Резина представляет собой искусственный материал, получаемый в результате специальной обработки резиновой смеси, основным компонентом которой является каучук. Резину получают из каучука путем вулканизации, т. е. в процессе химического взаимодействия каучука с вулканизатором при высокой температуре, вулканизатором чаще всею является сера. В процессе вулканизации сера соединяет нитевидные молекулы каучука и образуется пространственная сетчатая структура. В зависимости от количества серы получается различная частота сетки. При введении 1…5 % серы образуется редкая сетка и резина получается мягкой. С увеличением содержания серы сетка становится все более частой, а резина более твердой приблизительно при 30 % серы получается твердый материал, называемый эбонитом.
Кроме каучука и вулканизатора в состав резины входит ряд других веществ. Наполнители вводят в состав резины от 15 до 50 % к массе каучука. Активные наполнители (сажа, оксид цинка и др.) служат для повышения механических свойств резин. Неактивные наполнители (мел, тальк и др.) снижают стоимость резиновых изделий. Пластификаторы (парафин, вазелин, стеариновая кислота, мазут, канифоль и др.) предназначены для облегчения переработки резиновой смеси, повышения эластичности и морозостойкости резины. Противостарители служат для замедления процесса старения резины, приводящего к ухудшению ее эксплуатационных свойств. Красители служат для придания резине нужного цвета. В резину также добавляются регенераты - продукты переработки старых резиновых изделий и отходы резинового производства. Они снижают стоимость резин.
Основное свойство резины - очень высокая эластичность. Резина способна к большим деформациям, которые почти полностью обратимы. Кроме того, резина характеризуется высоким сопротивлением разрыву и истиранию, газо- и водонепроницаемостью, химической стойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами, небольшой плотностью, малой сжимаемостью, низкой теплопроводностью.
По назначению резины подразделяются на резины общего и специального назначения. Из резин общего назначения изготовляются автомобильные шины, транспортерные ленты, ремни ременных передач, изоляция кабелей, рукава и шланги, уплотнительные и амортизационные детали, обувь и др. Резины общего назначения могут использоваться в горячей воде, слабых растворах щелочей и кислот, а также на воздухе при температуре от -10 до +150 °С.
Резины специального назначения подразделяются на теплостойкие, которые могут работать при температуре до 250…350 °С; морозостойкие, выдерживающие температуру до -70 °С; маслобензостойкие, работающие в среде бензина, других топлив, масел и нефтепродуктов; светоозоностойкие, не разрушающиеся при работе в атмосферных условиях в течении нескольких лет, стойкие к действию сильных окислителей; электроизоляционные, применяемые для изоляции проводов и кабелей; электропроводящие, способные проводить электрический ток.
Для резиновых материалов характерны:
· высокая стойкость к истиранию;
· газо- и водонепроницаемость;
· химическая стойкость;
· электроизолирующие свойства;
· небольшая плотность.
По условиям эксплуатации к резине предъявляются различные требования:
· резиновая обкладка транспортерных лент, передающих руду или каменный уголь, при низкой температуре должна быть морозостойкой и хорошо противостоять истиранию;
· резиновая камера в рукавах для нефтепродуктов должна быть стойкой к набуханию;
· резиновая обкладка железнодорожных цистерн для перевозки соляной кислоты – стойкой к ее химическому действию и т.д.
· резиновые изделия, применяемые в самолетах, в конструкциях которых имеются сотни разнообразных резиновых деталей должны быть компактны, эластичны и прочны, иметь небольшой вес, сохранять свойства в широких пределах температур и в ряде случаев при воздействии различных жидких и газовых сред. При полете со скоростью 3600 км/ч даже на высоте 5000 м температура нагрева обшивки доходит до +400°С; детали же находящиеся в узлах двигателей, должны сохранять свои свойства при температуре, доходящей до +500˚С. В то же время ряд деталей подвергается воздействию температур порядка минус 60°С и ниже. Поскольку габариты деталей самолетов оставаться практически постоянными в продолжение всего срока службы, малые остаточные деформации сжатия являются необходимым качеством таких резин. Еще большие требования предъявляются к резинам для ракетостроения.
Осваиваются стереорегулярные каучуки: полибутадиеновый (СКД) и изопреновые (СКИ). Ведутся поиски новых каучуков на основе соединений, содержащих бор, фосфор, азот и другие элементы.
Резина как конструкционный материал в ряде ее свойств существенно отлична от металлов и других материалов. Отличительные особенности резины:
· способность к перенесению под действием внешней нагрузки значительных деформаций без разрушения;
· малые величины модулей при сдвиге, растяжении и сжатии;
· большое влияние длительности действия приложенной нагрузки и температурного фактора на зависимость напряжение – деформация;
· практически постоянный объем при деформации;
· почти полная обратимость деформации;
· значительные механические потери при циклических деформациях.
Недостатки резины.
Вулканизаты мягкой резины под влиянием ряда складских или эксплуатационных факторов, действующих изолированно или чаще комплексно, изменяют свои технически ценные свойства.
· Изменение сводится к снижению эластичности и прочности, к появлению затвердения, хрупкости, трещин, изменению окраски, увеличению газопроницаемости, т.е. к большей или меньшей потере изделиями их технической ценности.
· Влияние кислорода воздуха, и в особенности озона, ведет к старению и утомлению резины. Этому способствуют: тепло и свет, напряжения, возникающие при динамическом или статическом нагружении, включая и нерациональное складирование, влияние агрессивных сред или каталитическое действие солей металлов.
· Низкие температуры ведут к снижению эластичности резины, к повышению ее хрупкости. Эти изменения углубляются с длительностью охлаждения. Однако с возвращением к нормальным температурам первоначальные свойства восстанавливаются. Влияние размеров и особенностей формы изделия в резине сказывается значительно больше, чем в других конструкционных материалах. Стабилизация в резине ее технически ценных свойств, борьба с явлениями старения, утомления и замерзания представляют в настоящее время одну из важных задач современной технологии резины.