Материаловедение. Неметаллические материалы (стр. 11 )

Бутилкаучук (Б К) получают совместной полимеризацией изо-бутилена с небольшим количеством изопрена (2—3 %).

В бутилкаучуке мало ненасыщенных связей, вследствие чего он обладает стойкостью к кислороду, озону и другим химическим реагентам. Каучук кристаллизующийся, что позволяет получать материал с высокой прочностью (хотя эластические свойства низ­кие). Каучук обладает высоким сопротивлением истиранию и высо­кими диэлектрическими характеристиками. По температуростойкости уступает другим резинам, превосходя их по газо - и паронепроницаемости.

Бутилкаучук — химически стойкий материал. В связи с этим он в основном предназначен для работы в контакте с концентриро­ванными кислотами и другими химикатами; кроме того, его при­меняют в шинном производстве (срок службы покрышек в 2 раза выше, чем покрышек из НК).

Износостойкие резины получают на основе полиуретановых каучуков СКУ.

Полиуретановые каучуки обладают высокой прочностью, элас­тичностью, сопротивлением истиранию, маслобензостойкостью. В структуре каучука нет ненасыщенных связей, поэтому он стоек к кислороду и озону, его газонепроницаемость в 10—20 раз выше, чем газопроницаемость НК. Рабочие температуры резин на его основе составляют от —30 до 130 °С. На основе сложных поли­эфиров вырабатывают каучуки СКУ-7, СКУ-8, СКУ-50; на основе простых полиэфиров — СКУ-ПФ, СКУ-ПФЛ. Последние отли­чаются высокой морозостойкостью (для СКУ-ПФ — до —75 °С) и гидролитической стойкостью. Уретановые резины стойки к воз­действию радиации. Зарубежные названия уретановых каучуков — вулколлан, адипрен, джентан, урепан. Резины на основе СКУ применяют для автомобильных шин, конвейерных лент, обкладки труб и желобов для транспортирования абразивных материалов, обуви и др.

Электротехнические резины включают электроизоляционные и электропроводящие резины. Электроизоляционные резины, при­меняемые для изоляции токопроводящей жилы проводов и кабелей, для специальных перчаток и обуви, изготовляют только на основе неполярных каучуков НК, СКВ; СКС, СКТ и бутилкаучука. Для них pv = 1011 - 101В Ом. см, е= 2,5 ~ 4.

Электропроводящие резины для экранированных кабелей полу­чают из каучуков НК, СКН, наирита, особенно из полярного кау­чука СКН-26 с введением в их состав углеродной сажи и графита (65—70 %). Для них pv =102 ~ 1040м-см.

Резину, стойкую к воздействию гидравлических жидкостей, используют для уплотнения подвижных и неподвижных соеди­нений гидросистем, рукавов, диафрагм, насосов; для работы в масле применяют резину на основе каучука СКН, набухание ко­торой в жидкости не превышает i—4 % . Для кремнийорганических жидкостей применимы неполярные резины на основе каучуков НК, СКМС-10 и др.

Влияние факторов эксплуатации на свойства резин. В процессе эксплуатации резиновые изделия подвер­гаются различным видам старения (световое, озонное, тепловое, радиационное, вакуумное и др.), что снижает их работоспособ­ность; изменение свойств может быть необратимым. Стойкость резин при старении зависит от степени ненасыщенности каучука, гиб­кости макромолекул, прочности химической связи в цепи, способ­ности к ориентации и кристаллизации. Изменение свойств оцени­вается по изменению прочностных и упругих характеристик; по восстанавливаемости резины (изменение величины деформации во времени после снятия нагрузки), стойкости к раздиру (концентра­ции напряжений).

Прочность кристаллизующихся каучуков (НК, бутилкаучук, хлоропрен, СКИ), даже без наполнителей, составляет 20—30 МПа. Работоспособность, долговечность резин при динамическом нагружении определяются усталостной прочностью.

Под действием атмосферных условий, озона происходит рас­трескивание напряженных резин из ненасыщенных каучуков (НК, БНК БСК); стойки к озонному старению насыщенные каучуки (СКФ, СКТ, ЭП). Свет вызывает фотоокисление каучуков, которое зависит от наличия в них двойных связей. По убыванию скорости фотоокисления каучуки можно расположить в ряд: НК, СКВ > СКС > резины из СКФ и СКТ. Фотопроцесс ускоряется при повышении температуры. Скорость старения резин в напряженном состоянии выше, чем в свободном состоянии.

Термическая стойкость. Прочность химических связей в макро­молекулах и их структура определяют термическую стойкость полимеров. По увеличению термической стойкости каучуки распо­лагаются следующим образом: тиокол < НК < БНК, БСК < < СКЭП < СКФ < СКТ.

При повышенных температурах (150 °С) органические резины теряют прочность после 1 —10 ч нагрева, резины на основе СКТ могут при этой температуре работать длительно. Прочность силоксановой резины при нормальной температуре меньше, чем проч­ность органических резин, при 200 °С их прочности одинаковы, а при температуре 250—300 °С она даже выше. Особенно  ценны резины на основе СКТ при ис­пользовании их в условиях длительного нагрева.

При повышенных температурах про­текает деструкция макромолекул, выде­ляются жидкие и газообразные продук­ты, образуются циклические и арома­тические структуры, обладающие вы­сокой термостойкостью. При темпера­туре в сотни и тысячи градусов терми­ческая стойкость определяется по по­тере половины массы полимера за 30 мин (например, для НК, СКИ это 330 °С, для СКД — 410 °С).

Действие отрицательных темпера­тур. При низких температурах сни­жаются и даже полностью утрачиваются высокоэластические свойства, происходит переход в стеклообразное состояние и возрастание жесткости резины в тысячи и десятки тысячи раз. Коэффициент морозостойкости (уровень потери свойств) при сдвиге больше, чем при сжатии и растяжении.

Действие ионизирующего излучения на резину — ради­ационное старение. На стойкость к радиации влияет природа каучука, ингредиентов, защитных добавок (антирадов), среда. Наибольшая скорость старения у резин на основе структурирую­щихся каучуков (СКН, наирит, СКВ), под действием радиации, у этих резин увеличивается твердость, уменьшается. Наименьшая скорость старения у резин на основе НК, СКИ-3, СКЭП. Деструктируют резины из бутил каучука БК. Во фторкаучуке происходит сшивание линейных макромолекул, при этом растут твердость и модуль упругости, а о снижается незначительно. В порядке повы­шения относительной радиационной стойкости резин каучуки рас­полагаются в следующий ряд: бутилкаучук < фторсодержащие каучуки < силиконовый каучук < хлоропреновый < акрилатный < бутадиеннитрильный < бутадиенстирольный < нату­ральный < этиленпропиленовый < уретановый. Наиболее, стой­кими к старению являются уретановые резины (в макромолекулах каучука содержатся фенильные кольца). Стойкость резин к радиа­ции может изменяться в зависимости от модификации каучука, ингредиентов, вида и количества защитных добавок (антирадов).

Резины на основе каучуков СКН и НК широко применяют в ядерной технике для изготовления уплотнительных резинотехни­ческих деталей (РТД).

Действие вакуума. Резиновые уплотнители могут работать в вакууме при различных температурах, в агрессивных средах, под высоким давлением. Однако недостатками резины являются газопроницаемость, газовыделе­ние, термоокисляемость. Оцен­ка вакуумстойкости делается по потере массы и зависит от типа каучука. По вакуумстойкости каучуки условно разделяют на три группы:

1— устойчивые в вакууме (термовакуумная стойкость выше термоокислительной)

2— устойчивые в вакууме (термовакуумная стойкость ниже термоокислительной)

3— неустойчивые в вакууме.

5 Клеящие материалы и герметики

Общие сведения, состав и классификация  пленкообразующих материалов.  Клеи  и  герметики  относятся  к  пленкообразующим материалам и имеют много общего с ними.

Это растворы или расплавы полимеров, а также неорганические вещества, которые наносятся на какую-либо поверхность. После высыхания (затвердевания) образуются прочные пленки, хорошо прилипающие к различным материалам.

Клеи и герметики могут быть в виде жидкостей, паст, замазок, пленок. В состав этих материалов входят следующие компоненты: пленкообразующее вещество (в основном термореактивные смолы, каучуки), которое определяет адгезионные, когезионные свойства и основные физико-механические характеристики; растворители (спирты, бензин и др.), создающие определенную вязкость; пласти­фикаторы для устранения усадочных явлений в пленке и повыше­ния ее эластичности; отвердители и катализаторы для перевода пленкообразующего вещества в термостабильное состояние; напол­нители в виде минеральных порошков, повышающих прочность соединения, уменьшающих усадку пленки. Для повышения термо­стойкости вводят порошки Al, A12O3, SiO2, для повышения токопроводимости — серебро, медь, никель, графит.

В зависимости от назначения пленкообразующие материалы делят на клеящие, применяемые для склейки различных материа­лов, и герметики, обеспечивающие уплотнение и герметизацию швов, стыков, емкостей и т. д.

Клеевые соединения по сравнению с другими видами неразъем­ных соединений (заклепочными, сварными и др.) имеют ряд преимуществ: возможность соединения различных материалов (метал­лов и сплавов, пластмасс, стекол, керамики и др.) как между собой, так и в различных сочетаниях; атмосферостойкость и стойкость к коррозии клеевого шва; герметичность соединения; возможность соединения тонких материалов; снижение стоимости производства; экономия массы и значительное упрощение технологии изготовле­ния изделий.

Недостатками клеевых соединений являются относительно низ­кая длительная теплостойкость (до 350 °С), обусловленная органи­ческой природой пленкообразующего вещества; невысокая проч­ность склеивания при неравномерном отрыве; часто необходимость проведения склеивания с подогревом; склонность к старению. Однако имеется ряд примеров длительной эксплуатационной стойкости клеевых соединений. Новые клеи на основе кремнийорганических и неорганических полимеров обеспечивают работу клеевого шва при температуре до 1000 °С и выше, однако большин­ство из них не обладают достаточной эластичностью пленки.