Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение

Подождите немного. Документ загружается.

сплав САП-2 по длительной прочности при

400°С,

а его удельная проч-

ность выше, чем у сталей и титановых сплавов.

Сочетание алюминиевой и магниевой матрицы с углеродными волокна-

ми

позволяет получать композиции с более высокими удельными показа-

телями, так как плотность

углеродных

волокон на 30% ниже плотности

борных волокон.

Композиция

на основе алюминиевой матрицы, армированной стальной

проволокой (d = 0,15 ч- 0,30 мм), отличается низкой стоимостью упрочните-

ля

и лучшими значениями тепло- и электропроводности.

Легкие композиционные материалы имеют высокую термическую ста-

бильность до температуры

450°С.

На

основе никелевой матрицы, упрочненной вольфрамовым волокном,

изготовляется материал

ВНК-1,

для которого при

20°С

сг„ = 70 кгс/мм

при

1200°С

ст

= 38 кгс/мм

Физико-механические свойства металлов, армированных волокнами,

приведены в табл. 47.

Армированные волокнами металлы, особенно алюминиевые, перспек-

тивны для авиационной и ракетной техники.

Глава

XXV

РЕЗИНОВЫЕ

МАТЕРИАЛЫ

ОБЩИЕ

СВЕДЕНИЯ, СОСТАВ И КЛАССИФИКАЦИЯ

РЕЗИН

Резиной

называется продукт специальной обработки (вулканизации) смеси

каучука и серы с различными добавками.

Резина

как технический материал отличается от

других

материалов вы-

сокими

эластическими свойствами, которые присущи

каучуку

— главному

исходному компоненту резины. Она способна к очень большим деформа-

циям

(относительное удлинение достигает

1000%),

которые почти пол-

ностью обратимы. При комнатной температуре резина находится в высо-

коэластическом состоянии и ее эластические свойства сохраняются

широком диапазоне температур.

Модуль

упругости

лежит в пределах 0,1—1 кгс/мм

, т. е. он в тысячи

десятки тысяч раз .меньше, чем для

других

материалов. Особенностью

резины

является ее малая сжимаемость (для инженерных расчетов резину

считают несжимаемой); коэффициент Пуассона равен 0,4 - 0,5,

тогда

как для

металла эта величина составляет

0,25-0,30.

Другой

особенностью резины

как

технического материала является релаксационный характер деформа-

ции.

При комнатной температуре время релаксации может составлять

10~

си более. При работе резины в условиях многократных механиче-

ских напряжений часть энергии, воспринимаемой изделием, теряется на

внутреннее трение (в самом

каучуке

между

молекулами каучука и части-

цами

добавок); это трение преобразуется в теплоту и является причиной

гистерезисных потерь. При эксплуатации толстостенных деталей (напри-

мер,

шин) вследствие низкой теплопроводности материала нарастание тем-

пературы в массе резины снижает ее работоспособность.

Кроме

отмеченных особенностей для резиновых материалов харак-

терны высокая стойкость к истиранию, газо- и водонепроницаемость, хи-

мическая стойкость, электроизолирующие свойства и небольшая плот--

ность.

результате

совокупности технических свойств резиновых материалов

их применяют для амортизации и демпфирования, уплотнения и гермети-

зации

в условиях воздушных и жидкостных сред, химической защиты

дета-

лей машин, в производстве тары для хранения масел и горючего, раз-

личных трубопроводов (шлангов), для покрышек и камер колес самолетов,

автотранспорта и т. д. Номенклатура резиновых изделий насчитывает бо-

лее

40000

наименований.

Состав и классификация резин. Основвй всякой резины

служит

каучук

натуральный (НК) или синтетический (СК), который и определяет ос-

новные свойства резинового материала. Для улучшения физико-механиче-

ских свойств каучуков вводятся различные добавки (ингредиенты). Таким

образом, резина состоит из каучука и ингредиентов, рассмотренных ниже.

1. Вулканизующие вещества (агенты)

участвуют

в образовании про-

странственно-сеточной

структуры

вулканизата. Обычно в качестве таких

432

веществ применяют

серу

и селен, для некоторых каучуков перекиси. Для

резины

электротехнического назначения вместо элементарной серы (кото-

рая

взаимодействует с

медью)

применяют органические сернистые соеди-

нения

— тиурам (тиурамовые резины).

Ускорители процесса вулканизации: полисульфиды, окислы свинца,

магния

и др. влияют как на режим вулканизации, так и на физико-механи-

ческие свойства вулканнзатов. Ускорители проявляют свою наибольшую

активность

в присутствии окислов некоторых металлов (цинка и др.), назы-

ваемых поэтому в составе резиновой смеси активаторами.

2. Противостарители (антиоксиданты) замедляют процесс старения ре-

зины,

который

ведет

ухудшению

ее эксплуатационных свойств. Суще-

ствуют

противостарители химического и физического действия. Действие

первых заключается в том, что они задерживают окисление каучука в ре-

зультате

окисления их самих или за

счет

разрушения образующихся пере-

кисей

каучука (применяются альдоль, неозон Д и др.). Физические противо-

старители (парафин, воск)

образуют

поверхностные защитные пленки, они

применяются

реже.

3. Мягчители (пластификаторы)

облегчают

переработку резиновой сме-

си,

увеличивают эластические свойства каучука, повышают морозостой-

кость

резины. В качестве мягчителей вводят парафин, вазелин, стеарино-

вую кислоту, битумы, дибутилфталат, растительные масла. Количество

мягчителей 8 — 30% от массы каучука.

4. Наполнители по воздействию на каучук подразделяют на активные

(усиливающие) и неактивные (инертные). Усиливающие наполнители

(угле-

родистая сажа и белая сажа — кремнекислота, окись цинка и др.) повышают

механические свойства резин: прочность, сопротивление истиранию, твер-

дость. Неактивные наполнители (мел, тальк, барит) вводятся для удешевле-

ния

стоимости резины.

Часто в состав резиновой смеси вводят регенерат - продукт переработ-

ки

старых резиновых изделий и

отходов

резинового производства. Кроме

снижения

стоимости регенерат повышает качество резины, снижая ее

склонность

к старению.

5. Красители минеральные или органические вводят для окраски резин.

Некоторые

красящие вещества (белые, желтые, зеленые) поглощают корот-

коволновую часть солнечного спектра и этим защищают резину от свето-

вого старения.

Любой каучук является непредельным высокополимерным соединением

двойной химической связью

между

углеродными атомами в элемен-

тарных звеньях макромолекулы. Молекулярная масса каучуков исчисляет-

ся

400000

—

450000.

Структура макромолекул линейная или слаборазвет-

вленная

и состоит из отдельных звеньев, которые имеют тенденцию

свернуться в клубок, занять минимальный объем, но этому препятствуют

силы

межмолекулярного взаимодействия, поэтому молекулы каучука изви-

листые (зигзагообразные). Такая форма молекул и является причиной ис-

ключительно высокой эластичности каучука (под небольшой нагрузкой

происходит выпрямление молекул, изменяется их конформация). По свой-

ствам каучуки напоминают термопластичные полимеры. Наличие в моле-

кулах

каучука непредельных связей позволяет, при определенных условиях,

переводить его в термостабильное состояние. Для этого по

месту

двойной

433

связи

присоединяется двухвалентная сера

(или

другое

вещество), которая

образует

поперечном направлении

как бы

«мостики»

между

нитевидны-

ми

молекулами каучука,

результате чего получается пространственно-

сетчатая структура, присущая резине (вулканизату). Процесс химического

взаимодействия каучука

серой

технике называется вулканизацией.

В зависимости

от

количества вводимой серы получается различная

ча-

стота сетки полимера.

При

введении 1

5% серы образуется редкая сетка,

резина получается высокоэластичной, мягкой.

увеличением процентно-

го содержания серы сетчатая структура становится

все

более частой,

ре-

зина

более твердой,

и при

максимально возможном (примерно

30%)

насы-

щении

каучука серой образуется твердый материал, называемый эбонитом.

Зависимость типа получаемых резин

от

количества серы дана

на

рис.

222.

При

вулканизации изменяется молекулярная структура полимера (обра-

зуется пространственная сетка),

что

влечет изменение

его

физико-механиче-

ских свойств: резко возрастет прочность

при

растяжении

эластичность

каучука,

пластичность почти полностью исчезает (например, нату-

ральный каучук имеет

а„ = 0,10

н-

0,15

кгс/мм

, после вулканизации

ст

= 3,5

кгс/мм

);

увеличивается твердость, сопротивление износу. Многие каучуки

растворимы

растворителях, резины только

набухают

в них и

более стой-

ки

химикатам. Резины имеют более высокую теплостойкость

(НК раз-

мягчается

при

температуре 90

С, резина работает

при

температуре свыше

100

С).

На

изменение свойств резины оказывает влияние взаимодействие

каучу-

ка

кислородом, поэтому

при

вулканизации одновременно происходят

два

процесса: структурирование

под

действием вулканизующего агента

и де-

струкция под влиянием окисления

температуры. Преобладание того

или

иного процесса сказывается

на

свойствах вулканизата,

что

видно

на рис.

223.

Это

особенно характерно

для

резин

из НК. Для

синтетических

каучу-

го- зо to %

Содержание

серы

,1^

Время

вулканизации

Рис.

222. Зависимость типа получаемых резин от количества серы, взятой для вулканизации:

/ — резина; Я—полуэбонит;

III

— эбониг

Рис.

223. Изменение физико-механических свойств каучуков в процессе вулканизация:

( натуральный каучук, синтетический каучук бутадиеновый):

—

предел прочности

при

растяжении;

2 —

относительное удлинение;

— эластичность

—

твердость

434

ков (СК) процесс вулканизации дополняется полимеризацией: под дей-

ствием кислорода и температуры образуются межмолекулярные углеро-

дистые связи, упрочняющие термостабильную

структуру,

что

дает

повышение прочности.

Термическая устойчивость вулканизата зависит от характера образую-

щихся в процессе вулканизации связей. Наиболее прочные, а следователь-

но,

термоустойчивые связи — С - С — (62,7 ккал/моль), наименьшая проч-

ность у полисульфидной связи — С — S — С — (27,5 ккал/моль).

Современная физическая теория упрочнения каучука объясняет повыше-

ние

его прочности наличием сил связи (адсорбции и адгезии), возникаю-

щих

между

каучуком и наполнителем, а также образованием непрерывной

цепочно-сетчатой структуры наполнителя вследствие взаимодействия ме-

жду частицами наполнителя. Возможно и химическое взаимодействие кау-

чука с наполнителем.

По

назначению резины подразделяют на резины общего назначения

резины специального назначения (специальные).

РЕЗИНЫ

ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

группе резин общего назначения относят вулкаштаты неполярных кау-

чуков - НК, СКБ, СКС, СКИ.

НК

—

натуральный

каучук является полимером изопрена

(С

)„.

Он

растворяется в жирных и ароматических растворителях (бензине, бензоле,

хлороформе, сероуглероде и др.), образуя вязкие растворы, применяемые

в качестве клеев. При нагревании выше 80—

100°С

каучук становится пла-

стичным и при

200°С

начинает разлагаться. При температуре —

70°С

НК

становится хрупким. Обычно НК аморфен. Однако при длительном хране-

нии

возможна его кристаллизация. Кристаллическая фаза возникает также

при

растяжении каучука, что значительно увеличивает его прочность. Для

получения резины НК вулканизуют серой. Резины на основе НК отли-

чаются высокой эластичностью, прочностью, водо- и газонепроницае-

мостью, высокими электроизоляционными свойствами: р„ =

3-10

—

-23-Ю

Ом см; Е = 2,5.

СКБ —

синтетический

каучук

бутадиеновый

(дивинильный) получают

по

методу

С. В, Лебедева. Формула полибутадиена

(С

)„.

Он является

некристаллизующимся каучуком и имеет низкий предел прочности при

растяжении, поэтому в резину на его основе необходимо вводить усили-

вающие наполнители (сажу, окись цинка и др.). Морозостойкость СКБ не-

высокая (— 40 -.—

45°С).

Он

набухает

в тех же растворителях, что и НК.

Кроме СКБ выпускают дивинильные каучуки СКВ и

СКБМ,

отличающие-

ся

повышенной морозостойкостью, а также стереорегулярный каучук СКД,

который но основным техническим свойствам приближается к НК. Диви-

нильные каучуки вулканизуются серой аналогично натуральному

каучуку.

СКС —

бупшдиенстирольпъш

каучук получается при совместной поли-

меризации бутадиена (С

) и стирола (СН

= СН —

В зависимости от процентного содержания стирола каучук выпускают

нескольких марок: СКС-10, СКС-30, СКС-50. Свойства каучука зависят от

содержания стиролышх звеньев. Так, например, чем больше стирола, тем

435

выше прочность, но ниже морозостойкость. Из наиболее распространенно-

го каучука СКС-30 получают резины с хорошим сопротивлением старению

хорошо работающие при многократных деформациях. По газонепрони-

цаемости и диэлектрическим свойствам они равноценны резинам на основе

НК.

Каучук СКС-10 можно применять при низких температурах ( — 74 ч-

—

77°С).

При подборе соответствующих наполнителей можно получить per

зины

с высокой механической прочностью.

СКИ —

синтетический

каучук

изопреновый

— продукт полимеризации

изопрена

(С

Получение СКИ стало возможным в связи с примене-

нием

новых видов катализаторов (например, лития). По строению, химиче-

ским

и физико-механическим свойствам СКИ близок к натуральному кау-

чуку.

В промышленности выпускают, каучук

СКИ-3,

СКИ-З-П,

наиболее

близкий

по свойствам к НК; каучук СКИ-ЗД предназначен для электро-

изоляционных резин, СКИ-ЗВ — для вакуумной техники.

Резины

общего назначения

могут

работать в среде воды,

воздуха,

слабых растворов кислот и щелочей. Интервал рабочих температур соста-

вляет от — 35 -.— 50 до 80— 130

С. Из этих резин изготовляют шины, ре-

мни,

рукава, транспортерные ленты, изоляцию кабелей, различные резино-

технические изделия.

РЕЗИНЫ

СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Специальные резины подразделяются на несколько видов: маслобен-

зостойкие, теплостойкие, светоозоностойкие, износостойкие, электротехни-

ческие, стойкие к гидравлическим жидкостям.

Маслобензостойкие резины получают на основе каучуков хлоропреново-

го (наирит), СКН и тиокола.

Наирит

является отечественным хлоропреновым каучуком. Хлоропрену

соответствует формула СН

= СС1 — СН = СН

Вулканизация может производиться термообработкой, даже без серы,

так как под действием температуры каучук переходит в термостабильное

состояние.

Резины на основе наирита обладают высокой эластичностью,

вибростойкостью, озоностойкостью, устойчивы к действию топлива и ма-

сел, хороню сопротивляются тепловому старению. (Окисление каучука за-

медляется экранирующим действием хлора на двойные связи). По темпе-

ратуроустойчивости и морозостойкости ( — 35ч—

40°С)

они

уступают

как

НК,

так и другим СК. Электроизоляционные свойства резины на основе

полярного наирита ниже, чем у резины на неполярных каучуках. (За рубе-

жом полихлорпреновый каучук выпускается под названием неопрен, пербу-

нан-С

и др.).

СКН —

бутадиенншприлъный

каучук — продукт совместной полимериза-

ции

бутадиена с нитрилом акриловой кислоты:

- СН, - СН = СН - СН

- СН

CHCN

В зависимости от состава каучук выпускают следующих марок:

СКН-18,

СКН-26, СКН-40. (Зарубежные марки хайкар, пербунан, буна-ЛГ

др.). Присутствие в молекулах каучука группы CN сообщает ему по-

лярные свойства. Чем выше полярность каучука, тем выше его механиче-

ские и химические свойства и тем ниже морозостойкость (например,

СКН-18

от - 50 до - 60

С, СКН-40 от - 26 до -

28°С).

Вулканизуют

436

СКН

при помощи серы. Резины на основе СКН обладают высокой про-

чностью (а

= 3,5 кгс/мм

), хорошо сопротивляются истиранию, но по эла-

стичности

уступают

резинам на основе НК, превосходят их по стойкости

старению и действию разбавленных кислот и щелочей. Маслобензостой-

кие

резины

могут

работать в среде бензина, топлива, масел в интервале

температур от — 30 -.— 50 до 100— 130 С. Резины на основе СКН приме-

няют для производства ремней, транспортерных лент, рукавов, маслобен-

зостойких резиновых деталей (уплотнительные прокладки, манжеты и т. п.).

Полисульфиднып

каучук, или тиокол, образуется при взаимодействии

галоидопроизводных углеводородов с многосернистыми соединениями ще-

лочных металлов:

Тиокол

вулканизуется перекисями. Присутствие в основной цепи макро-

молекулы серы придает каучуку полярность, вследствие чего он становится

устойчивым к топливу и маслам, к действию кислорода, озона, солнечного

света. Сера также сообщает тиоколу высокую газонепроницаемость (вы-

ше,

чем у НК), поэтому тиокол — хороший герметизирующий материал.

Механические свойства резины на основе тиокола невысокие. Эластичность

резин

сохраняется при температуре — 40 -;—

60°С.

Теплостойкость не пре-

вышает 60

—

70°С.

Тиоколы новых марок работают при температуре

до

130°С.

Теплостойкие резины получают на основе каучука СКТ.

СКТ—

синтетический

каучук

теплостойкий,

представляет собой крем-

нийорганическое

(полисилоксановое) соединение с химической формулой:

...

-Si(CH

)

-O-Si(CH

)

- ...

Каучук вулканизуется перекисями и

требует

введения усиливающих на-

полнителей (белая сажа). Присутствие в основной молекулярной цепи про-

чной

силоксановой связи придает каучуку высокую теплостойкость. Так

как

СКТ слабо полярен, он обладает хорошими диэлектрическими свой-

ствами. Диапазон рабочих температур СКТ составляет от —60 до

250°С.

Низкая

адгезия, присущая кремнийорганическим соединениям

(вследствие их слабой полярности), делает СКТ водостойким и гидро-

фобным

(например, применяется для защиты от обледенения). В раствори-

телях и маслах он

набухает,

имеет низкую механическую прочность, высо-

кую газопроницаемость, плохо сопротивляется истиранию. При замене

метальных групп (СН

) на

другие

радикалы получают

другие

виды силок-

сановых каучуков. Каучук с винилыюй группой (СКТВ) устойчив к тепло-

вому старению и обладает меньшей текучестью при сжатии, температура

эксплуатации от —55 до + ЗО0°С. Вводя фенильную группу

(С

полу-

чают каучук

(СКТФВ),

обладающий повышенной морозостойкостью

(-80 ч- - 100"С) и сопротивляемостью действию радиации. Можно соче-

тать различные радикалы, обрамляющие силоксановую связь. Так, фенил-

винилсилоксановый

каучук имеет повышенные механические свойства.

Если

ввести в боковые группы макромолекулы СКТ атомы F или — CN,

приобретается устойчивость к топливу и маслам. Введение в основную

цепь

атомов бора, фосфора и др.

дает

возможность повысить теплостой-

кость резин до 350

—400°С

и увеличить их клеящую способность.

437

Морозостойкими являются резины

на

основе каучуков, имеющих

низ-

кие

температуры стеклования. Например, резины

на

основе СКС-10

и СКД

могут

работать

при

температуре

до

— 60

С;

НК,

СКБ, СКС-30,

СКН до

50°С,

СКТ

ниже

75°С.

Светоозоностойкие

резины

вырабатывают

на

основе насыщенных

каучу-

ков

фторсодержащих

(СКФ),

этиленпропиленовых

(СКЭП),

бутил-

каучука.

Фторсодержащие

каучука получают сополимеризацией ненасыщенных

фторированных углеводородов (например, CF

CFC1,

СН

и др.).

Отечественные фторкаучуки выпускают

под

марками СКФ-32, СКФ-26;

зарубежные

—

Кель-эф

Вайтон. Каучуки устойчивы

тепловому старе-

нию,

маслам, топливу, различным растворителям, даже

при

повышенных

температурах, негорючи. Вулканизованные резины обладают высоким

со-

противлением истиранию. Теплостойкость длительная

(до

ЗОО°С).

СКЭП —

сополимер

этилена

пропиленом

—

представляет собой

белую

каучукоподобную массу, которая обладает высокой прочностью

эластич-

ностью, очень устойчива

тепловому старению, имеет хорошие диэлектри-

ческие свойства. Кроме

СКЭП

выпускают тройные сополимеры СКЭПТ

(за рубежом близкие

по

свойствам каучуки — вист ал ом

дутрал).

Резины

на

основе фторкаучуков

этиленпропилена стойки

действию

сильных окислителей

(HNO

и др.),

применяются

для

уплотни-

тельных изделий, диафрагм, гибких шлангов

и т. д., не

разрушаются

при

работе

атмосферных условиях

течение нескольких

лет.

Бутилкаучук получается совместной полимеризацией изобутилена

с не-

большим количеством изопрена (2

—

3%).

В бутилкаучуке мало ненасыщенных связей, вследствие чего

он

обла-

дает

стойкостью

кислороду, озону

другим химическим реагентам.

Кау-

чук кристаллизующийся,

что

позволяет получать материал

высокой

ме-

ханической прочностью (хотя эластические свойства низкие). Каучук

обладает высоким сопротивлением истиранию

высокими диэлектриче-

скими

характеристиками.

По

температуростойкости

уступает

другим

ре-

зинам.

Бутилкаучук — химически стойкий материал.

связи

этим

он в

основном предназначен

для

работы

контакте

концентрированными

кислотами

другими химикатами; кроме того,

его

применяют

шинном

производстве.

Износостойкие

резины

получают

на

основе

полиуретановых

кауч\ко$

СКУ.

Полиуретановые каучуки обладают высокой прочностью, эластич-

ностью, сопротивлением истиранию, маслобензостойкостью.

структуре

каучука

нет

ненасыщенных связей, поэтому

он

стоек

кислороду

озону,

его газонепроницаемость

в 10

—

20 раз

выше,

чем у НК.

Рабочие темпера-

туры резин

на его

основе составляют

от — 30 до +

130"С.

На

основе

сложных полиэфиров вырабатывают СКУ-7, СКУ-8, СКУ-50;

на

основе

простых полиэфиров

СКУ-ПФ, СКУ-ПФЛ. Последние отличаются высо-

кой

морозостойкостью

(для

СКУ-ПФ

= - 75 С, для

СКУ-50

— 35

С)

гидролитической стойкостью. Уретановые резины стойки

к воз-

действию радиации. Зарубежные названия уретановых каучуков — адипрен,

джентан S, элас loiaii. Резины

на

оспоие СКУ применяют для автомобильных

438

шин,

транспортерных лент, обкладки

труб

и желобов для транспортировки

абразивных материалов, обуви и др.

Электротехнические резины включают электроизоляционные и электро-

проводящие резины.

Электроизоляционные

резины,

применяемые для изо-

ляции

токопроводящей жилы проводов и кабелей, для специальных пер-

чаток и обуви, изготовляют только на основе неполярных каучуков НК,

СКБ;

СКС, СКТ и

бутилкаучука.

Для них р, = 10

-r 10

Ом-см. Е =

2,5 -f-4, tg5=

0.005

4- 0,01. '

Электропроводящие

резины

для экранированных кабелей

получают

из

НК,

СКН, наирита, особенно нз полярного каучука СКН-26 с введением

состав углеродной сажи и графита (65 — 70%). Для них p

. = 10

-=-

Ом см.

Резину, стойкую к гидравлическим жидкостям, используют для

уплот-

нения

подвижных и неподвижных соединений гидросистем, рукавов, диаф-

рагм, насосов; для работы в масле применяют резину на основе СКН, на-

бухание

которой в жидкости не превышает 1-4%. Для кремнийорганиче-

ских жидкостей применимы неполярные резины на основе НК, СКМС-10

•и др.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ

СВОЙСТВА

РЕЗИН

И ИХ

ПРИМЕНЕНИЕ

При

растяжении резины происходит разрыв цепей вулканизацнонной сет-

ки,

при этом более слабые и легко перегруппировывающиеся связи способ-

ствуют

релаксации перенапряжений и

облегчают

ориентацию главных це-

пей.

Более прочные связи сохраняют целостность сетки при больших

деформациях.

Для каучуков и резины характерны большие деформации при сравни-

тельно низких напряжениях. Напряжения зависят от времени действия

силы и от скорости деформирования, т. е. являются релаксационными. Ме-

ханические свойства зависят от соотношения энергии межмолекулярного

взаимодействия и энергии теплового движения звеньев. Релаксация убы-

стряется при нагревании (энергичнее тепловое движение), поэтому для ре-

зин

характерна резко выраженная зависимость механических свойств от

температуры. Напряжение в процессе релаксации достигает равновесного

значения.

В связи с этим механическое поведение резины определяется ее

упругими (высокоэластическими) свойствами при равновесии и релакса-

ционными

свойствами. Большое влияние на долговечность материала

оказывает старение.

Резинам

присущи очень высокие обратимые деформации порядка

1000% и больше (для стали < 1%), в них может происходить перегруппи-

ровка

структурных

элементов в поле межмолекулярного взаимодей-

ствия — физическая релаксация и распад и перегруппировка химических

связей — химическая релаксация. Резины на основе полярных каучуков

имеют замедленную релаксацию. Мягчители ее убыстряют (уменьшая

связь

между

молекулами). Замедляют релаксацию активные наполнители

вследствие сорбции молекулярных цепей каучука на частицах наполнителя,

состояние равновесия не наступает (ограничена подвижность молекул, ее

жесткость).

439

Восстановление представляет собой изменение величины деформации

во времени после снятия нагрузки с образца; внутренние силы в резине

приходят в равновесие медленно, поэтому

упругое

последствие в статиче-

ских условиях проявляется длительно. В резине наблюдается остаточная

деформация.

Восстанавливаемость резины характеризует ее эксплуата-

ционные

качества.

Прочность

резины зависит от регулярности строения полимера и

энер-

гии

взаимодействия

между

звеньями его молекул. Переход в кристалличе-

ское

состояние облегчается ориентацией молекулярных цепей при дефор-

мации

резины. Быстро кристаллизуются в процессе деформации НК,

бутилкаучук,

хлоропрсн и СКИ, для них а

= 2 -г 3 кгс/мм

даже

без на-

полнителей.

Кроме прочности при разрыве, для резин определяется сопро-

тивление раздиру - важная характеристика чувствительности резины

концентрации напряжения

По

гистерезисной диаграмме вычисляется полезная

упругость

резины

как

отношение работы, возвращенной деформированным образцом, к об-

щей

работе, затраченной на эту деформацию (рНс. 224).

В условиях динамического нагружения (переменные циклические на-

грузки) свойства резины определяются упругогистерезисными и

усталост-

но-прочностными

характеристиками. Эти свойства необходимо учитывать

при

применении резины в шинах,

муфтах,

рессорах, амортизаторах и т. п.,

где они являются решающими для хорошей работоспособности, надежно-

сти,

долговечности. Резины из НК (по сравнению с СКБ) отличаются

малым внутренним трением, которое определяет весьма благоприятные

гистерезисные свойства.

Усталостно-прочностные свойства резин определяются их утомлением,

когда под действием механических напряжений происходит разрушение.

Утомлению способствует также воздействие света, теплоты, агрессивных

сред и т. п. Последние факторы вызывают старение. Число циклов нагру-

жения,

которое выдерживает, не разрушаясь, образец, называется

усталост-

ной

выносливостью. Усталостному разрушению очень способствует дей-

ствие озона, вызывающее растрескивание поверхностного слоя, особенно

для резин на основе НК, СКИ, СКБ, СКС и др. Почти не подвержены

озонному

растрескиванию резины на основе

бутилкаучука

и хлоропреново-

го каучука. По работоспособности при нагревании резины из НК вслед-

ствие пониженной химической стойкости

даже

не превосходят резин из

СКБ.

Для обеспечения высокой усталостной прочности необходимы высо-

кая

прочность, малое внутреннее трение и высокая химическая стойкость

резины.

При повышенных

температурах

(150°С)

органические резины те-

ряют прочность после 1-10 ч нагревания, резины на СКТ

могут

при этой

температуре работать длительно. Прочность силоксановой резины при

комнатной

температуре меньше, чем у органических резин, однако при

200°С

прочности одинаковы, а при температуре 250 —

300°С

прочность да-

же выше (рис. 225). Особенно ценны резины на СКТ при длительном

нагревании.

Раздир резины измеряется разрывной нагрузкой в кгс, отнесенной к 1 см действительной

толщины

надрезанного образца, раздираемого с большой скоростью (ГОСТ 262 — 79) и

удель-

ной

энергией разднра в кгс/см.

440