Химическое сопротивление материалов

Резина.
Слайд 10.07
Эластомеры (резины) – полимерные материалы, с высокой способностью к упругой деформации. Относительное удлинение у лучших сортов резин может доходить до 100%.
Резина – сложный композиционный материал основным компонентом которого является каучук или смесь каучуков.
Каучуки делятся: на каучуки общего назначения и каучуки специального назначения.
Эластомеры

Ценные свойства резин:
Высокая склонность к упругой деформации;
Стойкость и не проницаемость по отношению к воде;
Низкая плотность;
Низкая теплопроводность (0,23 – 0,7 Вт/м К;
Коррозионная стойкость в солях, кислотах и щелочах, превышающая стойкость металлов;
Хорошие изоляционные свойства;
Газонепроницаемость
Высокие удельные прочностные характеристики;
Лёгкость обработки , хорошие технологические свойства (литье, экструзия, склеивание);
Резина- как конструкционный материал

Недостатки резин:
Невысокая теплостойкость (70-150оС), (Фторкаучук до 250оС )
Невысокая морозостойкость (-50 - -70оС )
Низкая твёрдость;
Склонность к различным видам старения;
Нестойкость в растворителях;
Пожароопасны.
Токсичность выделяемых при тепловой деструкции и пожаре компонентов.
Резина- как конструкционный материал

Каучуки общего назначения
Общего назначения:
Натуральный;
Закупается во Вьетнаме, Индонезии, Малайзии.
Дешевле синтетического изопренового каучука. Высокая когезионная прочность (прочность при сборке деталей из сырой резины). Хорошие динамические свойства. Легко стареет, в частности под действием света.
(– СН2 – С = СН –СН2-)n
СН3

Каучуки общего назначения
(-СН2-ССН3=СН-СН2-)n
Изопреновый; СКИ -3.
Хорошие динамические свойства, и хорошая когезионная прочность, но несколько хуже, чем у натурального, более дорог чем натуральный каучук.

Каучуки общего назначения
(-СН2-СН=СН-СН2-)n
Бутадиеновый;
Синтетический каучук дивиниловый
Обозначение: СКБ или СКД-1, СКД-2, СКД-3 и т.д.
Высокая износостойкость, морозостойкость, эластичность, более высокая стойкость к световому старению.

Каучуки общего назначения
Бутадиенстирольный
(-СН2-СН=СН-СН2-СН2-CНC6Н5-)n
Обозначение: СКС10, СКС 30, СКС 50 – синтетический каучук стирольный (прочность возрастает, морозостойкость падает)
или СКМС – синтетический каучук метилстирольный.
Более дешевый, хорошие технологические свойства, в частности когезия.

Каучуки специального назначения
Синтетический каучук нитрильный
(-СН2-СН=СН-СН2-СН2-CНCN-) СКН–18, СКН-26
БНК – Бутадиен нитрильный каучук.
Наиболее ценное свойство стойкость к действию минеральных масел и бензинов, меньшая газопроницаемость. Обувь для нефтяников. РТИ в автомобилях.

Каучуки специального назначения
Хлорпреновый; (Наирит) ХП
(-СН2-ССl=СН-СН2-)n
Самый регулярный, поэтому высокая прочность. Повышенная масло- и бензостойкость.
Уникален для клеев, используется для гумирования.

Каучуки специального назначения
Бутилкаучук; БК
(-СН2-ССН3=СН-СН2-)n-(ССН3СН3-СН2-)n-
Выше стойкость к окислению, т.к. меньше двойных связей, газонепроницаем, более химически стоек

Каучуки специального назначения
Этиленпропиленовый; СКЭП
(-СН2-СН2-)m-(СН2-ССН3)n-)
Листовой резиноподобный материал, похожий на полиизобутилен, но с более высокой морозостойкостью, используется в северных широтах, более высокая химическая стойкость за счет отсутствия двойных связей

Каучуки специального назначения
Фторкаучук СКФ – 26, СКФ-32.
(-СН2-СF2-)m- (-СF2-СFCF3-)n-
(-СН2-СF2-)m- (-СF2-СClF-)n-
Прочность когезии, высокая термостойкость, самая высокая масло- бензостойкость, высокая химическая стойкость.
Но: низкая морозостойкость, на порядок дороже других каучуков.

Компонентный состав эластомеров
1. Каучук или смесь каучуков;
2. Вулканизирующая группа (S8, каптакс, оксиды металлов, стеарин (сооктиватор)) и т.д.
3. Наполнители:
3.1. активные: технический углерод (сажа), ZnO
(цветная резина);
3.2 неактивные: мел, каолин.
4. Пластификаторы (стабилойл, парафин, масло)
5. Противостарители: неозон, воск, парафин.
Приготовление резин: смешение ингредиентов, чем равномернее состав смеси, тем выше качество резины(вулканизирующая группа вводится в последнюю очередь). Далее вулканизация.

Пластмассы.
Химическая стойкость резин
1. По отношению к активным реагентам.
Если сравнивать химическую стойкость пластмасс и резин, то за счёт двойных связей в составе резин они являются более активными. Поэтому если пластмассы разрушаются под действием концентрированных кислот, то резины стоят только в солевых растворах и в растворах кислот слабых и средних концентраций.
Так как в слабых и средних кислотах металлы стоят плохо, то резины с успехом применяются для защиты металлов. Этот процесс называется гумирование.

Химическая стойкость резин
2. По отношению к растворителям.
По отношению к воде все виды резин ведут себя достаточно инертно и поэтому широко используются как уплотняющие материалы.
По отношению ко многим растворителям резины не инертны, они набухают и могут даже растворяться.
Наиболее важное свойство для резин их маслостойкость и бензостойкость СКН, ХП. СКФ (уплотнение гидравлических систем с маслом).

Свойства и устойчивость эластомеров в различных средах

Применение резин
Шины
Каучуки общего назначения

Применение резин
Уплотняющие и амортизирующие материалы (прокладки. Сальники, уплотнители.)

Применение резин
Обувь (сапоги, галоши, элементы обуви, подошвы).
Шланги, элементы сантехники

Виды старения резин
Тепловое старение (тепловая деструкция)
Атмосферное старение:
световое, озонное,
радиационное.
Утомление старение, вызванное нагрузками
(внутренними или внешними) на резины;
Коррозия под действием химических веществ
растворителей;
реагентов.

Пластмассы.
Слайд 10.04
Термическое окисление
При воздействии высоких температур (>700) в резинах может идти три процесса:
Дальнейшая вулканизация – дальнейшая полимеризация и циклизация. В результате теряется эластичность резины, она становится более твёрдой и хрупкой;
Окисление резин под действием кислорода – приводит к тому, что связи ухудшаются, это приводит к потере эластичности, прочности; (открытая атмосфера)
Деструкция полимерных молекул. Потеря прочности и эластичности (закрытая атмосфера).
Горение (открытая атмосфера)
Тепловое старение эластомеров

Тепловое старение эластомеров
Большинство резин способны эксплуатироваться только до 70 Со;
Более теплостойким резинами являются эластомеры на основе бутилкаучука и этиленпропиленового каучука до 100 Со
Наиболее теплостойки до 250 Со (СКФ-26) эластомеры на основе фторкаучуков.
Термическая устойчивость эластомеров увеличивается за счет введения в их состав антиоксидантов.

Пластмассы.
Слайд 10.05
Световое старение
К световому старению каучуки очень неустойчивы, резины значительно более устойчивы, так как в них есть сажа , которая поглощает световые лучи, и антиоксиданты. Считается, что резины подвергаются световому старению при действии любых длин волн, однако наиболее опасен ультрафиолет.
Суть старения- окисление резин инициируемое светом. Старение резин проявляется в том, что резины растрескиваются под действием света.
Атмосферное старение резин

Общая характеристика полимеров.
Слайд 10.02
Повышение стойкости эластомеров к световому старению:
1. Введение в состав резин антистарителей:
химические антиоксиданты (альдоль, неозон);
физические антистарители (воск, парафин);
2. Нанесение на резину лакокрасочных покрытий (белая эмаль, серебрянка).
Защита от светового старения

Общая характеристика полимеров.
Слайд 10.03
Наблюдения показывают, что резины стареют даже в темноте. Причиной такого старения является озон. Озона в атмосфере немного, но он очень активный, на поверхности эластомеров разлагается на молекулярный и атомарный кислород
О3→О2 + О,
атомарный кислород очень активен и при любой температуре окисляет молекулы эластомера.
Экспериментально отмечено, что озонное старение, проявляющееся в растрескивании эластомера, прежде всего происходит в зонах где эластомер напряжен, т.е. хотя бы на 5% деформирован.
Озонное старение

Морозостойкость резин
При понижении температуры в резинах уменьшается эластичность, они становятся более хрупкими. Такое изменение механических свойств обусловлено двумя процессами:
а) процесс кристаллизации резины – ему подвергаются резины с упорядоченным строением;
б) процесс стеклования – характерен для неупорядоченных (аморфных) резин.
Каждый вид резины обладает своим температурным интервалом морозостойкости (например, морозостойкость резин на основе изопренового каучука выше, а фторкаучука не высокая.