Каучук табиғаты, шығу тарихы , құрылысы

Бутадиен стиролы каучуктерді бутадиеннен және стиролдан, бутадиеннен және метилстиролдан алады. Жоғарыда келтірілегн мономерлердің  сополимеризация поцесін эмульсиялық әдіспен алады. Стиролдың құрамына тәуелді бутадиен стиролды каучуктерді әр түрлі сандық индекстермен белгілейді, мысалы СКС-10 типті каучуктың құрамында 10% стирол және 90% бутадиен болады. Каучуктегі стиролдың  немесе метилстиролдың көбеюінен жабысу қабілеттілігі, эластикалық қасиеті, суыққа төзімділігі нашарлайды, бірақ беріктік көрсеткіштері жақсарады.

Мономерлерден бөлінген латекс ары қарай электролиттермен, тұз (NaCl) немесе қышқыл (CH3COOH) ерітінділерімен әрекеттесе отырып коагуляцияланады. Түзілген гель тәрізді өнімді сумен жуады, сусыздандырады және машинаға жібереді. Бұдан лента түріндегі латекс шығады, оны ыстық ауамен кептіреді талькпен пудраланады және рулонға оралады. Рулондарды нитратпен сіңірілген матадан жасалған қаптарға немесе поливинилхлоридтен жасалған қаптарға қапталып, дайын өнім қоймасына жіберіледі.

Каучуктың бұл тобынан ең көп қолданылатын каучуктер СКС-10, СКС-30, СКМС-10,СКМС-30, СКС-30 және СКМС-30 каучуктері әмбебап каучуктерге жатады. Олар шиналар, транспортты, ленталар, аяқ киімдер және басқа да резина өнімдерін дайындау үшін қолданылады. СКС-10 және СКМС-10 каучуктері ысыған кезде жоғары беріктілік, қаттылық қасиетке ие, бензинде, бензолда және басқа да көміртектерде ериді.  Резина қоспаларының әр түрлі ингредиенттерімен араласады.

Осы каучуктердің негізіндегі толықтырылмаған  резиналардың бөліну беріктігі жоғары емес. Механикалық қасиеттерін жағарылату үшін резиналардың құрамына толықтырғыштарды енгізеді, мысалы  күл (сажа) бөлігінің 5 масс. Мұндай резиналардың бөліну (сөгілу)беріктігі 20-25МПа және шынылану 72-770С дейін болады.

Синтетикалық изопренді каучук (СИК) алғашқы рет Совет одағыда алынып, резина алуда кеңінен қолданылуда оны изопренді полимеризациялау арқылы (15%)изопентан немесе еріткіштерде 18-250С температурада комплексті катализаторлар қатысында (металл литий, титанның тертахлориді) үздіксіз әдіспен дайындалады.

СИК жоғары беріктілік және жабысу қасиетіне ие, 1000С-ға дейін қыздырғанда өзінің қасиеттерін сақтайды. Өзінің құрылымы, физикалық қасиеттері бойынша СИК табиғи каучукке жақын, сондықтан басқа каучуктерден ерекшелігі резина дайындау кезіде табиғи каучуктің орнына қолдануға болады. СИК-тан алынатын резиналар майларда, бензинде және басқа  да органикалық заттарда ісінеді, ауадағы оттекпен тотығады, суыққа тұрақты және газ өткізбейді.

Хлорпропенді каучук (наирит) хлорпропеннің эмульсиялық  полимеризациясы арқылы алады. Процесті эмульгатор (натрий олеаты) қатысында сулы ортада жүргізеді. Алынатын латекс қышқылдармен және тұздармен әрекеттесе отырып, коагулирленеді, кейін гельтәрізді өнімді жуып, кептіреді және  жапырақтарға, блоктарға айналдырады. Мұндай каучуктың  орташа молекулалық массасы ~100000 болады. Наирит пластификацияны қажет етпейді, себебі жоғары  жабысу қабілетке ие. Бұл табиғи каучукпен салыстырғанда  қатты, нығыз зат.

Беріктік қасиеті бойынша олардың қасиеттері  табиғи каучукке жақын. Ол көміртектің  май қатарында ерімейді  бірақ хлорланған  және ароматты көміртектерде ериді, жарықтың озонның әсеріне тұрақты, отқа төзімді.

Резина алу кезінде каучукты мырыш, сынап тотықтарының қатысында вулкандайды. Осының негізінде алынатын резиналардың беріктігі жоғары 22-35МПа-ға дейін болады. Наирит температура  өзгерісіне тұрақты емес, сақтау кезінде қатаяды, ал қыздырған кезде одан хлорлы сутек бөлінеді. Ол негізінен ремень, транспортты ленталар, клейлер өндірісінде, кабель дайындау үшін қолданылады.

Синтетикалық латекстер  - мөлшері 5·10-6- 5·10-4см-ге дейін 35% каучуктың бөлшектерінен тұратын күрделі коллоидты жүйе. Жүйедегі эмульгатордың қатысының арқасында олар суда  тұрақты болады. Латекстерді эмульсиялық полимеризация және сополимеризациямен алады. Бутадиен - стиролды, хлорпропенді, бутадиен нитрильді, бутадиен винилиден хлоридті латекстер өте көптеп қолданылады.

Регенерат дегеніміз – резина өндірісіндегі  қалдықтарды, резиналарды, пайдаланылған шиналарды және т.б. өнімдерді  қайта өңдеу нәтижесінде алынатын материал.  Регенераттарды майдаланған резиналарды 150-2000С-да пластификаторлардың және басқа заттардың қатысында 10-16 сағат жылулық өңдеу барысында алады. Қыздыру нәтижесінде  резина девулканизацияланады. Және материал пластикалық массаға айналады. Регенерат каучуктен 3-5 есе арзан болғандықтан  резина өнеркәсібінде кеңінен қолданылады. Сонымен бірге резина қоспасына регенерат енгізгенде, оны өңдеуді және  өнім дайындауды жеңілдетеді, резиналардың химиялық тұрақтылығын  және олардың ескіруге қарсылығын жоғарылатады.

Армирлеуші материалдар. Армирлеші материалдар резина өнімін дайындау үшін қолданылады. Оларға салмақ түсіргенде  және қыздырғанда өзінің  размерін сақтауға  мүмкіндік береді [12,13,16].

 

Резина қоспаларының ингредиенттері.

Резина -  үлкен жоғары эластикалық деформацияға қабілетті материал. Оны каучуктен (не регенераттан) немесе ингредиент деп аталатын каучук қоспаларынан  және т.б. заттардан алады. Резина қосапсына кіретін заттардың саны, резинаның жұмыс жағдайына  және оын өнімге  тәуелділік негізінде 5-20-ның арасында болады.

Жоғарыда айтылып кеткендей, каучуктың  макромолекулалары  сызықты және тармақталған құрылымды  болады, сондықтан макромолекуланың  арасында бүйір көпірлер түзетін (вулканизация процесі) сызықты құрылымды кеңістіктік құрылымға  айналдыру үшін  резина қоспасына  вулкандаушы заттарды  (күкірт, метал тотықтары және т.б)  қосады.

Вулканизация ядролы сәулеленуден  тууы мүмкін, бұл жағдай да вулканизаторлар  қажет болмайды. Вулканизация процесін резина қоспасына вулканизацияның  жылдамдытқыштарын  енгізіп жылдамдатуға болады, бұл сонымен қатар  резинаның физикалық механикалық  қасиеттерін жақсартады. Кейбір жағдайларда резина алуда жылдамдытқыштардың әсерін  жылдамдатуға не бәсеңдету үшн активаторлар қолданылады, ал керек жағдайда вулканизация поцесін  бәсеңдетушілерді қолданады.

Резинаның механикалық және басқа  қасиеттерін майдаланған порошок түріндегі активті толтырғыштарды (сажалар, кремнидің, титаннның қостотығы, цинктің оксидтері) қоспаға енгізу арқылы жақсартуға болады. Олардың мөлшері  - каучуктың 100 масс. бөлігіне 15-100 масс. бөліктердің арасында болады. Активсіз толықтырғыштар (бор, тальк, каолин және т.б. заттар) резинаның беріктік қасиетін болмашы жоғарылатады, бірақ олар резинаның қайта өңделуін жақсартады және оның бағасын төмендетеді.

Каучуктен және резинадан жасалған өнімдер  тыныштық күйде тұрса да, ауадағы оттектің әсерінен ескіріп,  сынғыш және әлсіз болады. Бұл процесті тоқтату немесе бәсеңдету үшін резина қоспасының  құрамына ескіруге қарсы  заттарды (фенолды, ароматты аминдер) енгізеді. Резинадан жасалған өнімдерге  түс беру үшін  толтырғыш – коллоидты кремний қышқылын немесе  мырыш оксидын  және бояғыштар қолданылады.

Резина өнімдерін дайындау

Резина өнімдерін дайындау процесі  бірнеше стадиядан тұрады:

1. Ингредиенттерден резина қоспасының шикізатын дайындау;

2. Шикі резина қоспасынан өнімдерді дайындау;

3. Өнімді вулканизациялау;

4. Өнімді өңдеу.

Резина  қоспасын дайындау шикізат материалдарын  дайындаумен және оларды араластырумен байланысты.

Резина қоспаларын құраушыларды араластыру резина аралсатырғыштарды  және біліктерде жүргізіледі. Резина қоспасы станинаға қатайтылған екі валканың арасындағы біліктерге (вальцы) беріледі.  Алдыңғы валканың айналуы  артқы валкіге қарағанда азырақ болғандықтан валкілердің айналу жылджамдығы әр түрлі болады. Резина қоспаларын зазор  арқылы өткенде  оның деформациялық жылжуы пайда болады, бұл ингредиенттердің  бірқалыпты әрекеттесуіне алып келеді. Бөлшектерді, трубаларды, резиналы маталарды  және т.б. дайындау үшін червячты престер (шприц машиналар), каландрлер қолданылады. Каландрдың жұмыс істеу үлгісі 1 суретте көрсетілген [15,17].

 

 

 

 

 

а ) б )

 

 

а) 1-алдыңғы білік; 2-артқы білік; 3-резиналық қоспа.  б) 1.2 –каландрлар;                      3-транспортерлер

 

Cурет 1- Резиналық қоспаны білікте және каландрде дайындалуы

 

Каландрдың жұмыс істеу механизмі.

Күрделі профильдің өнімдерін алдын ала дайындалған  бөлшектерден жинайды, оларды бір бірімен жабыстырып немесе престеп қосады.  Бөлек өнімдерді латекстен алады, мысалы кеуектері бар резиналар.

Вулканизация резина өнімін дайындаудың ең соңғы стадиясы  болып табылады. Резина қоспасына енгізілетін вулканизатордың саны резина қасиетіне  күшті әсер етеді.

 

Кесте 3 - Резина қоспаларының құрамы

 

Резина-лар	Каучук- тың типі	Қоспаның құрамы, каучуктың 100масс. бөлігіне масс. бөлігі
Жұмсақ Жұмсақ Жұмсақ Қатты Эбонит	ТК СКС-30 ТК,СКС СКИ	Вулкани-затор	Жылдам- датқыш	Толық- тырғыш	Ескіруге қарсы зат	пласти-фикатор
		2,75 2,0 1,5 25-35 -	1,5 0,6 0,8 0,2 -	56 55 50 30 -	1,0 0,45 - - -	4,0 7 1,5 2 -

 

 

   Көптеген резиналы, резина-матолы және басқа өнімдер 125-1800С температурада вулканизацияланады. Олар қаныққан  ыстық будың  қысыммен жұмыс істейтін аппараттарда  вулкандалады. Вулканизация өнімінің ұзақтығы  температураға, қысымға, өнімнің габоритіне, резина қоспасының құрамына, қыздыратын ортаға, вулкандауда қолданылатын оптималды режим сақталуы керек, себебі бұған резина беріктігінің қасиеті тәуелді болады.

Резина өнімдерінің вулканизациясын  олардың дайындалу күрделілігіне  және олардың конструкция типіне тәуелді әр түрлі типті аппараттарда жүргізеді. Вулканизациялы престер, автоклавтар, камералар, барабан типті аппараттар кеңінен қолданылады. Резина деңгелектерінің автоклавтағы  вулканизация процесін 2 суретте келтірілген.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1- шиналар; 2-корпус; 3-плунжер; 4-стол; 5-камералар; 6-резиналы дөңгелектер

 

Сурет 2- Резиналы дөңгелектерді автоклавта вулканизациялау процесінің үлгісі.

 

Столда 4 орналасқан барабанның ішіне плунжер 3 көмегімен орнатылған вулканизациялы камераларға 5 (14-22шт) покрышкалар 6 немесе шиналар 1 жайғастырылады, мұның ішіне ысытылған су қысыммен жіберіледі.

Вулканизациядан кейін алынған өнімдердің түгелімен  пластикалық қасиеттері жоғалады, бірақ эластикалық, жоғары беріктілік қасиет және  қолдану тұрақтылығы деген қасиеттер пайда болады. Вулканизациядан кейін барлық резина өнімдері  өңделеді. Бұл кезде тазалау, өнімді шлифтеу, кейбір жағдайларда оларды ескіруден сақтау үшін бояу (автомобильді шиналар) нмесе сыртқы көрініс беру үшін  (галоштар, доптар т.б.) жұмыстары жүргізіледі.

Өнімнің қасиетін сапасын анықтау лабораториялық, стенді, эксплуатационды  зерттеулермен жүргізіледі. Бұл кезде  механикалық қасиеттері, жылу және суыққа тұрақтылығы, ұзақ сүргіштігі анықталады. Резинаның қолданылуына  және қасиетіне байланысты  оларды келесі топтарға бөледі:

1. жалпы қолданыстағы резиналар (шиналар,  аяқ киім, ремень және т.б.);

2. жылуға тұрақты резиналар (самолеттің, машиналардың бөлшектері, силиконды каучуктерден  және фторкаучуктерден алынады);

3. төмен температураға  тұрақты резиналар, силиконнан және фторкаучуктен алынады;

4.  тотықтырғыш орталарға, яғни  қышқыл, сілті және тұздардың ерітінділеріне тұрақты резиналар; наириттің, фторкаучуктың, бутилкаучуктың негізінде алынады;

5. майға тұрақты резиналар, мұнай және оны өңдеу өнімдерінің  әсеріне тұрақты; фторкаучуктерден және бутадиен нитрильді каучуктерден алынады [7,8,9].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Әдістемелік бөлім

 

 

2.1 Резина дайындау

 

Негiзгi резина компоненттерi – табиғи және сентетикалық каучук, , толтырғыштар күкiрт және басқада қоспалар. Алдымен каучукті өлшеп алып, оған қоспаларды қосып біртекті қоспа алу үшін білікке салады. Қопаны білікте кесіп қайтадан білікке салады, осылай бірнеше қайтара жасайды. Білік тек резинаның тегіс болуын ғана емес, сонымен қатар жақсы араласуын қамтамасыз етеді. Білік айналып жатқанда жоғарыдан қандайда бір компонентті сепсен ол компонентпен білікте араласады. Осы процестен кейін қоспаға күкірт қосылады. Температура қатысында каучук қоспасы мен күкірт вулкандалып – каучук молекулалары бір кеңістік тор үстіне жиналып резина пайда болады. Осыдан ол резинаны одан әрі өндеу үшін преске жибереди, яғни оған қажетті форма беру үшін.