Каучуктың қолайлы және қажетті
қасиеттерінің бірі ол майысқақтығы –
каучуктың белгілі бір күш әрекет еткен
соң оның бастапқы қалпына келуі. Каучук
майысқақтық тұрақтылығы белгілі бір
температурада ұзақ уақытқа сақтала алады.
Ұзақ сақталған каучук уақыт өте келе
қатайа бастайды.
-195°C температурада каучук
қатты және мөлдір; 0°C-ден 10°C-ге
дейін морт сынғыш және мөлдір
емес, ал 20°C – жұмсақ және мөлдір.50°C-ге
дейін қыздырғанда жұмсақ және жабысқақ;
120°C-де смолаға ұқсас сұйықтыққа айналады,
ал осы суығанда бастапқы зат қалпыны
келеді.Ал 200 - 250°C-де каучук газ түріне
айналады [1,2,7].
1.3 Каучуктың алыну жолдары
Табиғи каучукты, негізінен,
Бразилияда өсетін гевея ағашынан алады.
Каучук алу үшін өсімдіктің қабығын кертіп
тіледі. Сол тіліктен ағатын сүтті шырынды
(латексті) — каучуктың коллоидті ерітіндісін
жинап алады. Сосын ерітіндіге электролитпен
әсер етіп немесе қыздырып коагуляциялап
(ірілендіріп) каучук жасайды. Эксперименттік
жолмен каучук, негізінен, 2-метилбутадиен-1,3-тің
(изопреннің) полимері (С5Н8)n екені анықталды.
Лебедев жолымен алу әдісі
Бір бразилиялық гевеия ағашынан
орташа есеппен жылына 2-3 кг. каучук алуға
болады. Екінші дүниежүзілік соғысқа дейін
орташа есеппен бір гектар жерден жылына
300-400 кг. каучук алуға болатын еді..Бұл
көрсеткіш өте төмен болды, өйткені адам
қажеттілігінің өсуі жылдан-жылға арта
түсті. Сондықтан синтетикалық каучук
алу қажеттілігі туды. Бұл біріншіден
жұмыстың уақытын үнемдеуге, екіншіден
жұмыс күшін үнемдуде қолайлы болатын
еді.
Технологияның дамуна байланысты
качуктың тек синтетикалық түрін алып
қана қоймай каучуктың температураға,
қысымға және т.б. қоршаған орта әсеріне
төтеп беретін қасиеттерге ие болатынын
алу қажеттілігі туды.
Мұндай каучук алуда көптеген
ғалымдар еңбектенген болатын. Синтетикалық
каучуктердің алыну тәсілдері 1900 жылдан
басталған болатын. 1900 жылы Бутлеров оқушысы
И.Л. Кондаков ең алғаш жасанды жолмен
каучук алған болатын.Осы сияқты Бутлеровтың
тағы бір оқушысы химик – органик А.Е.
Фаворский изопренді синтездеп, полмеризациялап
алды. Синтетикалық каучук алуда Е. Кавенту,
О.Г. Филиппов, Б.В. Бызов, И.И. Остромысленский
сияқты ғалымдар да еңбектенген болатын.
Жасанды каучуктың ойлап табу себептерінің
бірі ол табиғи каучуктың кемшіліктерінің(температураға
тұрақсыздығы) болуына байланысты
болды.
1910 жылы Лебедев ең алғаш рет
синтетикалық каучук алды.Синтетикалық
каучук алу заттарының бірі этил спирті
болады.
Этилспиртінен бутадиен алынды
өйткені бутадиен изопренге қарағанда
қолайлы болды.
Содан соң полимеризация нәтижесінде
металдық натрий қатысында синтетикалық
каучук алынған болатын.
1932 жылы осы ашылудың
нәтижесінде Ресейде жасанды
каучук өндіретін екі үлкен
зауыттың соғылуына алып келді.
Лебедев тәсілі өте қолайлы
болды [7].
1.4 Резина көп компонентті жүйе
Резина дегеніміз құрамына
каучуктен басқа 10-15, ал кейде одан да көп
алуан түрлі заттар (ингредиенттер) енетін
күрделі көп компонетті жүйе. Резина өзінің
бағалы техникалық қасиеттеріне өндірістің
соңғы циклінде ие болады.
Резинаның арнайы қаиеттері
– жоғары созылымдылығы, статикалық және
динамикалық күш түсіргендегі қайтымды
деформациялана білу қабілеті, активті
химиялық заттардың әсеріне төзімділігі,
су мен газды аз өткізуі, жақсы диэлектриктік
және басқа да қасиеттері оның техниканың
әртүрлі салаларында кеңінен қолданылуына
мүмкіндік береді.
Резина бұйымдарының өндірісі
– өнеркәсіптің ең ірі саласы, оның өнімдері
халық шаруашылығының баолық салаларында
қолданылады. Резина бұйымдарының (шиналар,
тежегіш қондырғыларды, кеуекті бұйымдар,
және алуан түрлі бөлшектер) негізгі тұтынушылары
қазіргі заманғы автомобиль, ауа және
темір жол көліктері болып табылады. Резина
диэлектірлік қасиеттерін созылымдылығын
және әртүрлі атмосфералық әсерлерге
төзімділігін үйлестіре отырып, маңызды
оқшаулағыш материал ретінде электр-техникалық
өнеркәсіпте (желілер, әртүрлі электр
приборлары және т.б өндірісінде)кеңіне
қолданылады.
Халық шаруашылығында әртүрлі
резина-техникалық бұйымдар: тиеу-түсіру
жұмыстарына арналған транспортерлік
конвейерлі таспалар; қозғалтқыш білігінен
машиналар ме механизмдерге айналмалы
қозғалысты беруге арналған белдіктер
мен иілімді шлангілер; нығыздаушы бөлшектер
(сальниктер, төсемдер), муфталар, амортизаторлар
және басқалар көптеп қолданылуда. Қазіргі
заманғы автомобильге жүздеген резина,
резина-металдық және резина-тоқымалық
бөлшектер енетінін айтсақ соның өзі жеткілікті
болары сөзсіз.
Кеңінен қолданылатын резиналық
бұйымдардың (аяқ киімдер, киімдер, санитария
және гигиена бұйымдары және т.б) маңызы
көпшілікке белгілі.
Резиналарды дайындауға қажетті
негізгі шикізат – синтетикалық және
табиғи каучуктер болып табылады. Ең бастысы
резиналардың техникалық қасиеттері өздері
жасалған каучук түріне байланысты.
Резиналақ бұйымдардың іс жүзінде
қолдану жағдайына байланысты олардың
өндірісінде әртүрлі каучутер қолданылады.
Мысалы, майға, бензинге төзімді резиналық
бұйымдарды синтетикалық бутадиен-нитрилді
немесе хлорпренді каучуктерден жасайды.
Жоғары температура әсеріне ұшыратын
резиналық бұйымдар өндірісінде жылуға
төзімді силоксанды каучуктер және құрамында
фторы бар полимерлер қолданылады. Автомобил
шиналарының динамикалық деформациялар
мен тозуға қарсылығын арттыру үшін табиғи
және синтетикалық стереоретті изопренді
мен бутадиенді каучуктерді немесе олардың
қоспасын, сондай-ақ бутадиен-стиролды
каучукті пайдаланады. Осы сияқты мысалдарды
көптеп келтіруге болады.
Дегенмен, резиналық бұйымдардың
қасиеттері тек каучук түріне ғана емес,
сонымен қатар резина дайындағанда қолданылатын
ингредиенттерге (вулкандаушы заттар,
вулкандау процесінің үдеткіштері мен
активаторлары, толықтырғыштар, пластификаторлар,
ескіруге қарсы тұрушылар, арнайы
Резина өндірісінде қолданылатын
маңызды ингредиентке күйні жатқызуға
болады. Оны резина қоспасына қосқан кезде
резинаның беріктігі, оның қаттылығы,
мүжілуге қарсылығы артады. Резина бұйымдарының,
әсіресе синтетикалық каучуктерден жасалғандарының
көпшілігінің құрамында әжептәуір мөлшерде
(каучуктің 100 салм.б. 50-ден 100-ге дейін салм.б.)
күйге енеді.
Резина-маталы бұйымдарды жасау
үшін көп мөлшерде алуан түрлі маталар
қажет. Мысалы, шина өнеркәсібінде каучуктің
әрбір тоннасына 240 кг-нан артық тоқыма
маталары жұмсалады. Соңғы кезде резина-маталы
бұйымдардың беріктігін арттыру үшін
жасанды және синтетикалық талшықтар
(жасанды жібекті, полиамидті, полиэфирлі
және басқа да) қолданылуда.
Резиналық бұйымдардың қолданылу
саласының ұлғаюына және олардың техникалық
қасиеттеріне қойылатын талаптардың өсуіне
байланысты, каучуктерден резиналарды
алу механизмдерін, деформацияланғандағы
резина қасиеттерін, әртүрлі пайдаланылу
жағдайында резиналардың бұзылу сипаты
және басқа да құбылыстарды ғылыми зерттеуге
тура келеді.
Осындай зерттеулер негізінде
каучуктер құрылысы, вулканданған резина
құрылымы, резиналарды вулкандау, ескіруі
және қажуы кезінде жүретін химиялық түрлену
маңызы жөнінде ұғымдар жетілдірілді
және резина технологиясының физика-химиялық
негізі қаланды [5,12,14,15].
1.5 Силиконды резина қасиеттері
Силиконды резина – бұл эластикалық
материал, жоғарғымолекулалық базада
кремнеорганикалық каучуктерден алынады.
Силиконды резинаның басты
құрылысы, басқа түрлерінен айырмашылығы,
- бұл кремнии және оттегі атомдарының
көлденең тігулерінде. Бұл өзінің бейорганикалық
заттарға жақын қасиетінің бар екендігін
көрсетеді.
Силиконды каучук молекуласының
фрагменті
Кремнидің қалған буындары
органикалық радикалдармен (R) байланысқан,
бірінші ретте метильдермен, бұл оның
басқа резинамен ұқсастығын көрсетеді.
Температураға шыдамдылығын
тексеру
Силиконды резина өзінің қасиеттерін
-50°C-ден +180°C температуада сақтайды.
Оны +250°C жақын температурада
бірнеше мың сағат қолдануға болады. Әсіресе
+200°C температурада тұрақтылығы өте жоғары.
-100°C температурада да тұрақтылығы
сақталады.
График 1 - Стирол-бутадиенді
каучуктың және силиконды резинаның +200°C
температурада ыстық ауамен өңдеу тұрақтылығы.
Бөлмелік температурада.
График 2 - Силиконды резина
қаттылығы(ыстық ауамен өңдегенде). Бөлмелік
температурада.
Химиялық тұрақтылығы
Силиконды резина тұздарда,
қайнаған суда, спирттерде, фенолда, әлсіз
қышқылдара, сутек пероксидінде тұрақты.Алифат
көмірсутектерінде ісінеді.
Егер барлық ережеге сай өңделсе
силиконды резина улы емес. Сондықтан
да ол медицинада таптырмайтын құрал болып
есептеледі [15].
1.6 Каучукты резиналық бұйымдарға
өңдеу
Қазіргі заманғы техника
және технологияда каучук көптеген жоғарғы
молекулалық қосылыстардың арасында көптеп
қолданылады.Каучук өнеркәсіпте қолданылатын
резиналы, резина –маталы, резина металды
және ауыл шаруашылығында, транспортта
және үй шаруашылық заттарын дайындаудың
негізгі компоненттің бірі болып табылады.
Каучук негізінде 40000-ға жуық резина өнімдерін
алады, оларға автомобильді және авиационды
шиналар, ременьдер, иілгіш шлангтар, машина
және механизмдердің бөлшектері, санитарлы
және гигиеналы құралдар жатады. Бұларға
деген жылдық сұраныс ондаған миллион
метр квадратты құрайды. Резинаның мұндай
кең ауқымды қолданылуы олардың жоғары
төзімділікпен қайтымды деформацияға,
эластикалылыққа қабілеттілік қасиетімен
түсіндіріледі.
Резиналар көптеген химиялық
реагендердің әсеріне төзімді болғандықтан
оларды химиялық аппараттардың футеровкасы
ретінде және тығыздау бөлшектерін дайындау
кезінде қолданылады. Олар газды, суды
өткізбейді жоғары диэлектрлік қасиеттері
бар және кабель, аэростат, скафандр және
т.с.с өндірісінде таптырмайтын материал.
Резина өндірісінің материалдары
және шикізаты
Резина алуда қолданылатын
шикізаттар: шикі каучук, синтетикалық
латекстер және смолалар, регенерат, вулкандаушы
заттар, вулкандауды жылдамдатқыштар,
активаторлар немесе ивулкандауды төмендетушілер,
бояғыштар, пластификаторлар, активті
толықтырғыштар, армирлеуші және қосымша
материалдар. Резинаның қасиетін анықтаудағы
негізгі шикізат каучук болып табылады.
Каучуктер - жоғары молекулалық
қосылыстар. Олар сызықты құрылымға ие
және жоғары төзімділікті деформациялық
қасиеті бар. Резина дайындау
Табиғи каучуктер кең ауқымджы
қолданыстағы (шина, ремень, аяқ киім және
т.б) резина өнімдерін дайыньдау үшін қолданылатын
жалпы қолданыстағы каучуктерге жатады.
Синтетикалық каучуктер макромолекуланың
құрылысына тәуелді органикалық, элементорганикалық,
неорганикалық болып бөлінеді. Макромолекулалары
бір мономер буынан тұратындарын гомополярлы
деп, ал макромолекулалары екі немесе
бірнеше мономер буындарынан тұратын
сополимерлер деп атаймыз.
Табиғи каучук 1932 ж дейін резина
өндірісінде қолданылатын жалғыз шикізат
маериалы болды. Табиғи каучукты каучукты
өсімдіктердің шырынынан (као-чу, талдың
жасы), тропикалық гевея ағашынан 99% дүние
жүзілік каучукты бөліп алады. Гевея талының
шырыны (латекс) каучуктың бөлшектерін
(30% дейін) құрайды, судағы өлшенділері
(60%дейін), белокты заттар (2-2,7%) смолалар
(1,65-3,4%) қантта (1,5-4,2%) және минералды (0,2-0,7%)
заттар. Латекстің құрамына талдың жасы,
жыл мезгілі климаттық жағдайлар әсер
етеді. Шырынды алған жерін қышқылдармен,
мысалы сірке қышқылымен өңдегенде гель
тәрізді өнім түзілуімен шырынның коагуляциялануы
жүреді. Бұл өнімді біліктер (вальцы) арқылы
өткізіп, кептіреді және жапырақ түрінде
қолданушыға жібереді.
Табиғи каучуктердің макромолекулалары
[-СН2-С=CH-CH2-]n элементарлы
изопрен CH3 буындарынан
тұрады, оның тығыздығы (917-937кг/м3) және молекулалық
массасы жоғары (150000-500000 мыңға дейін) болады.
Мұндай ұзын иілгішті макромолекулалық
қасиеті каучуктың физикалық және механикалық
қасиеттерін анықтайды.Ол жоғары эластикалық,
берік, жылуөткізгіштігі және гигроскопиялылығы
аз және күшті изолятор болып табылады.
Бөліну кезіндегі беріктілігі – 1-4МПа-ға
дейін болады, ал вулкандалған күйде 30МПа-ға
дейін.
Табиғи каучук термопластикалық
полимер болып табылады. 2000С темпрературадан
жоғары қыздырғанда изопрен және басқа
да төмен молекулалық қосылыстар түзе
отырып бөлінеді, ал радиациялы сәулелендіру
кезінде сутек бөлінеді. Табиғи каучук
клей ретінде қолданылатын тұтқыр ерітінді
түзе отырып бензинде, бензолда, күкіртті
көміртекте ериді.
Каучуктың макромолекуласында
қос байланыс болғандықтан, ол галогендермен
тиоспирттермен, тиоқышқылдармен, оттекпен,
озонмен әрекеттеседі. Күкіртпен және
органикалық тотықтармен әрекеттескенде
табиғи каучуктың макромолекуласының
сызықты құрылымы толы күйге өтеді
(вулканизация процесі). Каучуктың
бұл қасиеті резина алуға негізделген.
Табиғи каучук негізінен
резина дайындау үшін қолданылады, оның
көп бөлігі автомобиль шиналар алу үшін
қолданылады және тек 1% ғана аяқ киім өндірісінде,
резиналық клей алуда қолданылады.
Синтетикалық каучуктер қазіргі
кезде резина өндірісіндебасты орын алады.
Қолдану аймағына байланысты синтетикалық
каучуктер келесі түрге бөлінеді: бутадиенді
(бутадиен синтетикалық каучук БСК), Бутадиен
стиролды каучук ССК), бутадиен-метилстиролды
(СКМС), изопренді (ИСК), жалпы қолданыстағы
каучуктер, нитрилді бутадиен (НСК), хлорпропенді
(наирит), бутилкаучук, тиоколды, силиконды
және т.б. Дүние жүзіндегі бірінші синтетикалық
каучук 1932ж СССР-де алынған, біраз уақыттан
кейін каучукты Германияда (1938) және
АҚШ-да (1942ж) ала бастады.
Синтетикалық каучукты алу
процесі екі стадиядан тұрады: мономерлер
синтезі және мономерлердің полимеризациясы
немесе поликонденсациясы. Синтетикалық
каучуктерді немесе латекстерді алу үшін
каучукогенді мономерлер қолданылады:
бутадиен, стирол, изопрен, хлорпропен,
изобутилен, және т.б. Натрий бутадиенді
каучук (БСК) академик С.В. Лебедев әдісі
бойынша метал натрий қатысында бутадиен
полимеризациясын синтетикалық жолмен
алынған алғашқы каучук болып табылады.
Бұл үшін бутадиенді катализаторлардың
қатысында этил спиртінен алады. Қазіргі
уақытта негізінен бутанды дегидрлеу
арқылы алады. Натрий бутадиенді каучук
эластикалық қасиетке ие, басқа натуралды
және синтетикалық каучуктермен салыстырғанда
төзімділік суыққа тұрақтылық қасиеттері
төмен, сондықтан қазіргі уақытта ол қолданылмайды.