Из чего делают мягкую резину. Производство резины и резинотехнических изделий: оборудование и технология

Резина - широко известный материал, который применяется практически во всех сферах человеческой жизни. Медицина, сельское хозяйство, промышленность не могут обойтись без этого полимера. Во многих производственных процессах также используется резина. Из чего делают этот материал и в чем его особенности, описано в статье.

Что такое резина

Резина являет собой полимер с высокой эластичностью. Его структура представлена хаотично расположенными цепочками углерода, скрепленными атомами серы.

В нормальном состоянии углеродные цепочки имеют скрученный вид. Если резину растянуть, цепочки углерода раскрутятся. Способность растягиваться и быстро возвращаться в прежнюю форму сделала незаменимым во многих сферах такой материал, как резина.

Из чего делают ее? Обычно резину получают путем смешивания каучука с вулканизирующим веществом. После нагрева до нужной температуры смесь густеет.

Отличие каучука от резины

Каучук и резина - высокомолекулярные полимеры, полученные натуральным или синтетическим способом. Эти материалы отличаются физико-химическими свойствами и способами производства. Натуральный каучук являет собой вещество, изготовленное из сока тропических дерев - латекса. Он вытекает из коры при ее повреждении. Синтетический каучук получают путем полимеризации стирола, неопрена, бутадиена, изобутилена, хлоропрена, нитрила При вулканизации искусственного каучука образуется резина.

Из чего делают разные типы каучуков? Для отдельных видов синтетических материалов применяют органические вещества, позволяющие получить материал, идентичный натуральному каучуку.

Свойства резины

Резина является универсальным материалом, который обладает следующими свойствами:

Высокая эластичность - способность к большим обратным деформациям в широком диапазоне температур.
Упругость и стабильность форм при малых деформациях.
Аморфность - легко деформируется при незначительном нажатии.
Относительная мягкость.
Плохо поглощает воду.
Прочность и износостойкость.
В зависимости от типа каучука резина может характеризоваться водо-, масло-, бензо-, термостойкостью и стойкостью к действию химических веществ, ионизирующих и световых излучений.

Резина со временем утрачивает свои свойства и теряет форму, что проявляется разрушением и снижением прочности. Срок службы резиновых изделий зависит от условий использования и может составлять от нескольких дней до нескольких лет. Даже при длительном хранении резина стареет и становится непригодной к эксплуатации.

Производство резины

Резина изготовляется методом вулканизации каучука с добавлением смесей. Обычно 20-60% перерабатываемой массы составляет каучук. Другие компоненты резиновой смеси - наполнители, вулканизующие вещества, ускорители, пластификаторы, противостарители. В состав массы могут также добавляться красители, душистые вещества, модификаторы, антипирены и другие компоненты. Набор компонентов определяется требуемыми свойствами, условиями эксплуатации, технологией использования готового резинового изделия и экономическими расчетами. Таким способом создается высококачественная резина.

Из чего делают резиновые полуфабрикаты? Для этой цели на производствах применяется технология смешивания каучука с другими компонентами в специальных смесителях или вальцах, предназначенных для изготовления полуфабрикатов, с последующей порезкой и раскройкой. В производственном цикле используются прессы, автоклавы, барабанные и тоннельные вулканизаторы. Резиновой смеси придается высокая пластичность, благодаря которой будущее изделие приобретает необходимую форму.

Изделия из резины

На сегодняшний день резина используется в спорте, медицине, строительстве, сельском хозяйстве, на производстве. Общее количество изделий, изготовляемых из резины, превышает более 60 тыс. разновидностей. Наиболее популярные из них - уплотнители, амортизаторы, трубки, сальники, герметики, прорезиненые покрытия, облицовочные материалы.

Изделия из резины массово используются в производственных процессах. Этот материал также незаменим в производстве перчаток, обуви, ремней, непромокаемой ткани, транспортных лент.

Большая часть производимой резины используется для изготовления шин.

Резина в производстве шин

Резина является основным материалом в производстве автомобильных шин. Этот процесс начинается с приготовления резиновой смеси из натурального и синтетического каучука. Затем к резиновой массе добавляется силика, сажа и другие химические компоненты. После тщательного перемешивания смесь отправляется по в печь. На выходе получаются резиновые ленты определенной длины.

На следующем этапе происходит обрезинивание корда. Текстильный и металлический корд заливается горячей резиновой массой. В такой способ изготавливается внутренний, текстильный и брекерный слой шины.

Из чего делают резину для шин? Все производители автомобильных шин используют разные рецептуры и технологии изготовления резины. Для придания готовому изделию прочности и надежности могут добавляться разные пластификаторы и усиливающие наполнители.

Для производства шин используют натуральный каучук. Его добавление в резиновую смесь уменьшает нагревание покрышки. Большую часть резиновой смеси занимает синтетический каучук. Этот компонент придает шинам упругость и способность выдерживать большие нагрузки.

Говоря об автомобильной резине, мы редко задумывается из чего и как делают этот товар. А между тем всё не так просто, как может показаться на первый взгляд. Технология производства покрышек включает множество этапов и нюансов. Начальной стадией создания автомобильных шин является разработка их профиля и рисунка протектора посредством специализированных компьютерных программ объёмного моделирования. Далее компьютер просчитывает и анализирует эффективность шины в различных ситуациях и условиях эксплуатации, после чего устраняются недостатки, пробные образцы нарезаются на специальных станках вручную и тестируются в реальных условиях.

В результате испытаний происходит сбор информации для сравнения с показателями лидеров рынка того же класса, после чего осуществляется финальная доводка, предшествующая запуску на конвейер и массовому производству.

Изготовление резиновой смеси

Материал, из которого изготовлена покрышка, имеет первостепенное значение. Следует понимать, что шины различных производителей существенно отличаются в первую очередь свойствами резины, состав которой зачастую является коммерческой тайной. Столь серьёзный подход объясняется тем, что резиновая смесь определяет технические характеристики шин, включая:

Уровень сцепления с дорогой.
Долговечность и надежность.
Сезонность и износостойкость.

Состав резины современных автопокрышек включает множество материалов и компонентов: всевозможных присадок и химических соединений, которые и определяют свойства и поведение шин. Подбором и комбинацией этих элементов занимаются целые лаборатории в каждой компании, ведь именно химические добавки и их дозировка позволяют изделию превзойти конкурентов. Базой же для всех служит обычная резина, состав которой ни для кого не является секретом. Она состоит из:

Каучука, который бывает изопреновым (натуральным) и синтетическим, и является основой резиновой смеси (от 40 до 50 процентов состава).
Технического углерода (промышленная сажа), благодаря молекулярным соединениям которого шина имеет не только чёрный цвет, но и становится прочной и устойчивой к износу и температурам (от 25 до 30 процентов состава).
Кремниевой кислоты, повышающей показатели сцепления покрышки с влажным покрытием, и применяемой в основном иностранными шинниками (примерно 10 процентов состава).
Смол и масел, выступающих вспомогательными составляющими для обеспечения мягкости и эластичности изделия (около 10-15 процентов состава).
Вулканизирующих агентов, роль которых чаще всего отводится соединениям серы и специальным активаторам.

Отметим, что российский каучук признан лучшим во всём мире, а потому востребован и применяется большинством ведущих мировых компаний-производителей. А поскольку синтетический каучук уступает натуральному по всем показателям, то в этой области РФ останется лидером ещё очень долго.

Производство компонентов

Технологический процесс создания шины, кроме прочего, включает в себя несколько параллельных этапов изготовления её компонентов, среди которых:

Прорезиненная лента – это первичная заготовка для изготовления протектора, разрезаемая в зависимости от требуемого размера.
Брекер и каркас – элементы, несущие ответственность за устойчивость к порезам, прорывам и прочим повреждениям. Также брекер и каркас отвечают за жёсткость всей конструкции покрышки.
Борт шины — является наиболее жёсткой её частью, и обеспечивает герметичность при монтаже на обод колеса.

В качестве материала для каркаса и брекера современных шин служит либо металлокорд, либо стекловолокно. Последнее применяется при изготовлении покрышек класса «премиум», в то время как металлокорд незаменим в моделях, предназначенных для оснащения грузового автотранспорта.

Сборка и вулканизация

Заключительным этапом производства автопокрышки является сборка. Данная технологическая процедура выполняется методом наложения слоев каркаса, боковин, борта и протекторной части, и осуществляется на специальном сборочном барабане. После компоновки и придания нужной формы все составляющие элементы соединяются в монолитную конструкцию посредством процедуры вулканизации. Далее изделие проходит необходимые проверки, маркируется и отправляется на рынки по всему миру.

К резиновым предметам давно привыкли, и многие знают, что их делают из каучука. А что такое каучук?

Само слово происходит из двух слов языка индейского племени, жившего на берегах Амазонки: “кау” — дерево и “учу” — плакать, течь. Итак “каучу” — это слезы дерева, а само дерево называется кастилья. Растет оно в бассейне реки Амазонки в Южной Америке.

Ботаники называют эти деревья кастилья эластичная и кастилья резиновая. Они вырастают в высоту до 40 метров и цветут круглый год. Их соцветия, листья, кора заполнены млечным соком, содержащим каучук. У этих деревьев регулярно опадают мелкие веточки с листьями и из свежих ранок сочится белый млечный сок. Это о кастилье индейцы говорили, что дерево плачет.

Есть и другие деревья, дающие каучук. Больше всего — до 50% — каучука в соке бразильской гевеи.

Гевея — высокое дерево, до 50 м высотой. У него густая крона, крупные, тройчатые листья и желтые соцветия-метелки. Когда дерево достигает возраста 10-12 лет, делают первую подсечку, то есть глубокие надрезы в форме буквы V по стволу сверху вниз. Белый сок стекает по желобу и, застывая на воздухе, становится густым и тягучим.

Европейцы познакомились с “каучу” в XVI веке, после возвращения из плавания Христофора Колумба. Каучук долго оставался заморской диковиной, пока в 1823 г. англичанин К. Макинтош не пропитал ткань для плаща раствором натурального каучука. Впрочем, и до него американские индейцы пропитывали одежду соком гевеи. Первые “макинтоши” на холоде становились жесткими, а в тепле — липкими. Потом каучук стали нагревать вместе с серой и он приобрел большую прочность.

Гевею выращивают в Бразилии, в Перу, в Боливии, на острове Шри-Ланка, в тропиках Азии и в Нигерии, в Африке.

Каучук дает не только гевея. Он содержится и в млечном соке маниока — невысокого дерева, обычного в тропической Америке. В млечном соке маниока много смол, и поэтому его каучук хуже, чем каучук гевеи.

Другой вид этого растения — маниок съедобный, или кассава, заменяет жителям тропиков картофель. В пищу идут его корни, раздутые, как клубни. Иногда они бывают длиной до метра и весят больше 10 кг. В клубнях много крахмала и из него получают муку и делают крупу, которую называют тапиока.

Каучук сочится и из ствола сального дерева, обитателя Восточной Азии. Но это растение больше ценят из-за тугоплавкого жира, которым покрыты его семена. Это вещество похоже на воск и идет в первую очередь на изготовление мыла и свечей. Из него также делают китайское растительное масло для смазки, так как оно несъедобно. Из листьев получается черная краска.

На острове Мадагаскар растет молочай ин-тизи, невысокое дерево или кустарник. В его млечном соке содержится каучук высокого качества. Это вещество есть и в млечном соке фикусов, растущих в тропических странах.

Каучук когда-то добывали даже из стеблей таких травянистых растений, как кок-сагыз и крым-сагыз. Но большого количества сока из этих жителей пустынь получать не удавалось.

В наши дни основную часть натурального каучука в мире дают плантации гевеи.

Чтобы в цветке начали развиваться семена, должно обязательно произойти опыление — то есть пыльца тычинок должна попасть на рыльце пестика. Если пыльца переносится на рыльце того же цветка, то это самоопыление. Но основной тип опыления цветковых растений — это перекрестное опыление, когда пыльца переносится на цветки разных особей. При постоянном самоопылении новые формы не развиваются,…

Вы хотите знать, как выглядит вяз? Это дерево можно встретить и на улице, и в лесу, и в саду, и в парке. Бывают разные виды вязов. Но россиянин скорее всего увидит вяз гладкий. Он растет на севере до Онежского озера, на востоке — иногда даже заходит за Урал, а на юге — до берегов Каспийского…

В сосновых лесах, в березняках и ельниках можно встретить вечнозеленый невысокий кустарник с темно-зелеными кожистыми овальными листьями. Его веточки поднимаются над землей не более чем на 20 см. В мае-июне они украшены мелкими кисточками с бледно-розовыми цветками в форме колокольчиков. Осенью, в августе они превращаются в темно-красные шарики-ягоды. Кустики живут до 100 лет. Ягоды брусники…

Все мы любим сладкие и сочные арбузы. В Африке с древнейших времен выращивали арбузы как культурное растение. Именно там обнаружили сладкую форму дикорастущего арбуза. Затем арбузы появились в Малой Азии, на Кавказе и в Средней Азии. В XIII в. арбуз привезли в Астрахань и он разошелся по югу России. Из века в век люди отбирали…

В горах Крыма и Кавказа, на юге Европы южно встретить кизил — высокий, до 4-5 м кустарник с несколькими стволами. Кизил заметен издали, потому что осенью он весь покрыт темно-красными блестящими ягодами, а весной осыпан желтыми мелкими цветками. Кизил очень неприхотлив. Он растет и на сухом щебне, и на прогреваемых солнцем скалах. Его корни расходятся…

Клубни ямса — один из основных продуктов питания жителей тропических стран. Ботаники это растение называют диоскорея, а название “ямс” пошло от одного из африканских племен. В Африке выращивают диоскорею округлую, или белый ямс, и диоскорею кайенскую, или желтый ямс, на островах Тихого океана — диоскорею съедобную, в Азии — китайский ямс. Все три диоскореи выглядят…

Древнегреческий историк Геродот писал с удивлением, что из конопли изготавливают даже одежды, настолько похожие на льняные, что трудно различить, льняные они или из конопли. Во времена Геродота, в V в. до н. э. на берегах Средиземного моря ничего не знали о конопле и попала она туда из Франции. Геродот писал и об обычае скифов, которые…

Многие из нас знают, что кедры растут в сибирской тайге, что кедровые орешки очень вкусны и что еще есть такие птицы — кедровки. Да, действительно, орешки эти очень вкусны и птицы такие существуют, но кедры в Сибири не растут. В России кедром в разговорной речи называют сосну сибирскую. А настоящий кедр — это кедр ливанский….

Рута душистая — красиво цветущая и ароматная трава. На ее мелких и тонких листочках иногда заметны точки железок, которые и выделяют эфирные масла. Чаще всего руту можно встретить на сухих, покрытых щебнем склонах и скалах в Южной Европе и в Крыму. Цветки руты обычно опыляются насекомыми, но если этого не случается, происходит самоопыление. Лепестки у…

– один из самых ходовых материалов на нашей планете. Она нужна всем и всегда, без нее не двинется с места ни один автомобиль, без нее не будет работать ни одно промышленное предприятие. В этой статье мы рассмотрим процесс создания резины. Вы узнаете, какова технология производства резины и из чего ее делают.

Источники резины и краткий экскурс в историю

Первые резиновые материалы состояли в основном из натурального материала – каучука. Это продукт дерева под названием «каучуконосная гевея», которое растет в дебрях Амазонской низменности. В первые годы существования резины доля каучука доходила до 85–92%! Это немыслимая доля для сегодняшнего дня. Дело в том, что такая резина ничуть не уступала современной, скорее наоборот, превосходила ее по многим параметрам прочности и износостойкости, а затраты на ее производство были намного сегодняшних.

Одно но – из-за растущих потребностей в резине, каучуконосную гевею начали нещадно вырубать, и вскоре некогда многочисленные заросли гевеи стали стремительно исчезать. Стало совершенно очевидно, что необходимо как-то сократить вырубку этих деревьев, иначе человечество останется без резины вовсе. Ведь даже сейчас технология производства резины требует некоторого количества природного каучука, поэтому изрядную долю природного материала пришлось разбавлять многочисленными искусственными заменителями. Их мы сейчас и рассмотрим.

Каучук и химические добавки

Ключевой этап создания резины – вулканизация. Ее производят с помощью специальных синтетических компонентов – активаторов вулканизации. Сама по себе резина без этой процедуры непригодна. Помимо активаторов вулканизации необходимо добавлять вулканизирующие агенты. И только после этого активаторы вулканизации. Дело в том, что без агентов будет невозможно начало вулканизации. После агентов добавляют активаторы. И только после этого возможно начало процесса вулканизации. Вторым по важности компонентом можно назвать регенерат – этот синтетический продукт позволяет проводить процедуру вулканизации еще раз.

К смягчающим компонентам резины (разумеется синтетического, искусственного происхождения) относят противостарители, наполнители и пластификаторы, которые выполняют функцию замены природной пластичности каучука, которого не хватает в резине. Этот компонент придает резине пластичные свойства, которые позволяют ей как стягиваться, так и растягиваться, не трескаясь при этом. Также в резину добавляют различные модификаторы, ароматизированные синтетические смолы и порообразователи. Задача последних состоит в том, чтобы в резине образовывались небольшие пузырьки воздушного пространства, незаметные глазу. Они играют роль своеобразной воздушной подушки, снижая давление на шину при движении автомобиля. Не во всех случаях представляется возможным создать синтетический каучук и использовать его в постоянных целях. Иногда все же приходится прибегать к использованию полностью натуральных каучуков.

Технологический процесс создания резины

Первый и самый важный этап создания резины – вулканизация. Каучуковые молекулы по своей природе очень гибкие, то есть не годятся для грубого использования (езда на машине, к примеру), поэтому необходимо формирование новой сетки (кристаллической решетки). Вулканизация делает каучук твердым, то есть превращает его в материал с иными физическими свойствами – в резину. Сама вулканизация включает в себя несколько этапов:

Формирование новой кристаллической решетки;
Индукцию;
Реверсию.

Технология производства резины подразумевает полное изменение свойств каучука. Прочность каучука, как природного, так и синтезированного, значительно ниже, чем прочность уже готовой вулканизированной резины. Эластичность тоже является одним из самых важных показателей для эксплуатации. Чем менее эластична резина, тем больше она будет трескаться. И дело даже не в эксплуатации. Если неэластичная резина будет просто лежать, она также потрескается, но уже просто от разницы дневных и ночных температур.

Эластичная резина будет стягиваться и растягиваться до того предела, который заложен в нее при создании – чем больше в каучук положили пластификаторов при вулканизации, тем эластичнее будет уже готовая резина. Современная технология производства резины уже не подразумевает участия в процедуре вулканизации натурального каучука, все процессы и принципы химического воздействия основаны на взаимодействии синтетических каучуков с химическими реагентами. Но, правда, не всегда добавки и компоненты бывают исключительно синтетическими.

В зависимости от конечного назначения резины в процессе вулканизации в нее могут добавляться:

сажа;
ацетилированный ланолин;
глицерин.

Виды вулканизации

Наиболее популярными методами создания резины остаются горячая и холодная вулканизация. Горячая вулканизация проводится при температуре от +250 0 С до +290 0 С. Холодная вулканизация дает температуру от +20 0 С до +30 0 С и обычно используется для создания материалов-герметиков. Существует еще и серная вулканизация, которая нужна для создания камер для авто, армейской и туристической обуви и покрышек для велосипедов. В данном случае используются горячая сера и катализаторы, которые помогают ускорить процесс вулканизации.

Процесс производства резины, видео-обзор:

Состав резины и ее получение

К атегория:

Автомобильные эксплуатационные материалы

Состав резины и ее получение

Основным компонентом резины является каучук: его содержание в резиновых изделиях составляет примерно 50…60% по массе. У каучука молекулы представляют собой длинные нити, скрученные в клубки и перепутанные между собой. Такое строение каучука обусловливает его главную особенность - эластичность. При растяжении каучука его молекулы постепенно распрямляются, возвращаясь в прежнее состояние после снятия нагрузки. Однако при слишком большом растяжении молекулы необратимо смещаются друг относительно друга и происходит разрыв каучука.

Вначале в резиновых изделиях использовался только натуральный каучук, который получали из млечного сока (латекса) каучуконосного дерева - бразильской гевеи. В 1932 г. впервые в мире в нашей стране был синтезирован синтетический каучук, который вскоре стал основным сырьем для изготовления резиновых изделий. В настоящее время для этой цели выпускаются десятки разновидностей синтетических каучуков.

Наиболее широкое применение находят стирольные каучуки С KMC (бутадиен-метилстирольный) и СКС (бу-тадиен-стирольный). Эти каучуки превосходят натуральный по. износостойкости, однако уступают ему по эластичности, тепло- и морозостойкости.

При производстве шин используют изопреновый (СКИ -3) и бутадиеновый (СКВ ) каучуки. Каучук СКИ -3 по свойствам близок к натуральному каучуку, каучук СКВ отличается высокой износостойкостью. Хорошую маслобензостойкость имеют хлорпреновый (наирит) и нитрильный (СКН ) каучуки. Из них изготавливают детали, работающие в контакте с нефтепродуктами: шланги, манжеты и др.

При изготовлении камер и герметизирующего слоя бескамерных шин используется бутилкаучук, характеризующийся высокой газонепроницаемостью.

Натуральный или синтетический каучук составляет основу резиновой смеси или «сырой» резины, которая самостоятельно из-за низкой прочности находит ограниченное применение - в основном для изготовления клеев и уплотнительных прокладок. Для увеличения прочности каучуков используется процесс вулканизации - химическое связывание молекул каучука с атомами серы. В процессе вулканизации, протекающем при температуре 130… 140 °С, молекулы серы соединяются с линейными молекулами каучука, образуя как бы мостики между ними (рис. 59). В результате получается вулканизированная резина, представляющая собой упругий материал.

Количество серы, используемое при вулканизации, определяется требованиями прочности и эластичности материала. С ростом концентрации серы прочность резины увеличивается, но одновременно уменьшается ее эластичность. Поэтому в резинах, предназначенных для изготовления автомобильных камер и покрышек, добавка серы ограничена 1…3% от общего содержания каучука. При содержании серы 40…60% каучук превращается в твердый материал - эбонит.

Для обеспечения требуемой прочности и износостойкости резин, особенно предназначенных для изготовления шин, применяются наполнители. Главным из наполнителей является сажа, представляющая собой порошкообразный углерод с размерами частиц 0,03…0,25 мкм. В современных резинах содержится значительное количество са-жи - от 30 до 70% по отношению к содержащемуся каучуку. При введении сажи прочность резины увеличивается более, чем на порядок. Для изготовления цветных резин используется так называемая белая сажа (кремнезем и другие продукты). Наряду с сажей применяются неактивные наполнители, служащие для увеличения объема резиновой смеси без ухудшения ее свойств (отмученный мел, асбестовая мука и др.).

Рис. 1. Строение вулканизированного каучука

Для облегчения смешивания компонентов резиновой смеси в нее вводятся пластификаторы или мягчители - обычно жидкие или твердые нефтепродукты. С целью замедления процессов старения, а также для повышения выносливости резины при многократных деформациях, добавляются противостарители (антиокислители). В качестве противостарителей используются специальные химические вещества, связывающие проникающий в резину кислород. В качестве таких веществ применяют неозон Д и сантофлекс А. Для ускорения вулканизации используют присадки ускорителей. Получение пористых губчатых резин обеспечивается с помощью специальных порообра-зователей.

Для увеличения прочности ряда резинотехнических изделий (автомобильные покрышки, приводные ремни, шланги высокого давления и пр.) резины армируются с помощью тканевой или металлической арматуры. Например, в одном из наиболее ответственных и дорогостоящих изделий - автомобильных покрышках используются полиамидный (капроновый), вискозный или металлический корды.

Основным этапом технологического процесса приготовления резин явлется смешение, при котором обеспечивается полное и равномерное распределение в каучуке всех содержащихся инградиентов (составных частей), число которых может доходить до 15. Смешение выполняется в резиносмесителях, обычно в две стадии. Сначала изготавливается вспомогательная смесь без серы и ускорителей, затем на второй стадии вводятся сера и ускорители. Получаемые резиновые смеси используются для изготовления соответствующих деталей и для обрезинивания корда. В последнем случае для обеспечения достаточной прочности связи между кордом и резиной корд обязательно пропитывается латексами и смолами. Заключительной операцией является вулканизация, после которой резинотехническое изделие пригодно для использования.

При ремонте автомобильных шин и камер методом горячей вулканизации широко применяются такие сорта сырой резины, как прослоечная, протекторная и камерная. R этом случае для обеспечения требуемого качества ремонта наряду с высокой температурой процесс вулканизации должен проходить под определенным давлением, обеспечиваемым с помощью различных устройств.