Вулканизация каучука

Резина как продукт вулканизации каучука

Техническая резина – это композиционный материал, содержащий в своем составе до 20 компонентов, обеспечивающих различные свойства этого материала. Резину получают путем вулканизации каучука. Как отмечалось выше, в процессе вулканизации происходит образование макромолекул, обеспечивающие эксплуатационные свойства резины, так обеспечивается высокая прочность резины.

Главное отличие резины от множества других материалов тем, что она обладает способностью к эластичным деформациям, которые могут происходить при разных температурах, начиная от комнатной и заканчивая куда более низкими. Резина значительно превышает каучук по ряду характеристик, например, ее отличает эластичность и прочность, стойкость к температурным перепадам, воздействию агрессивных сред и многое другое.

Свойства материала

От вида примененного реагента во многом зависят эксплуатационные свойства полученной вулканизированной резины и изделий из нее. К таким характеристикам относят устойчивость к пребыванию в агрессивных средах, скорость деформирования при сжатии или повышении температуры, сопротивляемость термоокислительным реакциям.

Возникающие связи необратимо ограничивают подвижность молекул под механическим воздействием, одновременно сохраняя высокую эластичность материала со способностью к пластическим деформациям. Структура и численность этих связей определяется методом вулканизации резины и использованными для нее химическими агентами.

Процесс протекает не монотонно, и отдельные показатели вулканизируемой смеси в своем изменении достигают своего минимума и максимума в разное время. Наиболее подходящее соотношение физико-механических характеристик получаемого эластомера называется оптимумом.

Вулканизируемый состав, помимо каучука и химических агентов, включает ряд дополнительных веществ, способствующих производству резин с заданными эксплуатационными свойствами. По назначению их делят на ускорители (активаторы), наполнители, мягчители (пластификаторы) и противостарители (антиокислители). Ускорители (чаще всего это оксид цинка) облегчают химическое взаимодействие всех ингредиентов резиновой смеси, способствуют сокращению расхода сырья, времени на его переработку, улучшают свойства вулканизаторов.

Наполнители, такие как мел, каолин, сажа, повышают механическую прочность, сопротивление износу, истиранию и другие физические характеристики эластомера. Пополняя объем исходного сырья, они тем самым уменьшают расход каучука и понижают себестоимость получаемого продукта. Мягчители добавляют для повышения технологичности обработки резиновых смесей, снижения их вязкости и увеличения объема наполнителей.

Также пластификаторы способны повышать динамическую выносливость эластомеров, стойкость к истиранию. Стабилизирующие процесс антиокислители вводятся в состав смеси, чтобы предупредить «старение» каучука. Разные комбинации этих веществ применяют при разработке специальных рецептур сырой резины для прогнозирования и корректировки процесса вулканизации.

Изготовление резины

Выделяют три основных неизменных этапа, если готовится сырая резина. Инструкция и технология простые, требующие несложного оборудования. Последовательно выполняются:

• подогрев каучука;
• смешивание с добавками;
• формовка.

Натуральный каучук, постояв некоторое время и перебродив, превращается в густую вязкую массу. Искусственный сразу производится в таком виде. Перед применением его разминают подобно тесту и подогревают до 50 градусов. В таком состоянии он теряет свою упругость, становится податливым и мягким и способным смешиваться с другими веществами.

Компоненты будущей резины засыпают в шнековую машину для перемешивания. Пропорции и добавки берутся в зависимости от запланированных качеств. Все марки производимой сырой резины стандартизированы, и количество каждого материала указано в процентах. Остается только пересчитать в соотношении к имеющейся массе каучука.

Полученная однородная масса остается подогретой, поскольку трение о детали машины и частиц друг о друга происходит с выделением температуры. В результате процесса образуется сырая резина. Ей придают форму полос заданных размеров (реже шнура) и упаковывают между полиэтиленом.

Процесс вулканизации

Процесс вулканизации каучука можно разделить на холодный и горячий. Первый, может быть разделен на два типа. Первый подразумевает использование полухлористой серы. Механизм вулканизации с применением этого вещества выглядит таким образом. Заготовку, выполненную из натурального каучука, размещают в парах этого вещества (S2Cl2) или в ее растворе, выполненный на основе какого-либо растворителя. Растворитель должен отвечать двум требованиям:

1. Он не должен вступать в реакцию с полухлористой серой.
2. Он должен растворять каучук.

Как правило, в качестве растворителя можно использовать сероуглерод, бензин и ряд других. Наличие полухлористой серы в жидкости не дает каучуку растворяться. Суть этого процесса заключается в насыщении каучука этим химикатом.

Чарльз Гудьир изобрел процесс вулканизации каучука

Длительность процесса вулканизации с участием S2Cl2 в результате определяет технические характеристики готового изделия, в том числе эластичность и прочность.

Время вулканизации в 2% — м растворе может составлять несколько секунд или минут. Если процесс будет затянут по времени, то может произойти так называемая перевулканизация, то есть заготовки теряют пластичность и становятся очень хрупкими. Опыт говорит о том, что при толщине изделия порядка одного миллиметра операцию вулканизации можно проводить несколько секунд.

Эта технология вулканизации является оптимальным решением для обработки деталей с тонкой стенкой – трубки, перчатки и пр. Но, в этом случае необходимо строго соблюдать режимы обработки иначе, верхний слой деталей может быть вулканизирован больше, чем внутренние слои.

По окончании операции вулканизации, полученные детали необходимо промыть или водой, или щелочным раствором.

Существует и второй способ холодной вулканизации. Каучуковые заготовки с тонкой стенкой, помещают в атмосферу, насыщенную SO2. Через определенное время, заготовки перемещают в камеру, где закачан H2S (сероводород). Время выдержки заготовок в таких камерах составляет 15 – 25 минут. Этого времени достаточно для завершения вулканизации. Эту технологию с успехом применяют для обработки клееных швов, что придает им высокую прочность.

Специальные каучуки обрабатывают с применением синтетических смол, вулканизация с их использованием не отличается от той, что описана выше.

Плюсы и минусы вулканизации

Основным достоинством процесса ремонта резины является то, что отремонтировать дешевле, чем купить новое

Однако каждая ситуация индивидуальна, поэтому важно определить спасет ли ремонт ситуацию

Холодный способ достаточно прост в использовании, это не займет много времени, а затраты будут минимальными. Главный же минус такого способа, это ненадежность склеивания. Такая процедура является временной, и следует как можно быстрее обратиться на СТО.

Горячая вулканизация надежно сваривает резину, позволяет проводить такие работы при любой температуре и имеет невысокую стоимость.

Итак, выполнить ремонт камеры или покрышки можно разными способами, но лучше доверить эту работу специалистам, потому что это собственная безопасность.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Возможна ли вулканизация в домашних условиях? Вопрос отнюдь не риторический, а один из наиболее обсуждаемых на форумах авто- и велолюбителей. Самостоятельный ремонт резиновых изделий – от автошины до детской игрушки – позволит сэкономить время и деньги, и даст выход креатуре и изобретательности настоящего автолюбителя.

Если говорить о «холодной» вулканизации, то материалы для этого простейшего и быстрого ремонта обязательны в дорожной аптечке.

Суть метода горячей вулканизации сводится к затвердеванию резиновой массы под действием нагревания. Зная, что должно получиться в конечном счете, и имея изрядное терпение, можно в домашних условиях и достаточно надежно отремонтировать любую камеру — автомобильную, велосипедную, футбольную. Потребуется несложное оборудование (об этом позже) и кусочек сырой резины (заплатка), предварительно размоченный в бензине.

Технология «домашней» вулканизации

Кусочек сырой резины (из авто камерной резины) должен быть чуть меньше размера латки. Шина в месте повреждения ошкуривается (с запасом) – это улучшит сцепляемость материалов, после чего очищается бензином. Края латки нужно скруглить (срезая торец заплатки под углом 45 градусов), затем также обработать шкуркой и обезжирить бензином (Б-70 или «Галоша»). Затем следует накрыть место повреждения лапкой, поместить под пресс и нагревать до затвердения.

Наиболее популярная составляющая домашнего «вулканизатора» – это старый (добротный советский – лучший вариант), используют электроплитку с открытой керамической спиралью. Основная задача, стоящая перед мастером – это создание надежного струбцинного соединения в домашнем вулканизационном прессе.

Советы «бывалых»

• Подготовленную заплатку, прежде чем наложить на место пореза, смазывают клеем. Его несложно приготовить в домашних условиях, растворив сырую резину в бензине.
• Настройтесь на постепенное овладение этим процессом. Очень важный момент – соблюдение температурного режима. При превышении оптимальной температуры появляе6тся характерный запах горелой резины –ваша заплатка «спеклась». Если латка не слилась с порезом – значит температура вулканизации была недостаточной или процесс был рано завершен.
• Если терморегулятор утюга работает (бывает и такое), нужно выставить температуру 140 градусов (или обозначение для шелка). Такой температурный режим исключает перегрев заплатки и самого изделия.
• Чтобы в процессе вулканизации резина не прилипала к металлу, достаточно проложить кусочек бумаги.
• Если при попадании на вулканизатор воды, она закипает, – его пора отключать. Подождав еще немного, вулканизатор можно снимать, давая резине остыть. Используют и сахар: если крупинки сахарного песка при контакте с поверхностью вулканизатора начинают карамелизоваться – вулканизатор нужно выключить.
• Ремонтируемое изделие кладут на горячую пластину вулканизатора (разогретый утюг) местом повреждения книзу и выдерживают технологически необходимое время (10-15 мин). После одной – двух загубленных шин все станет понятным и домашнюю вулканизацию можно смело ставить на поток.

Для порезов со сложной конфигурацией, имеет смысл сделать более сложную пресс-форму, из двух листов стали толщиной 6—10 мм. Пластины стягивают винтами, используя высверленные по углам отверстия.

При самостоятельном ремонте высока вероятность повреждения кордовой нити, что грозит выпячиванием (грыжей) резины в ходе эксплуатации. Кроме того, колесо будет разбалансировано, устранение дисбаланса в домашних условиях вряд ли возможно. При движении автомобиля такое колесо очень усложнит жизнь водителю.

100% гарантию безопасной езды могут дать только абсолютно целые колесо. Поэтому стоит подкопить и купить новую резину.

Применение [ править | править код ]

Резина используется в производстве автомобильных, мотоциклетных и велосипедных шин, резино-технических изделий, — это транспортёрные ленты, приводные ремни, напорные и напорно-всасывающие рукава, дюритовые изделия, технические пластины, резиновые кольца различных уплотнителей, виброизоляторов и вибродемпферов, а также резиновых напольных покрытий и резиновой обуви например, сапог, галош.

Из резины изготавливаются презервативы (средство контрацепции), медицинские и защитные перчатки, специальные костюмы для войск РХБЗ и гражданской обороны (шлем-маски противогазов, ОЗК, Л-1 и т. д.).

Вулканизация покрышки

Вкратце процесс горячей вулканизации автомобильной шины (покрышки) выглядит следующим образом:

1. Покрышка демонтируется с диска, место пореза аккуратно обрабатывается фрезой (самое главное – не повредить корд).
2. Обработанное место дополнительно зачищается и обезжиривается.
3. В место пореза в 2 слоя наносится специальный состав.
4. Просушенный поврежденный участок послойно заполняется «сырой резиной», после чего покрышка отправляется на станок для вулканизации шин. Термообработка производится при температуре 120-140°C.
5. Для дополнительной прочности на внутреннюю часть шины наносится специальная кордовая заплатка.
6. После остывания резины место ремонта дополнительно зачищается фрезой, проводится финишная обработка.

Рисунок 21 – Вулканизатор для автомобильных покрышек

Ремонт камер по технологии фирмы ТЕСН методом «холодной» химической вулканизации – передовой метод в области ремонта камер и шин автомобилей.

Холодная вулканизация происходит, благодаря химической реакции между активными компонентами специального клея и слоем сырой резины.

Технологический процесс холодной вулканизации:

1. Накачать камеру и проверить ее в воде для определения мест негерметичности.
2. Определить места повреждений и произвести их маркировку. На концах повреждения (если оно имеет форму пореза) с обеих сторон убрать концентраторы напряжений, придав им округлую форму. Удалить воздух из камеры.
3. Подобрать по размерам повреждения заплатку РЕМА ТИП-ТОП. Заплатка должна по размерам перекрывать дефект:
   • на 5…10 мм со всех сторон для камер легковых автомобилей;
   • на 10…15 мм со всех сторон для камер грузовых автомобилей.
4. Наложить подобранную заплатку РЕМА ТИП-ТОП по центру повреждения и произвести разметку места ремонта точно по размеру выбранной заплатки для дальнейшей зачистки. Не допускать попадания находящийся в камере тальк в зону ремонта.
5. Нанести на внутреннюю поверхность камеры в месте ремонта очиститель Ликвид Баффер РЕМА ТИП-ТОП на площадь, равную размеру выбранной заплатки, и аккуратно удалить загрязнения с помощью скребка.
6. Дать зачищенному месту полностью просохнуть.
7. При механическом шероховании очистить место ремонта пылесосом или чистой ручной щеткой (не допускается очистка любыми обезжиривающими средствами или бензином).
8. Нанести на место ремонта равномерным слоем вулканизирующую жидкость РЕМА ТИП-ТОП и просушить (при пробе тыльной стороной пальца прилипания не должно быть). Время выдержки зависит от влажности и температуры воздуха.
9. Взять заплатку РЕМА ТИП-ТОП за технологическую пленку и удалить фольгу с красного самовулканизирующегося слоя, не касаясь его руками.
10. Наложить заплатку РЕМА ТИП-ТОП на подготовленное место камеры и тщательно с усилием прикатать заплатку прикаточным роликом (или любым круглым предметом) от центра к краям. Чем тщательнее будет прикатана заплатка, тем выше будет прочность ее соединения с поверхностью камеры.
11.  Установить камеру в шину с диском и накачать.

Просмотров: 272

Виды резины

По твердости выделяют три основные ее группы:

• мягкая – латекс;
• средняя;
• твердая – эбонит.

Природный компонент обладает лучшими эксплуатационными качествами, поэтому шины для автомобилей делают из натурального каучука. На небольших предприятиях изготовление резины предусматривает более дешевый синтетический материал.

Латекс идет на изготовление перчаток, игрушек, различных изоляционных материалов, непромокаемой одежды, подошвы для обуви. Резина средней плотности широко применяется в быту и на производстве. Это всевозможные прокладки в кранах, коврики, муфты в автомобилях и механизмах. Из эбонита вытачивают детали, от которых требуется высокая твердость и устойчивость к истиранию. Это элементы подшипников, колес, втулок.

Альтернативные методики

Тем не менее наука, как известно, не стоит на месте. Сегодня известны и другие вулканизирующие агенты, однако сера до сих пор остается наиболее приоритетной. Для ускорения вулканизации каучука используется 2-меркаптобензтиазол и кое-какие его производные. В качестве альтернативных методик проводят ионизирующую радиацию с применением некоторых органических пероксидов.

Обычно при любом виде вулканизации в качестве исходного сырья используют смесь каучука и различных добавок, придающих резине требуемые свойства или улучшающих ее качество. Добавление наполнителей, например, сажи и мела, способствует снижению стоимости полученного материала.

В результате технологического процесса продукт вулканизации каучука приобретает высокую прочность и хорошую эластичность. Именно поэтому в качестве сырья для изготовления резины используют различные виды натуральных и синтетических каучуков.

Горячая вулканизация

Технология такой вулканизации выглядит следующим образом. К отформованной из сырого каучука добавляют определенное количество серы и специальных добавок. Как правило, объем серы должен лежать в диапазоне 5 – 10% конечная цифра определяется исходя из предназначения и твердости будущей детали. Кроме серы, добавляют так называемый роговой каучук (эбонит), содержащий 20 – 50% серы. На следующем этапе происходит формование заготовок из полученного материала и их нагрев, т.е. вулканизация.

Нагрев проводят различными методами. Заготовки помещают в металлические формы или закатывают в ткань. Полученные конструкции укладывают в печь разогретую до 130 – 140 градусов Цельсия. В целях повышения эффективности вулканизации в печи может быть создано избыточное давление.

После вулканизации каучука

Сформированные заготовки могут быть уложены в автоклав, в котором находиться перегретый водяной пар. Либо их помещают в нагреваемый пресс. По сути, этот метод наиболее распространен на практике.

Свойства каучука прошедшего вулканизацию зависят от множества условий. Именно поэтому вулканизацию относят к самым сложным операциям, применяемым в производстве резины. Кроме того, немаловажную роль играет и качество сырья и метод его предварительной обработки. Нельзя забывать и об объеме добавляемой серы, температуры, продолжительность и метод вулканизации. В конце концов, на свойства готового продукта оказывает и наличие примесей разного происхождения. Действительно наличие многих примесей позволяет выполнить правильную вулканизацию.

В последние годы в резиновой промышленности стали использовать ускорители. Эти вещества добавленные в каучуковую смесь ускоряют протекающие процессы, снижают энергозатраты, другими словами эти добавки оптимизируют обработку заготовки.

При реализации горячей вулканизации на воздухе необходимо присутствие свинцовой окиси, кроме того может потребоваться присутствие свинцовых солей в купе с органическими кислотами или с соединениями которые содержат кислотные гидроокислы.

В качестве ускорителей применяют такие вещества как:

• тиурамидсульфид;
• ксантогенаты;
• меркаптобензотиазол.

Вулканизация, проводимая под воздействием водяного пара может существенно сократиться если использовать такие химические вещества, как щелочи: Са(ОН)2, MgO, NaOH, КОН, или соли Na2CО3, Na2CS3. Кроме того, ускорению процессов поспособствуют соли калия.

Существуют и органические ускорители, это амина, и целая группа соединений, которые не входят в какую-либо группу. Например, это производные от таких веществ как амины, аммиак и ряд других.

На производстве чаще всего применяют дифенилгуанидин, гексаметилентетрамин и многие другие. Не редки случаи, когда для усиления активности ускорителей используют окись цинка.

Кроме добавок и ускорителей не последнюю роль играет и окружающая среда. К примеру, наличие атмосферного воздуха создает неблагоприятные условия для проведения вулканизации при стандартном давлении. Кроме воздуха, отрицательное воздействие оказывают угольный ангидрид и азот. Между тем, аммиак или сероводород оказывают положительной воздействие на процесс вулканизации.

https://youtube.com/watch?v=r1SdbQJlGgM

Процедура вулканизации придает каучуку новые свойства и модифицирует существующие. В частности, улучшается его эластичность и пр. контролировать процесс вулканизации можно контролировать, постоянно замеряя изменяемые свойства. Как правило, для этого используют определение усилия на разрыв и растяжение на разрыв. Но эти метод контроля не отличаются точностью и его не применяют.