Как делают резину: от каучука до готового изделия
Резину получают из каучука методом вулканизации: смесь каучука с серой и другими добавками нагревают до 140–180 градусов Цельсия, молекулярные цепочки сшиваются поперечными связями и материал приобретает эластичность, прочность и устойчивость к температурным воздействиям. Без вулканизации каучук липкий на жаре и хрупкий на морозе.
Сырьё: натуральный и синтетический каучук
Натуральный каучук — застывший млечный сок (латекс) каучуконосных деревьев. На плантациях на коре дерева делают V-образный надрез, и латекс стекает в чашечку. За сутки одно дерево даёт около 50 мл латекса. Латекс коагулируют (осаждают) муравьиной или уксусной кислотой, получая листы сырого каучука, которые сушат и прессуют в тюки. Натуральный каучук обладает исключительной эластичностью и применяется там, где нужны высокие динамические нагрузки. Синтетические каучуки производят полимеризацией органических мономеров: бутадиена, стирола, изопрена, хлоропрена и других соединений, получаемых из нефтехимического сырья. Сегодня синтетические каучуки составляют более 60% мирового производства резинового сырья. Разные марки обладают разными свойствами: бутилкаучук почти не пропускает газы (камеры шин), силиконовый каучук работает при температурах от минус 60 до плюс 200 градусов Цельсия, хлоропреновый устойчив к маслам и озону.
Резиновая смесь: что добавляют к каучуку
Чистый вулканизированный каучук имеет ограниченные характеристики. Для получения нужных свойств в него вводят целый ряд ингредиентов. Вулканизирующие агенты — прежде всего сера (1,5–3% от массы каучука), а также ускорители вулканизации, сокращающие время процесса с нескольких суток (при холодной вулканизации природным методом) до нескольких минут. Технический углерод (сажа) добавляют в количестве 30–50% от массы: он в 5–10 раз повышает прочность и износостойкость резины. Именно техуглерод окрашивает большинство резиновых изделий в чёрный цвет. Пластификаторы (обычно нефтяные масла) снижают жёсткость и облегчают переработку. Оксид цинка и стеариновая кислота служат активаторами вулканизации. Антиоксиданты и антиозонанты замедляют старение резины под воздействием тепла, кислорода и ультрафиолета. Все компоненты смешивают в закрытых резиносмесителях (роторных смесителях Бенбери) при температуре 120–160 градусов Цельсия до получения однородной массы. Процесс занимает 5–15 минут. Готовая резиновая смесь напоминает густое тесто.
Формование: как смесь принимает нужную форму
Резиновую смесь формуют разными способами в зависимости от изделия. Листы и профили получают каландрованием: смесь пропускают между несколькими парами нагретых вращающихся валов, которые раскатывают её в ленту заданной толщины. Трубы, шнуры и профили сложного сечения выдавливают через фильеры экструдером. Сложные объёмные изделия формуют прессованием в металлических пресс-формах или литьём под давлением. При изготовлении автомобильных шин текстильный и металлический корд промазывают резиновой смесью на каландре, затем собирают многослойный пакет на барабане сборочной машины.
Вулканизация: финальный процесс превращения смеси в резину
Отформованные заготовки помещают в вулканизационный пресс или автоклав. Под давлением 1–2 МПа и при температуре 140–200 градусов Цельсия атомы серы образуют поперечные мостики между молекулярными цепочками каучука. До вулканизации каучуковые цепочки могут скользить относительно друг друга, что и обеспечивает пластичность. После неё они связаны поперечными связями и уже не могут смещаться произвольно, зато способны упруго деформироваться и возвращаться в исходное положение. Время вулканизации зависит от толщины изделия: тонкая резиновая прокладка вулканизируется за 3–5 минут, автомобильная покрышка требует 10–20 минут, массивный резиновый рукав высокого давления может вулканизироваться несколько часов. Резиновая промышленность в России сосредоточена в Ярославле (производство шин и технической резины), Нижнекамске (крупнейшее производство синтетических каучуков), Омске, Воронеже и Кирове. Отечественные предприятия производят широкий ассортимент изделий: автомобильные и промышленные шины, транспортёрные ленты, рукава, уплотнители, резинотехнические изделия для машиностроения и строительства.
