§ 2. Каучуки и резины

Синтетические каучуки являются продуктами полимеризации и сополимеризации ненасыщенных углеводородов. Для получения синтетических каучуков в качестве мономеров применяют: изопрен, бутадиен (дивинил), хлорпрен, изобутилен и др. Реакция полимеризации начинается с мономера, содержащего две двойные связи, из которых одна расходуется, а оставшаяся двойная связь переходит в центр звена.

В зависимости от исходных мономеров выпускают многочисленные разновидности каучуков: изопреновый, бутадиеновый, хлоропреновый, бутадиен-стирольный и др.

С. В. Лебедев впервые разработал способ получения синтетического каучука *. Натрий-бутадиеновый (СКВ) каучук, разработанный в СССР, был первым в мире синтетическим каучуком. В настоящее время выпускают новые виды бутадиенового каучука с улучшенными свойствами: полидивиниловый (СКД) и сополимеры дивинила — бутадиен-стирольный (СКС) и бутадиен-нитрильный (СКН). По эластическим свойствам они близки к натуральному каучуку и превосходят его по теплостойкости и сопротивлению истиранию.

Полиизопреновые каучуки (СК.И) по своему химическому составу и структуре молекул как бы воспроизводят натуральный каучук, этим объясняется аналогия в свойствах полиизопрена и натурального каучука: высокие прочности и эластичность при статических и динамических нагрузках, высокая стойкость к нагреванию и окислению. В группу изопреновых синтетических каучуков входит бутилкаучук, представляющий продукт сополимеризации изобутилена и изопрена (1 — 1,5%)- Бутилкаучук (СКИ-3) выделяется высокой морозостойкостью и водостойкостью, эластичностью и стойкостью к действию кислорода, озона, сильных кислот.

Хлорпреновые каучуки получают эмульсионной полимеризацией хлорпрена, который является хлорзамещенным производным бутадиена. Хлорпреновые каучуки выпускают различных марок под общим наименованием «наирит». Хлорпреновые каучуки выделяются особыми техническими свойствами: высокой клейкостью (в сыром виде), устойчивостью к действию света, озона, кислорода и стойкостью к растворам кислот и щелочей; они также выдерживают действие масел и бензина. Хлорпреновый каучук, практически газонепроницаем (по этому свойству уступает только дивинилнитрильному), он не горит, хотя и обугливается.

Синтетические каучуки применяют для изготовления клеев и мастик (служат для приклеивания линолеума, плиток пола и т. п.). Каучуки необходимы в производстве разнообразных герметизирующих материалов. В качестве компонентов герметиков широко используют бутилкаучуки и хлорпреновые каучуки. Синтетические каучуки служат также для модификации других полимеров с целью придания им упругих свойств.

С развитием производства полимерных материалов синтетические каучуки найдут применение в различных полимербетонах.

Резина представляет собой вулканизированный каучук и обычно содержит наполнители (сажу, мел и др.). Вулканизация каучука — это процесс, при котором в результате взаимодействия каучука с серой или другими веществами (либо под влиянием радиации) образуется значительное число новых связей между цепями (цепи «сшиваются»), что приводит к повышению жесткости и теплостойкости, снижению растворимости и набухания в органических растворителях.

Резину используют в качестве материала для чистых полов, отходы резины (в виде дробленой отработанной резины — резиновой крошки) являются компонентом битуморезиновых материалов (бризола, битуморезиновой мастики и др.).

Молекулы каучука, хотя и имеют линейную структуру, но не вытянуты в линию, а имеют изгибы и петли, могут смыкаться своими концами. Растягивание каучука вызывает упорядоченность расположения цепей и выделение соответствующего количества теплоты. Рентгеновским методом обнаруживают кристалличность растянутого каучука, исчезающую после снятия нагрузки. После растяжения до удлинения в несколько сотен процентов каучуки полностью восстанавливают свою форму. Согласно кинетической теории упругости каучука при растяжении происходит распрямление и сближение цепей, однако внутреннее тепловое движение молекул и, в частности, вращение отдельных звеньев цепей противодействует таким изменениям и по прекращении действия внешней силы каучук возвращается в первоначальное состояние.

Высокоэластическая деформация каучука, достигающая 1000% и более, является обратимой деформацией, зависящей от времени, поскольку она вызывает перемещение молекул и атомов. Деформацию линейных полимеров определяют сочетанием упругих, вязко-упругих и вязких свойств. Для анализа деформаций этих материалов в температурном интервале, охватывающем все три состояния полимеров, может быть полезна модель, включающая три элемента: 1 — упругий 3 (рис. 157,а), 2 — вязкоупругий / и 3 и 3 — вязкий 3. Полная деформация е этой модели равна сумме деформаций каждого последовательно

расположенного элемента.

Рис. 157. Деформация полимеров: а — модель деформации (вязкоупругости); б — реологическая кривая развития деформации во времени; / и i — демпфер (вязкий элемент); 3 — пружина (упругий элемент)

На рис. 157,6 представлено развитие деформации во времени. После прекращения действия напряжения, начиная с момента времени t упругая e и вязкоупругая е составляющие деформации становятся равными нулю, а вязкая деформация е необратима