Химический состав резиновой смеси

Над процессом создания шины работают шинные химики и конструкторы, от которых зависят секреты шинной рецептуры. Их искусство заключается в правильном выборе, дозировке и распределении шинных компонентов, в особенности для смеси протектора. На помощь им приходят профессиональный опыт и не в меньшей степени компьютеры. Хотя состав резиновой смеси у любого солидного производителя шин — тайна за семью печатями, достаточно хорошо известны около 20 основных составляющих. Весь секрет состоит в их грамотной комбинации с учётом предназначения самой шины.

Основные составляющие резиновой смеси:

Каучук. Основу шины его всё же образуют различные каучуковые смеси. Натуральный каучук, состоящий из высушенного сока (латекса) бразильской гевеи, долгое время доминировал во всех смесях, различаясь при этом лишь по уровню качества. Также каучуконосный млечный сок содержится в некоторых видах сорных трав и одуванчиков. Производимый из нефти синтетический каучук был изобретён немецкими химиками в 30-е гг. и современная скоростная шина без него просто немыслима. В настоящее время синтезируется несколько десятков различных синтетических каучуков. Каждый из них имеет свои характерные особенности и строгое назначение в разных деталях шины. Даже после изобретения синтетического изопренового каучука (СКИ) — близкого по свойствам к натуральному, резиновая промышленность не может полностью отказаться от использования последнего. Единственный его недостаток перед СКИ — дороговизна. На территории СССР не было возможности получать натуральный каучук из растений, а покупать его за границей приходилось за валюту. Это спровоцировало развитие богатой химии синтеза каучуков и других полимеров.

Технический углерод. Добрая треть резиновой смеси состоит из промышленной сажи (технический углерод), наполнителя, предлагаемого в различных вариантах и придающего шине её специфичный цвет. Сажа обеспечивает в процессе вулканизации хорошее молекулярное соединение, что придаёт покрышке особую прочность и износостойкость. Сажу получают путём деструкции природного газа без доступа воздуха. В СССР при доступности этого «дешёвого» сырья было возможно широкое применение технического углерода. Резиновые смеси с использованием ТУ вулканизуются серой.

Кремниевая кислота. В Европе и США ограниченный доступ к источникам природного газа вынудил химиков найти замену ТУ. При том, что кремниевая кислота не обеспечивает такую же высокую прочность резинам, как ТУ, она улучшает сцепление шины с мокрой поверхностью дороги. Так же она лучше внедряется в структуру каучука и меньше вытирается из резины при эксплуатации шины. Это свойство менее пагубно для экологии. Чёрный налёт на дорогах — технический углерод, вытертый из шин. В рекламе и обиходе шины с использованием кремниевой кислоты называются «зелёными». Резины вулканизуются перекисями. Полностью отказаться от использования технического углерода в настоящее время не представляется возможным.

Масла и смолы. К важным составным частям смеси, но в меньшем объёме, относятся масла и смолы, обозначаемые как мягчители и служащие в качестве вспомогательных материалов. От достигнутой жёсткости резиновой смеси во многом зависят ездовые свойства и износостойкость шины.

Сера. Сера (и кремниевая кислота) — вулканизующий агент. Связывает молекулы полимера «мостиками» с образованием пространственной сетки. Пластичная сырая резиновая смесь превращается в эластичную и прочную резину.

Вулканизационные активаторы, такие как оксид цинка и стеариновые кислоты, а также ускорители инициируют и регулируют процесс вулканизации в горячей форме (под давлением и при нагреве) и направляют реакцию взаимодействия вулканизующих агентов с каучуком в сторону получения пространственной сетки между молекулами полимера.

Экологические наполнители. Новая и ещё не распространённая технология предполагает собой применять в смеси протектора крахмал из кукурузы (в перспективе картофеля и сои). За счёт значительно уменьшенного сопротивления качения шина на основе новой технологии выделяет в атмосферу почти вдвое меньше соединений углекислого газа по сравнению с обычными шинами.

Выводы

1. Ускорители не влияют на пластичность, мягкость, восстанавливаемость, эластическое восстановление, относительное эластическое восстановление, усадку, которые имеют примерно равные значенияе во всех резиновых смесях

2.Оптимальное время вулканизации у смесей, содержащих сульфенамид Ц и каптакс, одинаковое, а у альтакса отличается из-за того, что он меньше активируется дифенилгуанидином. Сульфенамид Ц обеспечивает значительно более длительный индукционный период.

3. Физико-механические характеристики резин у всех трех систем ускорителей очень схожи. Но показатели условных напряжений при удлинении и условная прочность выше у резин, содержащих систему каптакс-ДФГ.

4. Изменение системы ускорителей не влияет на твердость резин. Эластичность и сопротивление истиранию являются наибольшими для резин с системой альтакс-ДФГ.

5. Динамическая выносливость наиболее велика для резины, вулканизованной в присутствии системы альтакс-ДФГ.

6. На основании проведенных испытаний можно заключить, что наилучшим комплексом свойств обладает резина, вулканизованная в присутствии альтакса и ДФГ. Данная резина обладает наибольшими показателями прочности, сопротивления истиранию, эластичности и устойчивости к многократному изгибу. Для точного подбора системы ускорителей необходимы дополнительные испытания.

6. Список литературы

1. Резниченко, С.В. Большой справочник резинщика. Том 1. Каучуки и ингредиенты. / С.В. Резниченко, Ю.Л. Морозов (ред.). - М.: ООО «Издательский центр «Техинформ» МАИ», 2012. — 744 с.

2. Каргин, В.А.Энциклопедия полимеров. Том 1.А-К./ В.А. Каргин, В.А. Кабанов - М.:Советская энциклопедия, 1972. - 1224 с.

3. Белозеров, Н.В. Технология резины: 3 изд. перераб. и доп. - М.: Химия, 1979. - 472 с

4. Гофманн, В. Вулканизация и вулканизующие агенты. - М.: Химия, 1968. - 450 с.

5. Корнев, А.Е. Технология эластомерных материалов: 3-е изд., перераб. и доп. / А.Е Корнев,

A. М. Буканов, О.Н.Шевердяев- М.: Истек, 2009. - 504 с.

6. Кирпичников, П.А Альбом технологических схем основных производств промышленности синтетического каучука: учебное пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. / П.А. Кирпичников,

B. В. Береснев, Л.М Попова. - Л.: Химия, 1986. - 224 с.

7. Мухутдинов, А.А. Альбом технологических схем основных производств резиновой промышленности. / А.А. Мухутдинов, В.П. Дорожкин, Ю.О. Аверко-Антонович, М.А Поляк.

- М.: Химия, 1980. - 76 с.

8. Дж. С. Дик. Технология резины: Рецептуростроение и испытания/ Пер.с англ. С.В.Котовой, В.А. Глаголева, Л.Р.Люсова. - Санкт-Петербург: Научные основы и технологии, 2010. - 620 с.

9. Аверко-Антонович, Л.А. Химия и технология синтетического каучука/ Л.А Аверко- Антонович, Ю.О. Аверко-Антонович, П.А. Кирпичников. - М.: Химия, 2008. -357 с.