Резиновые материалы

                                           Содержание

Введение……………………………………………………………………3 стр.

Получение резины………………………………………………………….5 стр.

Свойства резины……………………………………………………………7 стр.

Применение резины………………………………………………………..11 стр.

Исследование  резиновых  деталей на прочность методом  фотоупругости……………………………………………………………..15 стр.

Заключение…………………………………………………………………17 стр.

Список литературы……………………………………………………...…18 стр.

                                             Введение

Резина (от лат. resina – смола) (вулканизат), эластичный материал, образующийся в результате вулканизации натуральных и синтетических каучуков. Представляет собой сетчатый эластомер – продукт поперечного сшивания молекул каучуков химическими связями.

Резина как технический  материал отличается от других материалов высокими эластическими свойствами, которые присущи каучуку —  главному исходному компоненту резины. Она способна к очень большим  деформациям (относительное удлинение достигает 1000 %), которые почти полностью обратимы. При нормальной температуре резина находится в высокоэластическом состоянии и ее свойства сохраняются в широком диапазоне температур.¹

 Модуль упругости лежит  в пределах 1—10 МПа, т. е. он  в тысячи и десятки тысяч  раз меньше, чем для других  материалов. Особенностью резины  является ее малая сжимаемость  (для инженерных расчетов резину  считают несжимаемой); коэффициент  Пуассона 0,4—0,5, тогда как для  металла эта величина составляет 0,25—0,30. Другой особенностью резины как технического материала является релаксационный характер деформации. При нормальной температуре время релаксации может составлять 10-4 с. и более. При работе резины в условиях многократных механических напряжений часть энергии, воспринимаемой изделием, теряется на внутреннее трение (в самом каучуке и между молекулами каучука и частицами добавок); это трение преобразуется в теплоту и является причиной гистерезисных потерь. При эксплуатации толстостенных деталей (например, шин) вследствие низкой теплопроводности материала нарастание температуры в массе резины снижает ее работоспособность. Кроме отмеченных особенностей для резиновых материалов характерны высокая стойкость к истиранию, газо- и водонепроницаемость, химическая стойкость, электроизолирующие свойства и небольшая плотность.

                                           Получение резины

Резину получают главным  образом вулканизацией композиций (резиновых смесей), основу которых (обычно 20-60% по массе) составляют каучуки. Другие компоненты резиновых смесей – вулканизующие агенты, ускорители и активаторы вулканизации, наполнители, противостарители, пластификаторы (смягчители). В состав смесей могут также входить регенерат (пластичный продукт регенерации резины, способный к повторной вулканизации), замедлители подвулканизации, модификаторы, красители, порообразователи, антипирены, душистые вещества и другие ингредиенты, общее число которых может достигать 20 и более. Выбор каучука и состава резиновой смеси определяется назначением, условиями эксплуатации и техническими требованиями к изделию, технологией производства, экономическими и другими соображениями.²

Технология производства изделий из резины включает смешение каучука с ингредиентами в  смесителях или на вальцах, изготовление полуфабрикатов (шприцованных профилей, каландрованных листов, прорезиненных тканей, корда и т.п.), резку и раскрой полуфабрикатов, сборку заготовок изделия сложной конструкции или конфигурации с применением специального сборочного оборудования и вулканизацию изделий в аппаратах периодического (прессы, котлы, автоклавы, форматоры-вулканизаторы и др.) или непрерывного действия (тоннельные, барабанные и др. вулканизаторы). При этом используется высокая пластичность резиновых смесей, благодаря которой им придается форма будущего изделия, закрепляемая в результате вулканизации. Широко применяют формование в вулканизационном прессе и литье под давлением, при которых формование и вулканизацию изделий совмещают в одной операции. Перспективны использование порошкообразных каучуков и композиций и получение литьевых резин методами жидкого формования из композиций на основе жидких каучуков. ³

                                           Свойства резины

Резину можно рассматривать  как сшитую коллоидную систему, в  которой каучук составляет дисперсионную  среду, а наполнители – дисперсную фазу. Важнейшее свойство резины –  высокая эластичность, т.е. способность  к большим обратимым деформациям  в широком интервале температур.

Резина сочетает в себе свойства твердых тел (упругость, стабильность формы), жидкостей (аморфность, высокая  деформируемость при малом объемном сжатии) и газов (повышение упругости  вулканизационных сеток с ростом температуры, энтропийная природа  упругости).

Резина – сравнительно мягкий, практически несжимаемый  материал. Комплекс ее свойств определяется в первую очередь типом каучука; свойства могут существенно изменяться при комбинировании каучуков различных типов или их модификации.

Механические свойства вулканизованной  резины характеризуются рядом показателей, важнейшие из которых определяют при испытаниях ее на растяжение и  сжатие, для чего в соответствии с ГОСТ 270—75 используют те же методы и такого же типа машины, какие применяются  для оценки прочности металлов.

Пределом прочности при  растяжении (разрывной прочностью) называется напряжение, возникающее  в резине к моменту разрыва  образца. Численно предел прочности 52 равен частному от деления максимальной нагрузки Р, зафиксированной при  разрушении образца, на площадь его  поперечного сечения, измеренную до начала растяжения.

Совокупность относительного и остаточного удлинений характеризует  эластичность резинового материала. Чем  больше разность между этими показателями, тем лучше эластичность материала, которая должна соответствовать  назначению детали. При деформации сжатия разрушение образца из различных сортов монолитных (беспористых) резин наступает примерно при двукратном уменьшении его размера в направлении сжимающей нагрузки, или, иначе говоря, при относительном сжатии порядка 50 %.

Чрезвычайно важные эксплуатационные выводы вытекают из анализа способности  резины обеспечивать остаточные деформации. В вулканизатах всех каучуков (кроме  эбонита) происходит явление, внешне сходное  с ползучестью металлов при повышенных температурах или с хладотекучестью  термопластов. Сущность этого явления  состоит в том, что в резине, находящейся в напряженном состоянии, возникают и накапливаются необратимые  деформации. Чем длиннее срок пребывания в таком состоянии и выше действующая  нагрузка, тем больше будут остаточные деформации, которые достигают при  разрушающих напряжениях нескольких десятков процентов. Поэтому сильно деформированные резиновые детали с течением времени безвозвратно изменяют свою форму и размеры, что  особенно, заметно на тонкостенных изделиях, листовых материалах и т.д. Например, длительно хранящиеся навалом чисто резиновые и даже армированные шланги приобретают сплющенную форму, а резкие перегибы, допускаемые при складывании прорезиненной ткани, очень быстро и настолько устойчиво на ней фиксируются, что устранить их в последующем невозможно.

Чтобы обеспечить на возможно больший срок высокую работоспособность  резиновых деталей, необходимо при  их хранении, а также при эксплуатации создавать такие условия, при  которых бы возникающие в этих деталях напряжения и деформации были, возможно, меньшими.

Правилами технической эксплуатации шин предписывается не допускать  их перегрузки и поддерживать в них  нормальное давление (не снижая давление в тех случаях, когда оно становится выше нормы за счет нагрева шин). Оба требования продиктованы не только заботой о сохранении формы и  размеров шин, но и стремлением не снизить их долговечность, предотвратить чрезмерное тепловыделение в них и перерасход топлива.

Наиболее широко для оценки твердости резины применяется твердомер  ТМ-2, мерой твердости по которому служит глубина погружения притуплённой в форме усеченного конуса иглы , выраженная в условных делениях шкалы  прибора. При испытании твердомер  ТМ-2 надо прижимать к изделию  с минимальным усилием, но достаточным  для того, чтобы обе его нижние площадки плотно (без просветов) прилегали  к поверхности резины. При этом следует иметь в виду, что толщина образца, к которому прижимается твердомер, должна быть не менее 6 мм.

С целью облегчения формования изделий из сырой резины ей придают  путем специальной обработки  — пластикации каучука — необходимую  пластичность. При измерении твердости  такой резины игла твердомера непрерывно погружается в испытуемый образец, в результате чего показание прибора  убывает и через несколько  минут становится близким к нулю. Из-за повышенной пластичности сырой резины игла оставляет на образце не исчезающую со временем лунку. В процессе вулканизации пластичность резины убывает и на конечном этапе практически полностью исчезает, а твердость и эластичность, непрерывно возрастающие по мере вступления в реакцию новых порций серы, достигают в готовом вулканизате определенных значений. На изменении пластичности основан один из методов контроля степени вулканизации, как целых деталей, так и отдельных их участков, ремонтируемых с помощью сырой резины. Стабильное, укладывающееся в рамки технических требований показание твердомера, сочетающееся с тем, что его игла не оставляет заметного следа на вулканизате, свидетельствует о правильности выбранного режима вулканизации.⁴

Оценка износостойкости (сопротивления истиранию) и стремление к ее повышению преимущественно  касается резины, идущей на изготовление деталей, которые по условиям работы перемещаются путем скольжения или  качения относительно других предметов  и при этом подвергаются износу. Из резиновых изделий для автомобилей  к этой категории, в первую очередь, относятся пневматические шины, которым  приходится работать в исключительно  тяжелых условиях, сочетающих в себе восприятие высоких ударных нагрузок в очень широком диапазоне  температур, царапающее и абразивное воздействие полотна дороги и  грунта, неблагоприятное влияние  влаги, солнца, кислорода и т.д.

Экспериментальное определение  износостойкости резин производится в соответствии с ГОСТ 426—77 на специальной  установке, которая позволяет при  нормированных условиях подвергать истиранию образец резины, прижимаемый  к наждачной шкурке с давлением 32,5 кПа. Показатель износостойкости, называемый удельным показателем истирания, определяется потерей объема испытуемого образца, вычисленной по отношению к единице  работы, затраченной на истирание. Для  резин, идущих на изготовление протекторов  автомобильных покрышек для легковых автомобилей, этот показатель должен составлять не более 0,08 мм3/Дж, а для грузовых — не более 0,14 мм3/Дж.

                                         Применение резины

Для получения прорезиненных  тканей берут льняную или бумажную ткань и резиновый клей, представляющий резиновую смесь, растворенную в  бензине или бензоле. Клей тщательно  и равномерно размазывают и впрессовывают  в ткань; после просушки и испарения  растворителя получают прорезиненную ткань. Для изготовления прокладочного материала, способного выдерживать высокие температуры, применяют паронит, представляющего собой резиновую смесь, в которую введено асбестовое волокно. Такую смесь смешивают с бензином, пропускают через вальцы и вулканизируют в виде листов толщиной от 0,2 до 6 мм.

Для получения резиновых  трубок и профилей сырую резину пропускают через шприц-машину, где сильно разогретая (до 100—110°) смесь продавливается через  профилирующую головку. В результате получают профиль, которую подвергают вулканизации.⁵

Изготовление дюритовых  рукавов происходит следующим образом: из каландрованной резины вырезают полосы и накладывают их на металлический  дорн, наружный диаметр которого равен  внутреннему диаметру рукава. Края полос смазывают резиновым клеем  и прикатывают роликом, затем  накладывают один или несколько  парных слоев ткани и промазывают  их резиновым клеем, а сверху накладывают  слой резины. После этого собранный  рукав подвергают вулканизации.

Автомобильные камеры изготовляют  из резиновых труб, шприцованных или  склеенных вдоль камеры. Существует два способа изготовления камер: формовый и дорновый. Дорновые камеры вулканизируют на металлических  или изогнутых дорнах. Эти камеры имеют один или два поперечных стыка. После стыкования, камеры в  месте стыка подвергают вулканизации. При формовом способе, камеры вулканизируют в индивидуальных вулканизаторах, снабженных автоматическим регулятором температуры. Чтобы избежать склеивания стенок, внутрь камеры вводят тальк.⁶

Автомобильные покрышки собирают на специальных станках из нескольких слоев особой ткани (корд), покрытой резиновым слоем. Тканевый каркас, то есть скелет шины, тщательно прикатывают, а кромки слоев ткани заворачивают. Снаружи каркас покрывают в беговой  части толстым слоем резины, называемым протектором, а на боковины накладывают  более тонкий слой резины. Подготовленную таким образом шину подвергают вулканизации.

Каучук имеет огромное народнохозяйственное значение. Чаще всего его используют не в чистом виде, а в виде резины. Резиновые  изделия применяют в технике  для изоляции проводов, изготовления различных шин, в военной промышленности, в производстве промышленных товаров: обуви, искусственной кожи, прорезиненной  одежды, медицинских изделий .

Резина – высокоэластичное, прочное соединение, но менее пластичное, чем каучук. Она представляет собой  сложную многокомпонентную систему, состоящую из полимерной основы (каучука) и различных добавок. Наиболее крупными потребителями резиновых технических  изделий являются автомобильная  промышленность и сельскохозяйственное машиностроение. Степень насыщенности резиновыми изделиями – один из основных признаков совершенства, надёжности и комфортабельности массовых видов машиностроительной продукции. В составе механизмов и агрегатов, современных автомобиля и трактора имеются сотни наименований и до тысяч резиновых деталей, причём одновременно с увеличением производства машин возрастает их резиноёмкость.

Обувные резины – это  обширная группа искусственных материалов для низа обуви. Процесс производства этих резин состоит из следующих  операций:

1)      Подготовка  материалов включает сушку, измельчение  и просеивание исходных материалов, а также проверку их качества. Каучук распаривают, измельчают, перетирают. В результате повышается  пластичность каучука, и однородность резиновой смеси.

2)      Приготовление  резиновой смеси состоит в  смешивании всех компонентов  наполнителей, вулканизирующих веществ,  ускорителей вулканизации, активаторов,  смягчителей, противостарителей, красителей и других. Сначала к каучуку добавляют смягчители, а в последнюю очередь вулканизирующие вещества и порообразователи. Для предания полученной  резиновой смеси формы плоских листов производят её листование на вальцах.

3)      Каландрирование  (формование) – метод производства  сырых резиновых заготовок в  виде непрерывной ленты нужной  толщины и ширины. Каландрирование  улучшает физико-химические свойства  резиновой смеси, от него зависит  расход резиновых смесей и  качество изделий.

4)      Штампование  резиновых заготовок для получения  отдельных деталей обуви, производят  на штампах-прессах специальными  резаками.

5)      Вулканизация  – завершающая операция производства  резины. Резину выпускают в виде  пластин, штампованных и формованных  деталей: подошв, каблуков, подошв с каблуками.

Резиновая промышленность —  один из важнейших поставщиков комплектующих  деталей и изделий для многих отраслей народного хозяйства.

Резина— незаменимый материал в производстве шин, различных амортизаторов и уплотнителей; её применяют также для изготовления конвейерных лент, приводных ремней, рукавов, разнообразных изделий бытового назначения, в частности обуви.

Из резины изготовляют изоляцию кабелей, эластичные электропроводящие покрытия, протезы (например, искусственные клапаны сердца), детали наркозных аппаратов, катетеры, трубки для переливания крови и многое др. Объём мирового производства изделий из резины в 1974 превысил 20 млн. т. Наиболее крупные потребители резины — шинная промышленность (свыше 50%) и промышленность резинотехнических изделий (около 22 % ).

 Исследование  резиновых  деталей на прочность методом фотоупругости

Метод фотоупругости основан  на исследовании не самих деталей, а  моделей, изготовленных из прозрачной резины. Исследуемые модели представляют собой пластины, имеющие конфигурацию сечения детали и нагруженные  силами, подобными действующим в  этом сечении детали. Исследования проводятся в поляризованном свете. В результате двойного лучепреломления  в напряженной модели на экране получают две системы линий: изохромы или  полосы — линии одинаковых разностей  главных напряжений.

 В монохроматическом  свете обе системы полос черные  и отчетливо видны изохромы  высокого порядка. В экспериментах  были получены полосы 70-го порядка,  т. е., учитывая размеры моделей,  до 5 полос на 1 мм.

В белом свете практически  видны 4—5 порядков полос, но эти полосы красочные и четко обозначают области малых напряжений.

Поля изоклин и изохром  — основной экспериментальный материал, обработка которого дает возможность  определить напряженное состояние  в каждой точке модели или построить  эпюры напряжений по любому его сечению. Пересчет напряжений для детали производится точно для плоских моделей  и с некоторым приближением для  объемных.⁷

 Метод фотоупругости  помогает конструкторам в создании  легкой и прочной детали. Прочность  материала определяется удельным  усилием, которое он может воспринять  без разрушения при равномерном  распределении напряжений. Однако  в деталях, имеющих сложную  конфигурацию, напряжения распределяются  неравномерно. Возникают области  концентрации напряжений, и деталь  может разрушиться до того, как  среднее напряжение достигнет опасного значения. Для расчета пользуются либо системой допускаемых напряжений, полученных экспериментально для данных изученных объектов с различными коэффициентами формы, либо величиной предельной нагрузки, определяемой нагружением детали до разрушения. Эти методы верны, но громоздки и не вскрывают причины разрушения.

 Метод фотоупругости  решает первую из этих задач,  т. е. дает возможность определить  характер распределения напряжений  в детали. Вторая задача пока  не решена. Однако проведенные  эксперименты показывают, что на  свободном контуре разрушение  происходит в областях наибольших  растягивающих напряжений. Более  того, во внутренних областях, в  которых происходит разрушение, растягивающие напряжения также  имеют наибольшие значения.⁸

                                           Заключение

Резина как технический  материал отличается от других материалов высокими эластическими свойствами, которые присущи каучуку —  главному исходному компоненту резины. Она способна к очень большим  деформациям (относительное удлинение достигает 1000 %), которые почти полностью обратимы. При нормальной температуре резина находится в высокоэластическом состоянии и ее свойства сохраняются в широком диапазоне температур.

Резиновая промышленность —  один из важнейших поставщиков комплектующих  деталей и изделий для многих отраслей народного хозяйства.

Резина— незаменимый материал в производстве шин, различных амортизаторов и уплотнителей; её применяют также для изготовления конвейерных лент, приводных ремней, рукавов, разнообразных изделий бытового назначения, в частности обуви.

Из резины изготовляют изоляцию кабелей, эластичные электропроводящие покрытия, протезы (например, искусственные клапаны сердца), детали наркозных аппаратов, катетеры, трубки для переливания крови и многое др. Объём мирового производства изделий из резины в 1974 превысил 20 млн. т. Наиболее крупные потребители резины — шинная промышленность (свыше 50%) и промышленность резинотехнических изделий (около 22 %).

                      Список используемой литературы

1. Белозеров Н. В. “Технология резины”, 1979, Москва, “Химия”
2. Богодухова С.И., Бондаренко В.А. Технологические процессы машиностроительного производства. Оренбург, ОГУ, 1996.
3. Гарифуллин Ф. А.,. Ибляминов Ф. Ф “Конструкционные резины   и методы определения их механических свойств”, Казань, 2000.
4. Глинка Н. Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. -23-е изд., стереотипное. / Под ред. В. А. Рабиновича. - Л.: Химия, 1984.
5. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П.Материаловедение. М.:Машиностроение, 1990.
6. Лепетов В.А.  "Резиновые технические изделия", М., "Химия"
7. Махлис Ф.А.,. Федюкин Д.Л, "Технические и технологические свойства резин". М., "Химия", 1985г.
8. Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Химия-11: Органическая химия. Основы общей химии: (Обобщение и углубление знаний): Учебник для 11 класса средней школы - М.:

¹ Глинка Н. Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. -23-е изд., стереотипное. / Под ред. В. А. Рабиновича. - Л.: Химия, 1984.35-36 стр.

² Гарифуллин Ф. А.,. Ибляминов Ф. Ф “Конструкционные резины   и методы определения их механических свойств”, Казань, 2000.77 стр.

³ Лепетов В.А.  "Резиновые технические изделия", М., "Химия".176 стр.

⁴ Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Химия-11: Органическая химия. Основы общей химии: (Обобщение и углубление знаний): Учебник для 11 класса средней школы - М.:101 стр.

⁵ Белозеров Н. В.  “Технология резины”, 1979, Москва, “Химия”55 стр.

⁶ Махлис Ф.А.,. Федюкин Д.Л, "Технические и технологические свойства резин". М., "Химия", 1985г. 71-72 стр.

⁷ Богодухова С.И., Бондаренко В.А. Технологические процессы машиностроительного производства. Оренбург, ОГУ, 1996.75-76 стр.

⁸ Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П.Материаловедение. М.:Машиностроение, 1990.45-47 стр.