microbik.ru
1

Резинотехнические изделия (РТИ)



В узлах и агрегатах современных автомобилей используется значительное количество резинотехнических изделий, изготовляемых из резиновых материалов. Зачастую отказ даже наиболее незначительных из них приводит к нарушению работы важных агрегатов.

Резинами называются эластичные многокомпонентные материалы на основе каучука. Эластичность резин, т.е. способность к очень большим (500 — 800 %) обратимым деформациям, является наиболее ценным их свойством. Резины имеют очень низкий модуль упругости (Е = 1 ... .10 МПа) и легко деформируются под действием относительно не больших напряжений; их коэффициент Пуассона близок к 0,5.

Механические свойства резин определяют при испытаниях на растяжение. Для резин характерно  = 10...60 МПа и очень большое относительное удлинение в момент разрыва образцов — до 900 — 1000 %.

Трещины в резинах распространяются медленно; сопротивление раздиру (ГОСТ 262—93) изменяется от 20 До 150 кН/м.

Упрочнение резин при растяжении обусловлено выпрямлением молекул каучука, ограничением возможности дальнейшей высокоэластичной деформации, а также их кристаллизацией. Кристаллизация в резинах нежелательна, так как из-за нее уменьшается эластичность. После снятия нагрузки кристаллы плавятся и эластичность восстанавливается через некоторое время. Наиболее склонны к кристаллизации резины на основе натурального каучука, близкого к нему изопренового, а также хлоропренового каучуков. После разрыва образца имели остаточное относительное удлинение 20 — 30 %, т.е. менее 5 % максимального удлинения перед разрывом. Это остаточное удлинение в основном является необратимой деформацией из-за разрывов поперечных связей и проскальзывания макромолекул, чем меньше остаточное удлинение, тем выше качество резины.

Резиновые изделия при эксплуатации испытывают напряжения, которые значительно меньше переменного сопротивления. Под нагрузкой часть подводимой к изделию механической энергии тратится на преодоление межмолекулярного взаимодействия и преобразуется в тепловую. Гистерезисные потери возникают при однократном цикле нагружения.

Особое значение они приобретают при многократном циклическом нагружении. В массивных изделиях, когда теплоотвод от внутренних участков затруднен из-за невысокой теплопроводности резины, ее температура повышается на 100 °С и более.

Резины изготавливают на основе натуральных и синтетических каучуков с температурами стеклования ниже 0 °С. Основной операцией превращения каучука в резину является вулканизация, когда линейные молекулы термопластичного каучука соединяются поперечными химическими в резинах связями. Молекулярная структура резины представляет собой объемную сетку, способную к высокоэластичным деформациям благодаря невысокой плотности поперечных связей. По сравнению с каучуком резина прочнее, резина не склонна к необратимым деформациям под нагрузкой и не растворяется а лишь набухает в тех растворителях, в которых растворим каучук.

У резин общего назначения интервал рабочих температур составляет —50...+ 150 °С. При нагреве выше 150 °С резина быстро разрушается, а при охлаждении ниже —50 °С теряет эластичность. Для более низких и более высоких температур разработаны специальные резины — морозостойкие и теплостойкие соответственно.

Сохранение основного множества двойных связей в объемной молекулярной сетке резины является причиной ее быстрого старения. Особенно разрушительно действует озон, старение ускоряется при нагреве и при одновременном действии окислителей и механических напряжений. В результате старения резина с поверхности покрывается сеткой трещин. В частности, при знакопеременном цикле нагружения резина одновременно подвергается окислению и механическому разрушению. Разрывы связей в молекулах каучука и рекомбинация осколков молекул уменьшают эластичность резины и сопровождаются постоянным растрескиванием ее поверхностных слоев.

В зависимости от сопротивления старению резины подразделяют на три группы: стойкие (не содержащие двойных связей); умеренно-стойкие и нестойкие.

Стойкими являются резины на основе этиленпропиленовых, кремний-органических и фторкаучуков, а также хорсульфированного полиэтилена. Они нечувствительны к озону ни при его равновесной концентрации в воздухе, равной (2 — 4). 10^-6 %, ни при увеличении этой концентрациидо 0,1 — 1,0 %. Эффект ста становится заметным у них лишь через годы.

К умеренностойким относятся резины на основе хлоропренового и бутилового каучуков и тиоколов. В этих материалах трещины начинают развиваться после нескольких месяцев выдержки.

Нестойкими являются резины общего назначения, которые производят в массовом количестве. Это натуральная резина и резины на основе изопреновых, бутадиен-стирольных, бутадиен-нитрильных и ряда других каучуков. Трещины возникают у них после непродолжительного растяжения, изгиба или кручения. Повышение концентрации озона в воздухе до 10-2 — 10-4 % влечет растрескивание поверхности этих материалов при 20—25°С уже через 1 ч выдержки. Поверхностные трещины способствуют в дальнейшем разрушению и понижают износостойкость резин.

Резины в силу податливости при механическом воздействии устойчивы против многих видов абразивного изнашивания. В то же время они изнашиваются «скатыванием». При трении микронеровности резины деформируются, сворачиваются в скатку и отрываются от поверхности. Скорость изнашивания резин резко увеличивается при нагреве выше 150 °С. Изнашивание развивается под действием касательных напряжений, надрывающих поверхностный слой и тем интенсивнее, чем больше коэффициент трения. Микротрещины, возникшие из-за старения, увеличивают износ.

Как полимерный материал резина характеризуется газо- и водонепроницаемостью, химической стойкостью (за исключением сильных окислителей). Резины незначительно поглощают воду (натуральная резина — до 2 %). Исключительно важное значение имеет стойкость резин к маслу и моторному топливу. Резины общего назначения, включая натуральную резину, нестойки к этим веществам, набухают в них и быстро теряют прочность. Специальные резины — бутадиен-нитрильные, полиуретановые, полисульфидные, хлоропреновые, а также резины на основе фторкаучуков являются маслостойкими. Резина на основе бутилового каучука превосходит прочие по газонепроницаемости, ее основное применение — камеры автомобильных шин.

В рабочем интервале температур механические свойства резин изменяются: эластичность резин уменьшается при приближении к температурам выше 100 °С из-за термического разрушения и старения. При кратковременном нагреве до 120°С (чтобы исключить старение) прочность всех без исключения резин уменьшается вдвое. Теплостойкими являются резины на основе этиленпропиленовых, кремнийорганических и фторкаучуков (до 300 — 400 °С вместо 150 °С для обычных резин). Резина является диэлектриком.

Свойства резины изменяются в зависимости от выбора компонентов, соотношения между ними и условии вулканизации. В состав резины входят: каучук, 8 — 30 % пластификатора для подготовки сырой резины к формованию, наполнитель в виде тонкодисперсного порошка, вулканизатор для соединения молекул каучука поперечными связями, антиоксидант для замедления старения, ускоритель вулканизации, краситель и другие составляющие.

Наполнители подразделяют на активные (сажа, оксид кремния) и инертные (мел, тальк и др.). Активные наполнители в виде специально подготовленного высокодисперсного порошка взаимодействуют с молекулами каучука и повышают прочность резины. Инертные наполнители удешевляют резину, не повышая ее прочности. В сырую резину вводят регенерат (8 — 30 %) — мелкоизмельченные отходы и старые резиновые изделия, что тоже ее удешевляет. Чем больше содержание активного наполнителя и вулканизатора, тем выше прочность, модуль упругости и потери на гистерезис. Чем больше содержание пластификатора, тем слабее межмолекулярное взаимодействие, ниже прочность и меньше потери на гистерезис.

Технология изготовления резиновых изделий включает пластикацию каучука вместе с пластификаторами, смешивание компонентов и получение сырой резины, формирование, сборку и вулканизацию изделий. Пластикация представляет собой многократное деформирование сырой резины. В результате пластикации смесь нагревается, средняя молекулярная масса уменьшается вдвое из-за механической деструкции и получается податливый вязкий материал, который легко смешать с другими составляющими, а затем из сырой резины сформировать изделие. Вулканизацию проводят при 140 — 180 °С в пресс-формах или автоклавах. Выдержку де лают максимально короткой для уменьшения термического разрушения резины (с этой целью применяют ускорители вулканизации). Вулканизатором обычно является сера, ее добавляют в количестве 5 — 6 %, сохраняя эластичность резины. При концентрации серы 30 — 50 % частота поперечных связей так велика, что эластичность полностью исключается; полученный после вулканизации твердый материал называют эбонитом.

Каучуки, не имеющие двойных связей в своих молекулах, вулканизуются органическими пероксидами, а полисульфидные каучуки — оксидами цинка и магния. Вулканизация может осуществляться и без нагрева при 20— 25°С.

Каучуки легко совмещаются с другими веществами — стиролом, акрилонитрилом, изобутиленом. В резинах общего назначения эластичный компонент обычно является сополимером, например бутадиенстирольный каучук. При увеличении содержания стирольных или нитрольных звеньев в молекулах каучука понижается морозостойкость резины. В изделиях из резины часто используют армирующие элементы из волокон и тканей для увеличения прочности.

Номенклатура РТИ в автомобилях



Номенклатура резиновых изделий исключительно широка для машиностроения главное значение имеют шины для средств транспорта, амортизаторы, приводные ремни, рукава, различные прокладки и манжеты, подшипники скольжения. Резину используют как материал штампов для листовой штамповки. Для производства резиновых изделий применяют резины общего назначения и специальные. К первым относят натуральную резину и практически одинаковую с ней по свойствам изопреновую резину, бутадиен-стирольные резины, превосходящие по сопротивлению изнашивания натуральную резину.

К специальным резинам относятся:

морозостойкие резины, сохраняющие эластичность до —70...—100 °С; это кремнийорганические резины и резины со специальными пластификаторами, например бутадиен-нитрильные, пластифицированные себацинатами;

теплостойкие резины — этиленпропиленовые (до 200 — 300 °С), фтор каучуковые (до 300 °С), кремнийорганические (до 250 °С);

маслостойкие резины на основе хлоропреновых, бутадиен-нитрильных, фторкаучуков, а также полисульфидных (тиоколов) и полиуретановых каучуков;

радиационностойкие резины, наполненные соединениями свинца или бария для поглощения -излучения.

Исключительная ценность уникальных свойств резины сделала необходимой комплексную проверку ее свойств по стандартным способам. Кроме испытаний на растяжение и раздир оценивают морозостойкость, сопротивление термическому старению, стойкость в жидких средах и другие свойства резины.