15.1. Резеңкенің негізгі құрамдас бөліктері

Резеңкені резеңке қоспасын вулкандау арқылы алады. Резеңке қоспасының құрамына көксағыз, вулкандау агенттері, вулкандауды жеделдеткіштер, белсендіргіштер, қарсы қартайтқыштар, белсенді толтырғыштар немесе күшейткіштер, белсенді емес толтырғыштар, бояғыштар, жұмсартқыштар, арнайы ингридиенттер кіреді.

Қолданылу мақсатына байланысты резеңке құрамына жоғарыда аталған ингредиенттердің бірнешеуі ғана кіреді, бірақ оның құрамында көксағыз бен вулкандау агенті үнемі болады.

Көксағыз. Көксағыз резеңке қоспаның негізі болып табылады және оның сапасын анықтайды. Шинаның резеңке қоспасының шамамен 50-60%-ы көксағыздан тұрады. Көксағыз табиғи (ТК) және синтетикалық (СК) деп бөлінеді.

Табиғи көксағыз (ТК). Гевея ағашының латексінен, сондай-ақ тамырларында латекс бар көксағызды өсімдіктерден (көксағыз, тау сағызы) алынады. Көксағызды бөліп алу үшін латексті сіркесу немесе аз диссоциялағыш қышқылмен өңдейді. Нәтижесінде көксағыз бөлшектері іріленеді де, жеңіл бөлініп алынады.

Химияға байланысты табиғи көксағыз – шектелмеген көмірсутекті изопрен полимері:

С Н₂= C-CH=CH₂

CH₃

nC₅H₈→ (C₅H₈)n

изопрен көксағыз

ТК молекуласы изопреннің мыңдаған тобынан (құрамдас бөлігінен) тұрады. Олар барлық полимер тізбек бойына біркелкі тізілген және жүйелі орналасқан.

Көксағыз молекулаларының құрамы сызықты болып келеді, ұзын, ирелеңдеген, шатасқан, шумақтап оралған жіп тәрізді және олардың ұштары түйісіп келеді (35- сурет).

Көксағызды созған кезде оның молекулалары тартқан бағытқа қарай түзуленеді, ал жүктемені алып тастаған кезде, ішкі жылу қозғалысының әсерінен бұрынғы қалпына келеді. Шектелмеген химиялық қасиеттерінің арқасында көксағыз оттегімен, сутегімен, галогендермен, күкіртпен және т.б. элементтермен химиялық реакцияға оңай түседі. Мысалы, бөлме температурасында оттегі, әсіресе озон көксағыз молекуласына ене отырып, оларды ұсақ бөліктерге бөледі, ал көксағыз бүлініп, осалданады да, бағалы қасиетін жоғалтады.

35- сурет. Көксағыз молекуласының сұлбасы

Көксағыз аморфты дене ретінде иілгіштігі жоғары, тұтқырлана ағатын және шыны тәрізді күйлерде болады. Сонымен қатар табиғи көксағыз берік, желімденгіштік қасиеттерге ие.

Синтетикалық көксағыз (СК). Синтетикалық көксағыздың Отаны - Кеңес Одағы. Әлемде ең алғаш рет 1932 жылы өнеркәсіп жағдайында академик С.В. Лебедевтің әдісі бойынша синтетикалық көксағыз алынды.

Әлемдегі ең алғашқы өнеркәсіптік СК- натрийбутадиенді көксағыз (СКБ). Ол құрамында крахмал бар азық-түлік өнімдерден алынған этил спирті негізінде жасалады.

Натрийбутадиенді көксағыз нашар желімделеді, иілгіштігі төмен, беріктігі және аязға төзімділігі нашар болды, сондықтан да оны өндіру көлемі азайтылды.

Қазіргі кезде химиялық өнеркәсіп синтетикалық көксағыздың ондаған түрін үнемді мұнай шикізатын қолдана отырып шығарады. Бұл бағасы орташа көксағыз алуға мүмкіндік береді, өйткені көксағызды өндіру барысында шикізат пен қосымша материалдардың шығыны олардың өзіндік құнының 65%-ын құрайды.

Шығарылған әр түрлі синтетикалық көксағыздар механикалық беріктігімен, химиялық, жылуға, тозуға төзімділігімен, газ өткізбеушілігімен ерекшеленеді.

Бутадиенметилстирольды (СКМС) және бутадиенстирольды (СКС) көксағыздары табиғи көксағыздардан аязға төзімділігімен, жылулық, озондық және табиғи тозуға қарсы тұрумен, бу және су өткізбеушілігімен асып түседі. Бірақ олар иілгіштік қасиеті, жылуға төзімділігі, желімденгіштік және аязға төзімділігі жағынан табиғи көксағыздардан нашар.

Синтетикалық көксағыздардың тағы бір түрі – стереоретті изопренді (СКИ-3) және бутадиенді (КСД) көксағыздар. Стереоретті көксағыздарды алу үшін химиялық ерекше таза соңғы өнімдер мен арнайы таңдап алынған өршіткіштер (катализатор) қолданылады.

СКИ-3 көксағызының молекулалық құрылымы және қасиеті жағынан табиғи көксағызға ұқсас. Ол жақсы технологиялық қасиеттерге, оның ішінде жоғары желімденгіштікке ие. СКИ-3-ті табиғи көксағыздың орнына қолданады. Мысалы, одан шинаның барлық түрлеріне арналған брекерлі резеңкені дайындайды.

СКД көксағызы иілгіштігі жағынан табиғиға тең, ал үйкеліске қарсы тұру бойынша одан асып түседі. Оның механикалық жоғалту коэффициенті төмен, жылу мен аязға төзімділігі жақсы. СКД-ның механикалық беріктігі табиғи көксағыздікінен сәл төмен. СКД-ның негізгі ерекшелігі - нашар желімденгіштігі. Шиналарды шығару барысында осыны ескере отырып, СКД мен СКИ-3, сонымен қатар бутадиенстирольды және бутадиен-метилстирольды көксағыздар қоспасын қолданады.

Стереоретті СКД және СКИ-3 көксағыздарын пайдалану – шиналардың қызмет ету мерзімін 20-30%-ға арттырады. Көксағыздардың беріктік, иілгіштік және аязға төзімділік қасиеттері 36-суретте көрсетілген. Автомобильдердің шиналар мен басқа да резеңке бөлшектерін шығару кезінде жоғарыда аталған көксағыздардан басқа арнайы көксағыздарды қолданады.

Бутилкөксағыз жоғары газөткізбеушілігімен және оттегі, озон, басқа да агрессивті орталардың әсеріне орнық-тылығымен ерекшеленеді.

Оны камералы және камерасыз шиналардың тұмшалаушы (герметизация) қабатын дайындау үшін пайдаланады.

36- сурет. Табиғи және синтетикалық көксағыздар қасиеттерінің сипаттамасы: ТК-табиғи көксағыз; СКИ-3-синтетикалық изопренді; СКД-синтетикалық дивинилді; СКМС–синтетикалық бутадиен-метилстирольды (СКМС-30-АРМК-15)

Хлорпренді (наирит) және бутадиеннитрильді көксағыздар (СКН) жоғары май-, бензотұрақтылығымен сипатталады. Олардан майлармен, отындармен және басқа да еріткіштермен қатынаста болатын бөлшектер жасалады.

Мысалы, майлау жүйесінің шлангілері, манжеттер, гидравликалық тежегіш жетектерінің піспектері және т.б.

Силоксанды көксағыздар (СКТ) жоғары температура мен озонға төзімді. Олардан жасалған бұйымдарды –90⁰С ... +300⁰С температура аралығында қолдануға болады.

Сондай-ақ аязға төзімді бутадиенметилстирольды СКМС-10 көксағыздары шығарылады.

Бірақ не табиғи, не синтетикалық көксағыздар резеңкеден талап ететін сапаларға ие емес. Көксағыздар төмен температурада морт келеді, ал қыздырған кезде иілгіштігін жоғалтады да, пластикалық берік емес, мұнай өнімдерінде тез еритін материал болып қалады. Сондықтан да көксағызды басқа ингредиенттермен араластырып, вулкандайды, нәтижесінде иілгіштігі, беріктігі жоғары, мұнай өнімдерінде ерімейтін, температураға, тозуға төзімді және т.б. бағалы қасиеттерге ие болады.

Шина резеңкелерін вулкандау үшін негізгі агент күкірт болып табылады.

Вулкандау процесі. Күкірттің көмегімен вулкандау дегеніміз – күкірт атомдарын көксағыз молекулаларымен химиялық байланыстыру болып табылады.

Күкірт қанықпаған полимер болып табылатын көксағызбен ғана әрекеттеседі.

Резеңкенің қаттылығы құрамындағы күкірт мөлшеріне байланысты. Көксағыз массасының 40-60%-ын күкірт құрайтын болса, онда ол эбонитке, қатты материалға, айналады.

Кейбір көксағыздарды вулкандау үшін фенолформальдегидті шайырлар, металл тотықтары, бензоил асқын оксиді (перекис) және т.б. қолданылады.

Резеңке қоспаны вулкандау белгілі бір уақыт ішінде қалыпты температурадан бастап кең диапазонда жүргізіледі. Вулкандау жылдамдығы резеңке қоспаның құрамы мен температураға байланысты. Температураны әр 10⁰С-ге көтергенде вулкандау жылдамдығы екі есеге артады.

Әр резеңке қоспа үшін вулкандау оптимумы мен вулкандау платосына байланысты вулкандаудың тиімді температурасы мен уақыты анықталады. Вулкандау температурасы күкірттің еру температурасынан жоғары және көксағыздың еру температурасынан төмен болуы керек. Шина резеңкелері үшін температура 130-160⁰С-ға тең.

Вулкандау оптимумы дегеніміз - тең жағдайларда (температура, резеңке, қоспаның құрамы) резеңкенің ең тиімді физика-химиялық және механикалық қасиеттерін қамтамасыз ететін ең аз вулкандау уақыты.

Вулкандау платосы деп вулкандау оптимумы кезінде қол жеткен жоғары физика-химиялық қасиеттері сақталатын вулкандау уақытының ұзақтығы аталады.

Вулкандау оптимумы мен платосы вулкандау температурасы мен резеңкенің құрамына қатысты. Резеңкенің вулкандау оптимумы аз, ал вулкандау платосы үлкен болғаны дұрыс. Біріншісі вулкандау уақытын қысқартады, екіншісі жуан қабатты резеңке бұйымдарды қайта вулкандаудың қажеттілігін тудырмайды.

Бұйымның тозу кедергісін арттыру үшін вулкандауды оптимумнан бұрын тоқтатады.

Резеңке қоспаның басқа да төмендегідей ингредиенттері болады.

Вулкандауды жеделдеткіштер. Вулкандауды жеделдеткіштер вулкандау уақытын қысқартады, резеңкенің физика-химиялық қасиеттерін және тозу кедергісін арттырады. Оларға альтакс, каптакс, тирам, органикалық қосылыстары жатады. Вулкандау температурасы жеделдеткіштердің түріне тәуелді болады.

Вулкандау белсендіргіштері. Вулкандау белсендіргіштері вулкандау желдеткіштерінің әрекетін белсендіреді, сондай-ақ созу барысында беріктік шегін арттырады. Белсендіргіш ретінде кейбір металдардың тотықтарын, мысалы, көксағыз массасының 5% көлемінде мырыш тотығы қолданылады.

Мырыш тотығы сондай-ақ резеңкенің жылу өткізгіштігін арттырады.

Белсенді толықтырғыштар (күшейткіштер). Белсенді толықтырғыштар резеңкенің сапасын арттырады. Шина резеңкесінің негізгі күшейткіші – күйе. Созған кездегі резеңкенің беріктігін, қаттылығын, тозуға төзімділігін арттырады. Сондай-ақ күйе резеңкенің иілгіштігін төмендетеді, резеңке қоспаларының өңделуін нашарлатады. Күйені мұнай өнімдері мен табиғи газдың толық жанбауы нәтижесінде алады. Көміртекті күйеден басқа күшейткіштер ретінде ашық түсті толтырғыштар – ақ күйе (кремнезем), магний тотығы, мырыш тотығы, көмірқышқыл магнезия, коалин қолданылады.

Белсенді емес толықтырғыштар. Белсенді емес толықтырғыштар көксағыз массасының 30-40% көлемінде резеңке қоспасының көлемін ұлғайту үшін қолданылады.

Ескіруге қарсы тұратын ингредиенттер - көксағыз массасының 1-2% көлемінде резеңке қоспаға қосады. Нәтиже­сінде резеңкенің ескіру процесі баяулайды, яғни оттегінің әсерінен болатын физика-химиялық қасиеттерінің нашарлауын баяулатады. Резеңке ескірген кезде оның үстіңгі қабатында сызаттар пайда болып, оның беріктігі төмендейді, тез ысылады.

Жұмсартқыштар немесе пластификаторлар. Жұмсарт­қыш­тар резеңке қоспаның құрамдас бөліктерінің, әсіресе бел­сенді және белсенді емес толықтырғыштардың бір-бірімен жақсы араласуына әсерін тигізеді. Жұмсартқыштар ретінде мұнайды өңдеу өнімдерін (мазут, гудрон, парафин, цезерин, минералды майлар), таскөмір шайырлары, өсімдік өнімдері (өсімдік майы, канифоль, қарағай шайыры), майлы қышқылдар (стеаринді қышқыл, олеин қышқылы), синтетикалық өнімдер (полидиендер, эфирлер) қолданылады.

Жаңғыртынды (регенерат). Жаңғыртынды көксағыз орнына жұмсалады. Ол - жарамсыз камералар, дөңгелекқаптардан өңделген арнайы резеңке. Жаңғыртындыны қолдану барысында резеңке бұйымдардың бағасы төмендейді.

Бояғыштар. Бояғыштар ашық түсті резеңке қоспаларын қажет түске бояйды. Ол үшін минералды органикалық пигменттер қолданылады.

Ингредиенттер мен олардың сапалық қатынастарын таңдай отырып әр түрлі мақсатқа арналған резеңкелер алады (бұжыртабанды, қаңқалы, брекерлі, камералы, желімді, бензотөзімді, аязға, жылуға төзімді).

Резеңке бұйымдарды арматуралау. Резеңкеден жасалған бөлшектердің беріктігін арттыру үшін арматура қосады. Осындай тәсілмен алынған резеңкеленген мата бұйымдарының беріктігі құрамындағы арматурамен анықталады. Бұндай бұйымдардың иілгіштік қасиеттері таза резеңке бұйымдарға қарағанда нашар, бірақ ол иілу мен қысылу кезінде бөлшектің бүлінуіне жол бермейді. Арматураланған резеңке бұйымдарға резеңкелі мата шлангілер, жетек таспалары т.б. жатады.

Ең қымбат арматураланған бұйымға автомобильдің доңғалаққаптары жатады. Оларды мақта, жасанды және синтетикалық (капрон, лавсан) маталардан алынатын арнайы маталар – корд және чеферді қолдану арқылы жасайды.