиненных тканей, корда и т.п.), резку и раскрой полуфабрикатов, сборку заготовок изделия сложной конструкции или конфигурации с применением специального сборочного оборудования и вулканизацию изделий в аппаратах периодического (прессы, котлы, автоклавы, форматоры-вулканизаторы и др.) или непрерывного действия (тоннельные, барабанные и др. вулканизаторы). При этом используется высокая резиновых смесей, благодаря которой им придается форма будущего изделия, закрепляемая в результате вулканизации. Широко применяют формование в вулканизационном прессе и , при которых формование и вулканизацию изделий совмещают в одной операции. Перспективны использование порошкообразных каучуков и композиций и получение литьевых резин методами жидкого формования из композиций на основе . При смесей, содержащих 30-50% по массе S в расчете на каучук, получают .

Свойства резины

Резину можно рассматривать как сшитую , в которой каучук составляет дисперсионную среду, а - дисперсную фазу. Важнейшее свойство резины - высокая эластичность, т.е. способность к большим обратимым в широком интервале температур (см. ).

Резина сочетает в себе свойства (упругость, стабильность формы), (аморфность, высокая деформируемость при малом объемном сжатии) и (повышение упругости вулканизационных сеток с ростом температуры, энтропийная природа упругости).

Резина - сравнительно мягкий, практически несжимаемый материал. Комплекс ее свойств определяется в первую очередь типом каучука (см. табл. 1); cвойства могут существенно изменяться при комбинировании каучуков различных типов или их модификации.

Модуль упругости резин различных типов при малых деформациях составляет 1-10 МПа, что на 4-5 порядков ниже, чем для стали; коэффициент Пауссона близок к 0,5. Упругие свойства резины нелинейны и носят резко выраженный релаксационный характер: зависят от режима нагружения, величины, времени, скорости (или частоты), повторности деформаций и температуры. Деформация обратимого растяжения резины может достигать 500-1000%.

Нижний предел температурного диапазона высокоэластичности резины обусловлен главным образом температурой стеклования каучуков, а для кристаллизующихся каучуков зависит также от температуры и скорости . Верхний температурный предел эксплуатации резины связан с термической стойкостью каучуков и поперечных химических связей, образующихся при вулканизации. Ненаполненные резины на основе некристаллизующихся каучуков имеют низкую . Применение активных наполнителей (высокодисперсных , SiO 2 и др.) позволяет на порядок повысить прочностные характеристики резины и достичь уровня показателей резины из кристаллизующихся каучуков. резины определяется содержанием в ней наполнителей и пластификаторов, а также степенью вулканизации. Плотность резины рассчитывают как средневзвешенное по объему значение плотностей отдельных компонентов. Аналогичным образом могут быть приближенно вычислены (при объемном наполнении менее 30%) теплофизические характеристики резины : коэффициент термического расширения, удельная объемная теплоемкость, коэффициент теплопроводности. Циклическое деформирование резины сопровождается упругим гистерезисом, что обусловливает их хорошие амортизационные свойства. Резины характеризуются также высокими фрикционными свойствами, износостойкостью, сопротивлением раздиру и утомлению, тепло- и звукоизоляционными свойствами. Они диамагнетики и хорошие диэлектрики, хотя могут быть получены токопроводящие и магнитные резины .

Резины незначительно поглощают воду и ограниченно набухают в органических растворителях. Степень набухания определяется разницей параметров растворимости каучука и растворителя (тем меньше, чем выше эта разность) и степенью поперечного сшивания (величину равновесного набухания обычно используют для определения степени поперечного сшивания). Известны резины , характеризующиеся масло-, бензо-, водо-, паро- и термостойкостью, стойкостью к действию химически агрессивных сред, озона, света, ионизирующих излучений. При длительном хранении и эксплуатации резины подвергаются старению и утомлению, приводящим к ухудшению их механических свойств, снижению прочности и разрушению. Срок службы резины в зависимости от условий эксплуатации от нескольких дней до нескольких десятков лет.

Классификация резин

По назначению различают следующие основные группы резин : общего назначения, теплостойкие, морозостойкие, маслобензостойкие, стойкие к действию химически агрессивных сред, диэлектрические, электропроводящие, магнитные, огнестойкие, радиационностойкие, вакуумные, фрикционные, пищевого и медицинского назначения, для условий тропического климата и др. (табл. 2); получают также пористые, или губчатые (см. ), цветные и прозрачные резины .

Применение резины

Резины широко используют в технике, сельском хозяйстве, быту, медицине, строительстве, спорте. Ассортимент резиновых изделий 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 ткани, герметики и др. Более половины объема вырабатываемой резины используется в производстве шин.