В настоящее время резина – один из важнейших конструкционных материалов. Изделия из резины обладают комплексом уникальных свойств и используются машиностроении, медицине, легкой и пищевых промышленностях. А производство резиновых смесей одна из сложных, но увлекательных задач!
Отличительными чертами резины и изделий из нее являются высокая эластичность, сохраняющаяся в широком диапазоне температур, усталостная выносливость, устойчивость к действию многих агрессивных сред и возможность вторичной переработки.
Рецептуростроение – большая область эластомерного материаловедения, основанная на знаниях о свойствах каучуков и большого числа химических компонентов, образующих в итоге эластомерный материал и изделия на его основе с прогнозируемым набором свойств.
Основанием для разработки рецепта эластомерной композиции является техническое задание, в котором указывается наименование изделия и перечень условий эксплуатации (окружающая среда, температурный интервал эксплуатации, условия механических воздействий, критические режимы эксплуатации, срок службы изделия, условия переработки и т.д.).
Ключевой момент в создании рецептуры для производства резиновых смесей – выбор типа каучука, исходят из основных свойств, которые он должен придать композиции. Нередко один тип каучука не может обеспечить весь спектр свойств. В этом случае в композицию включают два или более эластомеров (ИРП-1347, ИРП-1348, ИРП-1315).
Вторым этапом в разработке рецепта является выбор ингредиентов резиновых смесей, позволяющих улучшить свойства каучука и обеспечивающих заданные свойства резиновой смеси.
Следует отметить, что в зависимости от состава композиции некоторые компоненты могут выполнять совершенно противоположные функции в зависимости от типа применяемой полимерной основы или вулканизующей системы.
Чаще всего технологи на предприятиях занимаются усовершенствованием готовых «базовых» рецептур с целью нахождения наилучшего соотношения между техническими и технологическими свойствами и стоимостью производства.
Резина – сложная многокомпонентная гомогенная система, до 90% состоящая из натурального или синтетического каучука, остальную же часть занимают наполнители, ускорители пластикации, антиоксиданты, мягчители, красители и пигменты, вулканизирующие агенты, ускорители и активаторы. При необходимости, с помощью модифицирующих добавок, можно придать резине специальные свойства, такие как: маслобензостойкость (НО-68-1, 7-В-14 и др.), повышенная твердость (51-1524), износостойкость, электропроводность и антистатичность, стойкость к повышенным температурам (ИРП 1338, ИРП 1401) и УФ-излучениям (ИРП 1287 НТА) т.д.
Наполнители – вещества, предназначенные для удешевления стоимости резины и придания им некоторых свойств, например, таких как повышение прочности, облегчение выемки изделий из пресс-форм, повышение термостойкости и вулканизаторов. Часто используемые наполнители: печной технический углерод, мел, силикаты, тальк, стекловолоконо, каолин, полимеры стирола, полиэтилен, формальдегидные, эпоксидные смолы.
Ускорители пластикации (химические пластификаторы) – подставляют собой акцепторы свободных радикалов, стабилизирующие макрорадикалы, образующиеся при механической или термоокислительной деструкции макромолекул каучука. Широко применяются ароматические меркаптаны и дисульфиды.
Антиоксиданты (противостарители) – вещества, защищающие резину от воздействия высоких температур и кислорода, т.е. предотвращающие термическую и термоокислительную деструкцию. К антиоксидантам относятся: фениламины, дигидрохинолины, фенолы, производные имидазола, фосфорсодержащие соединения.
Мягчители – продукты переработки нефти и каменного угля, лесохимического производства, животного и растительного происхождения, а также синтетические смолы. Наиболее применяемые: стабилойл, вазелиновое масло, масло ПН-6.
Красители и пигменты – мелкодисперсные твердые вещества, органического и неорганического происхождения, предназначенные для придания цвета резиновым изделиям. Например, ультрамарин, диоксид титана, пигмент желтый прочный, пигмент оранжевый Ж, пигмент красный 5С, лак оранжевый.
Вулканизирующие агенты– вещества, способствующие сшиванию каучуков. В качестве основного вулканизирующего агента используется сера. В производстве шин и резинотехнических изделий используются две модификации: ромбическая (растворимая) и полимерная (не растворимая). Помимо серы в качестве вулканизирующих агентов используются дитиодиморфолин, тетраметилсульфид, тетрабутилтиурамдисульфид, теллур и его соединения, селен и его соединения, фенольные смолы, оксиды металлов, органические пероксиды.
Ромбическая сера производится из самородных руд или природного газа. Распределяется в каучуках, отличается малой теплопроводностью, плохой проводимостью электрического тока. Способна взаимодействовать с ненасыщенными каучуками без добавок.
Полимерная сера содержит до 90% нерастворимой модификации, не растворяется во всех растворителях и каучуках. При температурах вулканизации превращается в обычную ромбическую серу. Не мигрирует на поверхность сырых резиновых смесей, не вызывает подвулканизации и перевулканизации стекающихся поверхностей.
Ускорители вулканизации – компоненты вулканизирующей системы, применяемые для повышения скорости вулканизации и улучшения физико-механических свойств резины. К ним относятся такие вещества, как гуанидины, дитиокарбаматы, тиазолы, сульфенамиды, тиомочевины, тиурамы и другие.
Активаторы вулканизации – компоненты вулканизирующей системы, повышающие эффективность действия ускорителей. Обычно применяют неорганические и органические активаторы, наиболее распространены оксиды металлов и длинноцепные жирные кислоты. К активаторам вулканизации относят оксид цинка, оксид магния, стеариновую кислоту, стеарат цинка, олеиновую кислоту, диэтиленгликоль, триэтаноламин.
Замедлители подвулканизации – вещества, снижающие или предотвращающие преждевременную вулканизацию во время изготовления, хранения и переработки резиновых смесей. В качестве замедлителей используют фталевый ангидрид, нитрозодифениламин, бензойную кислоту, оксид магния, оксид свинца.