8. Виробництво каучуку і гуми

Загальні відомості. Каучуки і гуми – це полімери. Їх молекули налічують десятки тисяч простих молекул, розташованих просторово. В нормальному стані вони скручені. При розтягуванні вони випрямляються, утворюючи певний опір. Подовження гуми при розтягуванні у деяких марок сягає 1000% (у 10 разів). Після зняття розтягуючої сили, молекули скручуються і виріб знову набуває первісної форми.

Каучуки і гуми найшли дуже широке застосування у промисловості. Сучасна гумовотехнічна промисловість виготовляє з гуми приблизно 40 тисяч найменувань виробів.

Найбільш поширена галузь гумового виробництва – шинне виробництво. 2/3 каучуку йде на виготовлення шин. Окрім шин з гуми виготовляють транспортувальні стрічки, привідні ремені, муфти зчеплення, баки, трубопроводи, шланги, ущільнювачі. А ще – гумо-технічні вироби, сантехніку, штучну шкіру, деякі будівельні матеріали, дорожні покриття, облицювальні матеріали для меблів, матраців, сидінь, кабелів, взуття, спецодяг, паперу, клеї, фарби тощо.

Каучуки бувають натуральні і синтетичні.

Натуральний каучук. Натуральний каучук (НК) виготовляють із латексу – молочного соку дерева гевеї, яке росте в Бразилії, В’єтнамі, Індонезії та на Цейлоні.

Латекс містить 20-35% каучукових речовин. Для виділення каучуку до латексу додають оцет. При цьому відбувається коагуляція – виділення каучуку у вигляді рихлого об’ємистого згустку. Натуральний каучук має кристалічну будову. Власти-вості виготовленої з каучуку гуми залежать від кількості приєднаної сірки.

В м’які сорту гуми вводять 2-3%, в еластичні – до 8% сірки. Якщо кількість сірки перевищує 15 %, то отримують твердий матеріал – ебоніт, який використовується як ізолятор.

Натурального каучуку у світі дуже мало. Його недостатньо, щоб задовольнити і трьох відсотків потреб промисловості. Тому величезне значення для усього людства мало відкриття у 1932 році синтетичного каучуку (академік Лебедєв).

Синтетичний каучук. Синтетичний каучук (СК) – це високополімерний матеріал, який отримують із етилового спирту або з нафтопродуктів – етилену, пропилену, бутилену, бензолу. В наш час уже відпрацьовані технології отримання каучуку із газових продуктів – ацетилену, бутану, пентану, ізобутану. Найбільш дешеві каучуки саме ті, які виробляють з газу. Вони у 2-3 рази дешевші ніж ті, які свого часу отримав Лебедєв із етилового спирту.

Виробництво синтетичних каучуків складається із двох стадій: отримання мономера і отримання полімеру.

Усі каучуки поділяються на каучуки загального і спеціального призначення.

Каучуки у чистому вигляді майже ніде не використовуються. Вони є сировиною для виготовлення гуми.

Різновиди гуми. Згідно з загальноприйнятою класифікацією гумотехнічна галузь промисловості випускає такі види гуми:

- загального призначення (температура експлуатації -50…+150ºC - шини автомобільні, взуття, ремені, амортизатори);

- термостійкі (температура експлуатації більше 150ºC - шини літаків, деталі ракет, електродвигунів);

- морозостійкі (деталі, що постійно працюють при мінусовій темпе-ратурі);

- маслостійкі (для деталей, які працюють з дотиком до бензину, керосину, нафти та нафтопродуктів);

- хімічностійкі (для деталей, які працюють з дотиком до луг, кислот, солей);

- газонаповнені (для теплоізоляційних деталей);

- радіостійкі (рентгенгума);

- діелектричні (ізоляція кабелю, захисні килимки, рукавиці, чоботи).

Той чи інший вид гуми отримують в основному за рахунок відповідних інгредієнтів, а також за рахунок технологічних особливостей.

Технологія виготовлення гумових виробів. Гумові вироби виготовляють із гумових сумішей. Гумові суміші отримують шляхом змішування каучуків з інгредієнтами.

У якості інгредієнтів використовують різні наповнювачі, пластифікатори, прискорювачі пластифікації, вулканізатори, прискорювачі вулканізації, фарбники. Конкретно – це сірка, сажа, мазут, гудрон, мастильні масла, каніфоль, смоли та інші матеріали.

Окрім каучуку у якості сировини використовують також регенерат – продукт переробки старих гумових виробів (в основному, шин) і вулканізованих відходів гумового виробництва.

Таким чином у різних видах гуми знаходиться від 10 до 98 % каучуку. Решту складають інгредієнти, регенерати та армуючи елементи – натуральні або хімічні волокна у вигляді тканин, ниток, шнурів.

Технологія виготовлення гуми складається з чотирьох стадій:

- різання каучуку на куски і приготування інгредієнтів (подрібнення, просіювання, сортування, зважування);

- приготування гумової суміші в герметичних гумозмішувачах і на каландрах (валках);

- формування (на валках для листової гуми, або в пресформах для штучних виробів);

- вулканізація – завершальна і дуже відповідальна операція, яка може відбуватися в пресах, котлах і автоклавах при температурі 130-160ºC і тиску 18-20 МПа, але може відбуватись і при тиску 3-6 МПа.

Як вулканізуючу речовину звичайно застосовують сірку. Для вулканізації відформовані напівфабрикати із сирої гуми нагріва­ють до температури близько 140º С. При цьому сіра вступає в з'єднання з каучуком і напівфабрикат утрачає пластичність і стає еластичним. Саме при вулканізації гума набуває основної якості – можливості подовжуватись.

Наповнювачі підвищують твердість і міцність гумових виробів. До них відносяться сажа, окис цинку, крейда, каолін і ін., а також рукавні тканини, кордові тканини (бавовняні, віскозні, капронові, найлонові), застосовується також корд зі сталевих дротиків.

Для виготовлення м'якої гу­ми (автомобільні камери, м'ячі й ін.) у каучук вводиться (1...3)% сірки; при вмісті сірки (4...7)% виходить тверда гумма.

Протистарителі (парафін, вазелін і ін.) уповільнюють процес окислювання каучуку, підвищують стійкість і подовжують терміни служби гумових виробів.