Rubber материал что это такое

Как печатать резиной на 3D-принтере [2020]

Пластик RUBBER — это эластичный полимер, из которого можно напечатать изделия, по свойствам практически идентичные резиновым. Хотя обычно 3D-печать из упругих пластиков — занятие хлопотное, с RUBBER сравнительно просто работать.

Читайте статью, чтобы узнать о характеристиках материала и об особенности «печати резиной» на 3D-принтерах.

Содержание

О пластике RUBBER

Название «RUBBER» — это бренд, который использует российская компания REC. Иностранные производители пользуются словосочетанием Rubber-Like Filament — резиноподобный филамент. Химическое название материала — SEBS, стирол-этилен-бутилен-стирол. Это износоустойчивый ударопрочный полимер. В промышленности его используют преимущественно в качестве добавок к другим пластикам, чтобы улучшить механические свойства материала. Сфера применения SEBS достаточно обширна: от добавок к клеям до использования в дорожном строительстве.

RUBBER — филамент черного цвета. По физическим свойствам он максимально приближен к обычной резине. Используют материал, как правило, для создания расходников: уплотнителей, антивибрационных вкладок, ножек. Положительное преимущество печати из RUBBER — сравнительно простая настройка принтера и низкая вероятность брака, при соблюдении рекомендаций производителя.

История

Происхождение полимера SEBS связано со стремительным развитием нефтяной промышленности в середине XX века. В 1950-х исследовательское подразделение Shell Oil Company разработало синтетический аналог резины — эластомер, который получил коммерческое название Kraton. Химическое определение материала — блок-сополимер бутадиена и стирола (СБС). Из СБС производят подошвы обуви и автомобильные покрышки. За прошедшие годы были разработаны модификации СБС, в том числе гидрогенизированный Kraton — Kraton G (SEBS).

Характеристики

RUBBER-пластик — черный упругий материал, обладающий хорошей устойчивостью к истиранию, выдерживающий высокие нагрузки при кручении и растяжении. Основные характеристики полимера:

Прочность и гибкость;

Устойчив к разбавленным кислотам, щелочам, детергентам, спиртам;

Температура плавления: 225—245 °C;

Стойкость к нагреву до 85 °C.

Механические и физические свойства изделий из RUBBER-пластика напоминают резину. Материал можно склеивать синтетическим каучуком или паяльным феном. Материал не предназначен для контакта с едкими материалами и эксплуатации при высоких температурах.

Как и резина, RUBBER-пластик не предназначен для серьезной механической обработки. Подправить края или разрезать изделие можно обычным модельным ножом. Филамент существует только в черном цвете, покрасить напечатанное изделие не представляется возможным.

Достоинства и недостатки

Достоинства:

Высокая прочность на разрыв при скручивании, растяжении, сжатии;

Устойчивость к истиранию;

Простой процесс печати;

Недостатки:

Не пригоден для сложной механической обработки;

Не пригоден для покраски;

Не пригоден для хранения пищевых продуктов.

Меры предосторожности

Как и при использовании любого филамента, при «печати резиной» следует помнить о выделении химических веществ при плавке пластиковой нити. Стоит отметить, что компания REC заявляет о минимальном воздействии паров расплавленного филамента на окружающую среду — выделение газов при печати многократно ниже ПДК (предельно допустимой концентрации). Официальные данные по объему выделений выглядят следующим образом:

Источник

Тестируем пластики. Часть 4. Rubber от REC

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Статья относится к принтерам:

Сегодня я расскажу об еще одном интересном пластике. На этот раз у нас в студии Rubber от REC.

Пластик заявляется, как наиболее приближенный к резине по свойствам.

Ну что же посмотрим.

Упакован, он как и другие пластики от REC в симпатичную коробку и пакет и зип-локом внутри.

На коробке указаны температура печати.

Первые тесты у меня прошли почти сразу после FLEX-а от этого же производителя.

Параметры печати очень похожи, как у Flex-а. Только надо учитывать, что он еще более гибкий.

Заполнение 10% ( тут можно играть. Я на прокладке и 100 делал)

Ретракт отключен! ( обязательное условие)

Остановка печати, разборка, вытаскивание застрявшего филамента.

Пусть будет чуть выше.

Да! Нужна хорошая адгезия. На фото с шаром все еще ПВА, но на чуть больше площади соприкосновения он отрывается, да и тут часть поддержек оторвало от стола. Ладно скорость небольшая.

Я печатаю на холодном столе, поэтому у меня оказался один выход в итоге. Максимальный эффект дает 3D-лак.С ним деламинации нет, если правильно подготовить модель. Брим часто необходим, если деталь приличных размеров по XY.

В случае с различными прокладками это отлично видно.

Еще нюанс. Ту приблуду, которую я ставил для печати FLEX-ом тут использовать не стоит. В отличии от FLEX-а, Rubber довольно плохо скользит, практически никак – резина же.

Поэтому все лишние препятствия убираем.

Обдув детали, тоже стоит отключить для более качественного спаивания слоев.

В остальном трудностей нет. Единственно печатается это, на печальных 20 ммсек.

По ощущениям – обычная плотная резина, которую используют в прокладках в сантехнике.

Насчет сантехники я прокладки, конечно, использовать не буду – дешевле купить. А вот пробку, идеально подходящую к ванне я напечатал. ))) Получилось идеально по месту. На фото еще не обрезана юбка-поддержка по краям.

По стойкости. Ребята из REC-а буквально на днях выложили у себя в группе тесты испытания различными агрессивными и не очень жидкостями. По факту устойчивость такая же, как у обычной резины. Боится бензина, не очень любит растворители.

По нишам применения. Я нашел точки соприкосновения с мастерской по ремонту стартеров, они уже заказали пробные образцы прокладок. Есть достаточно деталей, которые не продаются отдельно или их просто уже не купить, из-за того, что такое оборудование не выпускается. Шестерни редуктора стартера для них мы уже сделали. Сейчас испытываем. Главное чтобы это оборудование не соприкасалось с бензином. То есть в двигатель совать не стоит. Я думаю это будут некоторые пыльники и прокладки на не очень критичных местах.

Еще есть интерес от производителей пром. оборудования. Им нужны небольшие консервационные прокладки, которые заказывать маленькими партиями на заводах резиновых изделий нерентабельно.

Так же я сейчас в процессе переделки своей модели форсунки, чтобы за счет напечатанной прокладки упростить сборку модели, увеличив допуски движущихся деталей и вдобавок повысить качество исполнения.

Что мы в итоге видим? При соблюдении всех требований к параметрам и модели, печать Rubber-ом не представляет сильных трудностей. Главное правильно все сделать. Ниша у материала специфическая – в основном техническое применение. Будет ли это настоящая техника или модели, уже не так важно. В декоративном плане Rubber использовать, вряд ли получиться – он выглядит как обычная черная резина…. Хотя кому-то может и такое понравится.

Спасибо ребятам из REC за хороший качественный пластик.

Пишите вопросы. Постараюсь ответить.

PS В итоге видим, что отсутствие подогреваемого стола не мешает печатать большинством пластиков, за исключением АБС. Я думаю небольшие детали и из него сделаем без проблем.

PPS На очереди нейлон, ПП и другие ‘технологические’ пластики. Следите за моими новостями в моей группе и на Тудей!

Источник

3D печать TPU, TPE(Flex) и SEBS(Rubber): различия гибких пластиков, настройки 3D принтера

Термопластические эластомеры (TPE ) — это полимеры, которые обладают эластичностью, аналогичной эластичности сшитого каучука. Степень эластичности материала зависит от типа ТПЭ и химической структуры. Кроме того, этот сорт эластомеров обладает технологическими преимуществами термопластов, что несомненно хорошо для 3D-печати.

TPE — это широкая категория материалов, которая включает несколько других типов, например TPU.

Также важно отметить, что не все разновидности гибких нитей будут продаваться как TPE, подтип TPE или под какой-либо другой классификацией материалов. Тем не менее, большинство из них будет принадлежать к одной из категорий, представленных в этой статье.

Особенности TPE

Настройки 3D-печати для TPE, TPU

Проблемы с гибкими пластиками TPE, TPU

Классификации гибких пластиков TPE, TPU

TPE можно разделить на шесть категорий в зависимости от химической структуры. Они также различаются по твердости по Шору. Здесь мы обсудим различные марки TPE для 3D-печати:

TPE означает термопластичный эластомер. Это смесь твердого пластика и мягкой резины, поэтому он обладает как термопластичными, так и эластичными свойствами. TPE охватывает широкий спектр гибких материалов, включая термопластичный полиуретан (TPU ), термопластичный сополиэфир (TPC ), термопластичный полиамид (TPA ).

TPU означает термопластичный полиуретан. Это наиболее распространенный тип TPE, который более жесткий из гибких нитей.

Логично, что TPE имеет более широкий диапазон твердости, чем TPU. Различия в химическом составе TPE означает, что некоторые типы TPE частично твердые и подходят для вроде автомобильнs[ шин, в то время как другие типы очень эластичны.

Другие отличия заключаются в том, что печать TPU будет тяжелее, потому что TPU более плотный, чем другие TPE. TPU также имеет гладкую поверхность, в то время как TPE обычно имеет более резиновую и эластичную текстуру. ТПУ имеет лучшую стойкость к истиранию, чем большинство ТПЭ, а усадка ТПУ меньше, чем у других ТПЭ.

На рынке есть TPU наполненные стекло- или углеволокном. Армирующие добавки придают материалы высокую прочность, упругость, стойкость к динамическим нагрузкам и низкую степень усадки после 3D печати. Стекловолокно обычно добавляют от 10 до 30%, углеволокно 5 — 10%. Производитель таких пластиков в России с оптимальным соотношением цена/качество компания Filamentarno.

RUBBER — термоэластопласт для 3D печати, похожий по своим свойствам на мягкую резину. Гибкий и мягкий материал, отлично подходящий для создания уплотнителей, гасителей вибрации и диэлектрических прокладок. Очень приятный на ощупь.

Свойства SEBS (RUBBER )

По своим техническим характеристикам RUBBER пластик для 3D печати во многом схож с каучуком. Основные параметры данного материала:

Это именно тот материал, который возможно применять в сферах, где другие материалы растворяются. Отлично подходит для создания моделей: труб, чехлов, затычек. При необходимости совместить его с другими материалами, можно воспользоваться промышленным феном. Характеристика на сжатие и растяжение могут сравниться с материалами из каучука.

СЭБС или стирол-этилен-бутилен-стирол, также известный как SEBS (Rubber ), является важным термопластичным эластомером, который ведет себя как резина, не подвергаясь вулканизации. SEBS прочный и гибкий, обладает отличной термостойкостью и устойчивостью к ультрафиолету, а также прост в обработке. SEBS cпециальный материал, который своим свойствам очень близок к настоящей резине, повторяя все её свойства. Материал очень хорошо подойдет для печати: кнопок, уплотнителей, амортизаторов и даже покрышек для радиоуправляемых моделей. Склеивается при помощи синтетических каучуков или с помощью паяльного фена.

Настройки печати TPU, TPE, SEBS

3D печать TPE

Нить TPE может быть сложной для печати из-за ее эластичности. Рекомендуется печатать со следующими настройками:

Если печать идет слишком быстро, это может легко привести к застреванию и пропускам. TPE лучше работает с директ экструдерами, поэтому будьте особенно бдительны, если у вас экструдер Bowden экструдер.

Некоторые популярные нити TPE производят зарубежные компании — eSun TPE (около 42 долларов США / кг), MatterHackers Pro Series TPE (около 55 долларов США / 0,5 кг), 3DXFlex TPE (около 68 долларов США / 0,5 кг ) и Российские — Rec3D, Filamentarno, BestFilament.

3D печать TPU

Термопластичный полиуретан (TPU ) — это наиболее распространенный тип TPE, используемый в 3D-печати. По сравнению с другими гибкими нитями он обладает большей жесткостью, что позволяет легче работать с ним. Также он обладает приличной прочностью и высокой износостойкостью.

Настройки 3D-печати TPU

Проблемы 3D печати TPU

Если температура будет слишком высокой, может произойти натяжение.
Если температура слишком низкая, адгезия слоя будет плохой.
Устойчивость к ультрафиолетовому излучению оставляет желать лучшего.

Популярное промышленное применение TPU

Некоторые популярные производители TPU-нитей включают Kodak Flex TPU (около 50 долларов США / 0,75 кг ), Ultimaker TPU (около 70 долларов США / 0,75 кг), MatterHackers Build Series TPU (около 45 долларов США / кг), Polymaker PolyFlex (около 55 долларов США / 0,75 кг) и всем известный NinjaTek (около 55 долларов за 0,5 кг ) и Российские — Rec3D, Filamentarno, BestFilament.

3D печать TPC

Термопластический сополиэфир (TPC ) представляет собой сложный сополиэфир с чередующимися последовательностями произвольной длины как длинноцепочечных, так и короткоцепочечных гликолей. У них есть как твердые, так и мягкие сегменты. Жесткие сегменты обычно представляют собой короткоцепочечные сложноэфирные звенья, тогда как мягкие сегменты обычно представляют собой алифатические простые полиэфиры и полиэфиргликоли.

TPC считается материалом инженерного уровня, что может объяснить, почему он не так часто встречается в мире 3D-печати для любителей.

Предварительные требования для 3D-печати

Для сравнения, TPC имеет меньшее удлинение при разрыве. Его нельзя использовать для очень гибких приложений.

Популярное промышленное применение

Серия FlexiFil от FormFutura представляет собой филамент TPC.

Печать TPA

Термопластичный полиамид (TPA ) представляет собой химический сополимер TPE и очень гибкого нейлона. В результате получается сочетание гладкой блестящей текстуры нейлона и гибкости TPE.

Проблемы 3D печати

Популярное промышленное применение

Скорость 3D печати TPU

ТПУ лучше всего печатает в диапазоне от 15 мм/с до 30 мм/с. Это мягкий материал, который обычно печатается намного медленнее, чем средняя скорость печати или скорость печати по умолчанию, которая составляет 60 мм/с. Однако, если у вас есть экструзионная система с директ экструдером, вы можете увеличить скорость примерно до 40 мм/с.

Гибкий PLA пластик для 3D печати

Мягкий PLA — это общий термин, применяемый к смесям PLA, которые сделаны более гибкими. Что касается характеристик, некоторые называют ее «жесткой резиной».

По сравнению с другими гибкими материалами он известен своей прочностью и долговечностью. Его печать аналогична стандартной печати PLA, за исключением того, что следует использовать более низкую скорость печати и более высокую температуру стола.

Проблемы 3D печати

Из-за ее мягкости при загрузке нити могут возникнуть проблемы

Печать SEBS

СЭБС или стирол-этилен-бутилен-стирол, также известный как SEBS, является важным термопластичным эластомером, который ведет себя как резина, не подвергаясь вулканизации. SEBS прочный и гибкий, обладает отличной термостойкостью и устойчивостью к ультрафиолету, а также прост в обработке.

Эластомеры SEBS часто смешивают с другими полимерами для улучшения их характеристик. Они используются в качестве модификаторов ударной вязкости для технических термопластов и в качестве пластификаторов / упрочнителей для прозрачного полипропилена (ПП ). Важные области применения включают термоплавкие клеи, чувствительные к давлению, игрушки, подошвы для обуви и битумные продукты, модифицированные ТПЭ, для дорожных покрытий и кровли.

SEBS термоэластопласт для 3D печати, похожий по своим свойствам на мягкую резину. Гибкий и мягкий материал, отлично подходящий для создания уплотнителей, гасителей вибрации и диэлектрических прокладок. Очень приятный на ощупь.

Настройки 3D печати

Источник

REC Rubber: настройки печати, описание и характеристики

Если вам необходим материал для 3D-печати уплотнителей, амортизаторов, кнопок и других гибких деталей с хорошей износостойкостью и широким диапазоном эксплуатационных температур, попробуйте REC Rubber — филамент на основе синтетического каучука.

Основные преимущества и недостатки

Сырьем для REC Rubber служит блок-сополимер стирола и этилена под названием cтиролэтиленбутиленстирол, он же СЭБС или SEBS. Даже если вам незнакомы эти обозначения, с самим материалом вы сталкиваетесь повседневно. Например, СЭБС широко применяется в производстве термоплавких клеев, герметиков, автомобильных шин и ковриков, шлангов, игрушек и обувных подошв. Заодно этот вариант синтетического каучука используется в качестве модификатора битумных кровельных и дорожных покрытий, а также различных полимеров, когда требуется повышение эластичности и ударной прочности. Грубо говоря, это разновидность синтетической резины, что и отражено в названии нашего филамента — Rubber.

REC Rubber обладает хорошей упругостью и неплохой износостойкостью, а также выдерживает высокие нагрузки на растяжение, сжатие и кручение. Наличие промежуточного блока этилена и бутилена значительно повышает термическую и химическую стойкость этого термоэластопласта в сравнении с базовыми стирольными блок-сополимерами. Материал стоек к разбавленным кислотам, щелочам, моющим средствам и спиртам, а также перепадам температур и озону что облегчает эксплуатацию 3D-печатных деталей.

Среди недостатков можно отметить среднюю уязвимость к маслам, высокую уязвимость к бензину, а также значительную термоусадку. Основные проблемы при работе с REC Rubber напрямую связаны с его эластичностью, ограничивающей скорость 3D-печати, создающей проблемы с подачей и ретрактом филамента и затрудняющей механическую обработку.

Общие характеристики REC Rubber:

Механические характеристики REC Rubber:

Рекомендации по подготовке к 3D-печати REC Rubber

Как и все термоэластопласты, REC Rubber довольно сложен в работе. Основные проблемы проистекают из мягкости и эластичности, осложняющих ретракт, и также приводящих к деформации филамента при подаче и повышенному трению при прохождении через хотэнд.

При работе с этим материалом желательно использовать экструдеры с директ-подачей филамента, а не боуденовской, то есть с проталкивающим механизмом и хотэндом в единой сборке, а не соединенных длинной трубкой. В идеале дистанция между подающими шестернями и входным каналом хотэнда должна быть минимальной, чтобы нить не могла сгибаться или значительно увеличиваться в диаметре под давлением проталкивающего механизма.

Повысить стабильность потока расплава можно регулировкой прижима роликов (усилие должно быть не слишком низким для хорошего сцепления, но и не слишком высоким во избежание деформации прутка), снижением скорости 3D-печати и использованием сопел диаметром не менее 0,4 мм.

Для повышения адгезии между слоями и с рабочей поверхностью, а также снижения эффектов термоусадки необходимо разогревать столик до 90-110°C и отключать обдув укладываемого материала. Как правило, при 3D-печати на стеклянных или стеклокерамических столиках дополнительные адгезионные средства не требуются. При необходимости можно использовать синий скотч, лаки или клеи, например наш универсальный состав The3D.

Рекомендуемые настройки для 3D-печати материалом REC Rubber:

Хранение REC Rubber

REC Rubber не отличается высокой гигроскопичностью и в большинстве случаев не требует сушки перед 3D-печатью, но при необходимости филамент можно довести до кондиции просушиванием в течение как минимум двух часов при температуре 50°С. Превышать указанный температурный порог не следует, так как это может привести к повреждению материала. Для сушки можно использовать специализированные устройства, фруктосушилки или электрические духовки.

В идеале желательно хранить филамент в герметичном пластиковом пакете или контейнере, предварительно поместив внутрь емкости силикагель. Заодно это поможет избегать накапливания пыли, способной образовывать нагар в хотэндах и пробки в соплах. Если на филамент все-таки попадет пыль, для очистки нити можно использовать простой поролоновый фильтр по пути от катушки к хотэнду.

Подробнее о хранении и сушке филаментов из разных материалов рассказывается в статьях по ссылкам ниже:

Постобработка REC Rubber

Так как это мягкий материал, механическая обработка сводится разве что к удалению артефактов 3D-печати и вспомогательных структур с помощью режущих инструментов. Химическая обработка также не рекомендуется, так как в лучшем случае она не даст эффекта, а в худшем вызовет деградацию физико-механических свойств.

Покраска затруднительна в том смысле, что если речь идет о функциональных деталях, работающих на сжатие, растяжение, кручение или изгиб, эксплуатация неизбежно приведет к разрушению твердого лакокрасочного покрытия. Так как REC Rubber изначально предназначен для 3D-печати не декоративных изделий, а функциональных деталей, то и красить его нет особой надобности.

В крайнем случае можно сгладить поверхности и получить глянцевую поверхность нанесением жидкой резины, как вариант — с предварительным добавлением красящих пигментов. Для сборки деталей из REC Rubber можно прибегнуть к спаиванию паяльным феном, либо склеиванию синтетическими каучуками.

Безопасность REC Rubber

При соблюдении рекомендуемых параметров 3D-печати концентрация летучих веществ не превышает допустимые уровни, но как и с любыми другими материалами, мы рекомендуем работать с REC Rubber в хорошо вентилируемых помещениях. В эксплуатации материал безопасен, однако его не рекомендуется использовать в производстве пищевой тары, упаковки или деталей, напрямую контактирующих с пищевыми продуктами в течение длительного времени.

Объемы выделений и предельно допустимые концентрации (ПДК):

Сертификаты безопасности публикуются в специальном разделе нашего сайта.

Испытания REC Rubber

Наша компания последовательно проводит испытания выпускаемых филаментов для 3D-принтеров. С отчетами об испытаниях* REC Rubber можно ознакомиться по ссылкам ниже:

*все испытания проводились на напечатанных образцах с толщиной слоя 0.2мм

Источник

Каучук

Каучуки — натуральные или синтетические материалы, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём специальной обработки получают резину. Природный каучук получают из жидкости молочно-белого цвета, называемой латексом, — млечного сока каучуконосных растений.

Натуральный каучук получают коагуляцией млечного сока (латекса) каучуконосных растений. Основной компонент каучука — углеводород полиизопрен (91-96%). Природный каучук встречается в очень многих растениях, не составляющих одного определённого ботанического семейства. В зависимости от того, в каких тканях накапливается каучук, каучуконосные растения делят на:

-паренхимные — каучук в корнях и стеблях;

-хлоренхимные — каучук в листьях и зелёных тканях молодых побегов.

-латексные — каучук в млечном соке.

-травянистые латексные каучуконосные растения из семейства сложноцветных (кок-сагыз, крым-сагыз и другие), произрастающие в умеренной зоне, в том числе в южных республиках, содержащие каучук в небольшом количестве в корнях, промышленного значения не имеют.

Некоторые виды синтетических каучуков (например полизобутилен, силиконовый каучук) представляют собой полностью предельные соединения, поэтому для их вулканизации применяют органические перекиси, амины и др. вещества. Отдельные виды синтетических каучуков по ряду технических свойств превосходят натуральный каучук.

По области применения синтетические каучуки разделяют на каучуки общего и специального назначения. К каучукам общего назначения относят каучуки с комплексом достаточно высоких технических свойств (прочность, эластичность и др.), пригодных для массового изготовления широкого круга изделий. К каучукам специального назначения относят каучуки с одним или несколькими свойствами, обеспечивающими выполнение специальных требований к изделию и иго работоспособности в часто экстремальных условиях эксплуатации.

Каучуки общего назначения: изопреновые, бутадиеновые, бутадиенстирольные и др.

В технике из каучуков изготовляют шины для автотранспорта, самолётов, велосипедов; каучуки применяют для электроизоляции, а также производства промышленных товаров и медицинских приборов.

1. Натуральный каучук

Каучук существует столько лет, сколько и сама природа. Окаменелые остатки каучуконосных деревьев, которые были найдены, имеют возраст около трёх миллионов лет. Первое знакомство европейцев с натуральным каучуком произошло пять веков назад, а в США вещи из каучука стали популярными в 1830-х годах, резиновые бутылки и обувь, сделанные южноамериканскими индейцами, продавались в больших количествах. В 1839 году Американский изобретатель Чарльз Гудьир (Charles Goodyear) обнаружил, что нагревание каучука с серой устраняет его неблагоприятные свойства. Он положил на печь кусок покрытой каучуком ткани, на которую был нанесён слой серы. Через некоторое время он обнаружил кожеподобный материал — резину. Этот процесс был назван вулканизацией. Открытие резины привело к широкому её применению: к 1919 году было выпущено на рынок уже более 40 000 различных изделий из резины.

Природные каучуконосы

Слово «каучук» происходит от двух слов языка тупи-гуарани: «кау» — дерево, «учу» — течь, плакать. «Каучу» — сок гевеи, первого и самого главного каучуконоса. Европейцы прибавили к этому слову всего одну букву. Среди травянистых растений России есть всем знакомые одуванчик, полынь и молочай, которые тоже содержат млечный сок.

Промышленное значение имеют латексные деревья, которые не только накапливают каучук в большом количестве, но и легко его отдают; из них наиважнейшее — гевея бразильская (Hevea brasiliensis), дающая по разным оценкам от 90 до 96% мирового производства натурального каучука.

Сырой каучук из других растительных источников обычно засорён примесями смол, которые должны быть удалены. Такие сырые каучуки содержат гуттаперчу — продукт некоторых тропических деревьев семейства сапотовых (Sapotaceae).

Каучуконосы лучше всего произрастают не далее 10° от экватора на север и юг. Поэтому эта полоса шириной 1300 километров по обе стороны от экватора известна как «каучуковый пояс». Здесь каучук добывается и поступает для продажи во все страны мира.

Физические и химические свойства натурального каучука

Натуральный каучук — аморфное, способное кристаллизоваться твёрдое тело.

Природный необработанный (сырой) каучук — белый или бесцветный углеводород.

Он не набухает и не растворяется в воде, спирте, ацетоне и ряде других жидкостей. Набухая и, затем, растворяясь в жирных и ароматических углеводородах (бензине, бензоле, эфире и других) и их производных, каучук образует коллоидные растворы, широко используемые в технике.

Натуральный каучук однороден по своей молекулярной структуре, отличается высокими физическими свойствами, а также технологическими, то есть, способностью обрабатываться на оборудовании заводов резиновой промышленности.

Особенно важным и специфическим свойством каучука является его эластичность (упругость) — способность каучука восстанавливать свою первоначальную форму после прекращения действия сил, вызвавших деформацию. Каучук — высокоэластичный продукт, обладает при действии даже малых усилий обратимой деформацией растяжения до 1000%, а у обычных твёрдых тел эта величина не превышает 1%. Эластичность каучука сохраняется в широких температурных пределах, и это является характерным его свойством. Но при долгом хранении каучук твердеет.

При температуре жидкого воздуха –195°C он жёсткий и прозрачный; от 0 ° до 10 °C — хрупкий и уже непрозрачный, а при 20 °C — мягкий, упругий и полупрозрачный. При нагреве свыше 50 °C он становится пластичным и липким; при температуре 80 °C натуральный каучук теряет эластичность; при 120 °C — превращается в смолоподобную жидкость, после застывания которой уже невозможно получить первоначальный продукт. Если поднять температуру до 200—250 °C, то каучук разлагается с образованием ряда газообразных и жидких продуктов.

Каучук — хороший диэлектрик, он имеет низкую водо- и газопроницаемость. Каучук не растворяется в воде, щёлочи и слабых кислотах; в этиловом спирте его растворимость небольшая, а в сероуглероде, хлороформе и бензине он сначала набухает, а уж затем растворяется. Легко окисляется химическими окислителями, медленно — кислородом воздуха. Теплопроводность каучука в 100 раз меньше теплопроводности стали.

Наряду с эластичностью, каучук ещё и пластичен — он сохраняет форму, приобретённую под действием внешних сил. Пластичность каучука, проявляющаяся при нагревании и механической обработке, является одним из отличительных свойств каучука. Так как каучуку присущи эластические и пластические свойства, то его часто называют пласто-эластическим материалом.

При охлаждении или растяжении натурального каучука наблюдается переход его из аморфного в кристаллическое состояние (кристаллизация). Процесс происходит не мгновенно, а во времени. При этом в случае растяжения каучук нагревается за счёт выделяющейся теплоты кристаллизации. Кристаллы каучука очень малы, они лишены чётких граней и определённой геометрической формы.

При температуре около –70 °C каучук полностью теряет эластичность и превращается в стеклообразную массу.

Вообще все каучуки, как и многие полимерные материалы, могут находиться в трёх физических состояниях: стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем. Высокоэластическое состояние для каучука наиболее типично.

Каучук легко вступает в химические реакции с целым рядом веществ: кислородом (O2), водородом (H2), галогенами (Cl2, Br2), серой (S) и другими. Эта высокая реакционная способность каучука объясняется его ненасыщенной химической природой. Особенно хорошо реакции проходят в растворах каучука, в которых каучук находится в виде молекул сравнительно крупных коллоидных частиц.

Почти все химические реакции приводят к изменению физических и химических свойств каучука: растворимости, прочности, эластичности и других. Кислород и, особенно, озон, окисляют каучук уже при комнатной температуре. Внедряясь в сложные и большие молекулы каучука, молекулы кислорода разрывают их на более мелкие, и каучук, деструктурируясь, становится хрупким и теряет свои ценные технические свойства. Процесс окисления лежит также в основе одного из превращений каучука — перехода его из твёрдого в пластичное состояние.

Состав и строение натурального каучука

Натуральный (природный) каучук (НК) представляет собой высокомолекулярный непредельный углеводород, молекулы которого содержат большое количество двойных связей; состав его может быть выражен формулой (C5H8)n (где величина n составляет от 1000 до 3000); он является полимером изопрена.

Природный каучук содержится в млечном соке каучуконосных растений, главным образом, тропических (например, бразильского дерева гевея). Другой природный продукт — гуттаперча — также является полимером изопрена, но с иной конфигурацией молекул.

Длинную молекулу каучука можно было бы наблюдать непосредственно при помощи современных микроскопов, но это не удаётся, так как цепочка слишком тонка: диаметр её, соответствует диаметру одной молекулы. Если макромолекулу каучука растянуть до предела, то она будет иметь вид зигзага, что объясняется характером химических связей между атомами углерода, составляющими скелет молекулы.

Звенья молекулы каучука могут вращаться не беспрепятственно в любом направлении, а ограниченно — только вокруг одинарных связей. Тепловые колебания звеньев заставляют молекулу изгибаться, при этом концы её в спокойном состоянии сближены.

При растяжении каучука концы молекул раздвигаются и молекулы ориентируются по направлению растягивающего усилия. Если устранить усилие, вызвавшее растяжение каучука, то концы его молекул вновь сближаются и образец принимает первоначальную форму и размеры.

Молекулу каучука можно представить себе как круглую, незамкнутую пружину, которую можно сильно растянуть, разведя её концы. Освобождённая пружина вновь принимает прежнее положение. Некоторые исследователи представляют молекулу каучука в виде пружинящей спирали. Качественный анализ показывает, что каучук состоит из двух элементов — углерода и водорода, то есть, относится к классу углеводородов.

Первоначально принятая формула каучука была С₅Н₈, но она слишком проста для такого сложного вещества как каучук. Определение молекулярной массы показывает, что она достигает нескольких сот тысяч (150 000 — 500 000). Каучук, следовательно, природный полимер.

Экспериментально доказано, что в основном макромолекулы натурального каучука состоят из остатков молекул изопрена, а сам натуральный каучук — природный полимер цис-1,4-полиизопрен.

Молекула натурального каучука состоит из нескольких тысяч исходных химических групп (звеньев), соединённых друг с другом и находящихся в непрерывном колебательно-вращательном движении. Такая молекула похожа на спутанный клубок, в котором составляющие его нити местами образуют правильно ориентированные участки.

Основной продукт разложения каучука — углеводород, молекулярная формула которого однозначна с простейшей формулой каучука. Можно считать, что макромолекулы каучука образованы молекулами изопрена. Существуют подобные полимеры, которые не проявляют такой эластичности, какую имеет каучук. Чем же объясняется это его особое свойство?

Молекулы каучука, хотя и имеют линейное строение, не вытянуты в линию, а многократно изогнуты, как бы свёрнуты в клубки. При растягивании каучука такие молекулы распрямляются, образец каучука от этого становится длиннее. При снятии нагрузки, вследствие внутреннего теплового движения, звенья молекулы возвращаются в прежнее свёрнутое состояние, размеры каучука сокращаются. Если же каучук растягивать с достаточно большой силой, то произойдёт не только выпрямление молекул, но и смещение их относительно друг друга — образец каучука может порваться.

2. Синтетический каучук

В России не было известно природных источников для получения натурального каучука, а из других стран каучук к нам не завозился, а что такое синтетический каучук тогда ещ не знали. И вот, 30 декабря 1927 г. 2 кг дивинилового каучука было получено путем полимеризации 1,3-бутадиена под действием натрия. С 1932 г. было начато промышленное производство 1,3-бутадиена, а из 1,3-бутадиена — производство каучука.

Сырьём для синтеза бутадиена служит этиловый спирт. Получение бутадиена основано на реакциях дегидрирования и дегидратации спирта. Эти реакции идут одновременно при пропускании паров спирта над смесью соответствующих катализаторов.Бутадиен очищают от не прореагировавшего этилового спирта, многочисленных побочных продуктов и подвергают полимеризации.

Для того чтобы заставить молекулу мономера соединиться друг с другом, их необходимо предварительно возбудить, то есть привести их в такое состояние, когда они становятся способными, в результате раскрытия двойных связей, к взаимному присоединению. Это требует затраты определённого количества энергии или участия катализатора.

При каталитической полимеризации катализатор не входит в состав образующегося полимера и не расходуется, а выделяется по окончанию реакции в своём первоначальном виде. В качестве катализатора синтеза бутадиенового каучука С. В. Лебедев выбрал металлический натрий, впервые применённый для полимеризации непредельных углеводородов русским химиком А. А. Кракау.

Отличительной особенностью процесса полимеризации является то, что при этом молекулы исходного вещества или веществ соединяются между собой с образованием полимера, не выделяя при этом каких-либо других веществ.

Важнейшие виды синтетического каучука

Вышерассмотренный бутадиеновый каучук (СКБ) бывает двух видов: стереорегулярный и нестереорегулярный. Стереорегулярный бутадиеновый каучук применяют главным образом в производстве шин (которые превосходят шины из натурального каучука по износостойкости), нестереорегулярный бутадиеновый каучук — для производства, например, кислото- и щелочестойкой резины, эбонита.

В настоящее время химическая промышленность производит много различных видов синтетических каучуков, превосходящих по некоторым свойствам натуральный каучук. Кроме полибутадиенового каучука (СКБ), широко применяются сополимерные каучуки — продукты совместной полимеризации (сополимеризации) бутадиена с другими непредельными соединениями, например, со стиролом (СКС) или с акрилонитрилом (СКН). В молекулах этих каучуков звенья бутадиена чередуются со звеньями соответственно стирола и акрилонитрила.

Бутадиен-стирольный каучук отличается повышенной износостойкостью и применяется в производстве автомобильных шин, конвейерных лент, резиновой обуви.

Бутадиен-нитрильные каучуки — бензо- и маслостойкие, и поэтому используются, например, в производстве сальников.

Винилпиридиновые каучуки — продукты сополимеризации диеновых углеводородов с винилпиридином, главным образом бутадиена с 2-метил-5-винилпиридином.

Резины из них масло-, бензо- и морозостойки, хорошо слипаются с различными материалами. Применяются, в основном, в виде латекса для пропитки шинного корда.

В России разработано и внедрено в производство получение синтетического полиизопренового каучука (СКИ), близкого по свойствам к натуральному каучуку. Резины из СКИ отличаются высокой механической прочностью и эластичностью. СКИ служит заменителем натурального каучука в производстве шин, конвейерных лент, резин, обуви, медицинских и спортивных изделий.

Кремнийорганические каучуки, или силоксановые каучуки, применяются в производстве оболочек проводов и кабелей, трубок для переливания крови, протезов (например, искусственных клапанов сердца) и др. Жидкие кремнийорганические каучуки — герметики.

Полиуретановый каучук используется как основа износостойкости резины.

Фторсодержащие каучуки имеют как особенность повышенную термостойкость и поэтому используются главным образом в производстве различных уплотнителей, эксплуатируемых при температурах выше 200 °C.

Хлоропреновые каучуки — полимеры хлоропрена (2-хлор-1,3-бутадиена) — по свойствам сходны с натуральным каучуком, в резинах применяются для повышения атмосферо-, бензо- и маслостойкости.

Находит свое применение вспененный каучук. Вспениванию подвергаются различные виды каучуков. Существует и неорганический синтетический каучук — полифосфонитрилхлорид.

3. Резина

Вулканизация каучука

Натуральные и синтетические каучуки используются преимущественно в виде резины, так как она обладает значительно более высокой прочностью, эластичностью и рядом других ценных свойств. Для получения резины каучук вулканизируют. Многие учёные работали над вулканизацией каучука. Только получив качественную резину, они до конца поняли что такое синтетичесий каучук.

Современная технология резинового производства осуществляется по следующим этапам:

1. Изготовление полуфабрикатов:

-развеска каучуков и ингредиентов;

-прорезинивание тканей, каландрирование, шприцевание;

-раскрой прорезиненных тканей и резиновых листов, сборка изделий из полуфабрикатов.

2. Вулканизация, после которой из сырых резиновых смесей получают готовые резиновые изделия.

Из смеси каучука с серой, наполнителями (особенно важным наполнителем служит сажа) и другими веществами формуют нужные изделия и подвергают их нагреванию. При этих условиях атомы серы присоединяются к двойным связям макромолекул каучука и «сшивают» их, образуя дисульфидные «мостики». В результате образуется гигантская молекула, имеющая три измерения в пространстве — как бы длину, ширину и толщину. Такой каучук (резина) будет, конечно, прочнее невулканизированного.

Меняется и растворимость полимера: каучук, хотя и медленно, растворяется в бензине, резина лишь набухает в нём. Если к каучуку добавить больше серы, чем нужно для образования резины, то при вулканизации линейные молекулы окажутся «сшитыми» в очень многих местах, и материал утратит эластичность, станет твёрдым — получится эбонит. До появления современных пластмасс эбонит считался одним из лучших изоляторов.

Вулканизированный каучук имеет большую прочность и эластичность, а также большую устойчивость к изменению температуры, чем невулканизированный каучук; резина непроницаема для газов, устойчива к царапанию, химическому воздействию, жаре и электричеству, а также показывает высокий коэффициент трения скольжения с сухими поверхностями и низкое — с увлажнёнными.

Ускорители вулканизации улучшают свойства вулканизаторов, сокращают время вулканизации и расход основного сырья, препятствуют перевулканизации. В качестве ускорителей используются неорганические соединения (оксид магния MgO, оксид свинца PbO и другие) и органические: дитиокарбаматы (производные дитиокарбаминовой кислоты), тиурамы (производные диметиламина), ксантогенаты (соли ксантогеновой кислоты) и другие.

Активаторы ускорителей вулканизации облегчают реакции взаимодействия всех компонентов резиновой смеси. В основном, в качестве активаторов применяют оксид цинка ZnO.

Антиокислители (стабилизаторы, противостарители) вводят в резиновую смесь для предупреждения «старения» каучука.

Наполнители — повышают физико-механические свойства резин: прочность, износостойкость, сопротивление истиранию. Они также способствуют увеличению объёма исходного сырья, а, следовательно, сокращают расход каучука и снижают стоимость резины. К наполнителям относятся различные типы саж (технический углерод), минеральные вещества (мел CaCO3, BaSO4, гипс, тальк, кварцевый песок SiO2).

Пластификаторы (смягчители) — вещества, которые улучшают технологические свойства резины, облегчают её обработку (понижают вязкость системы), обеспечивают возможность увеличения содержания наполнителей. Введение пластификаторов повышает динамическую выносливость резины, сопротивление «стиранию». В качестве пластификаторов используются продукты переработки нефти (мазут, гудрон, парафины), вещества растительного происхождения (канифоль), жирные кислоты (стеариновая, олеиновая) и другие.

Прочность и нерастворимость резины в органических растворителях связаны с её строением. Свойства резины определяются и типом исходного сырья. Например, резина из натурального каучука характеризуется хорошей эластичностью, маслостойкостью, износостойкостью, но в то же время мало устойчива к агрессивным средам; резина из каучука СКД имеет даже более высокую износостойкость, чем из НК. Бутадиен-стирольный каучук СКС способствует повышению износостойкости. Изопреновый каучук СКИ определяет эластичность и прочность резины на растяжение, а хлоропреновый — стойкость её к действию кислорода.

В каком из городов выпускают каучук и когда началось его производство? В России первое крупное предприятие-производитель в резиновой промышленности было основано в Петербурге в 1860 году, впоследствии названное «Треугольником» (с 1922 года — «Красный треугольник»). За ним были основаны и другие российские заводы резиновых изделий (РТИ): «Каучук» и «Богатырь» в Москве, «Проводник» в Риге и другие.

Применение резины в промышленных товарах

Каучук имеет огромное народнохозяйственное значение. Чаще всего его используют не в чистом виде, а в виде резины. Резиновые изделия применяют в технике для изоляции проводов, изготовления различных шин, в военной промышленности, в производстве промышленных товаров: обуви, искусственной кожи, прорезиненной одежды, медицинских изделий.

Резина — высокоэластичное, прочное соединение, но менее пластичное, чем каучук. Она представляет собой сложную многокомпонентную систему, состоящую из полимерной основы (каучука) и различных добавок.

Наиболее крупными потребителями резиновых технических изделий являются автомобильная промышленность и сельскохозяйственное машиностроение. Степень насыщенности резиновыми изделиями — один из основных признаков совершенства, надёжности и комфортабельности массовых видов машиностроительной продукции. В составе механизмов и агрегатов, современных автомобиля и трактора имеются сотни наименований и до тысячи штук резиновых деталей, причём одновременно с увеличением производства машин возрастает их резиноёмкость.

Виды резины и их применение

В зависимости от структуры резину делят на непористую (монолитную) и пористую.

Непористую резину изготовляют на основе бутадиенового каучука. Она отличается высоким сопротивлением истиранию. Срок износа подошвенной резины в 2—3 раза превышает срок износа подошвенной кожи. Предел прочности резины при растяжении меньше, чем натуральной кожи, но относительное удлинение при разрыве во много раз превышает удлинение натуральной подошвенной кожи. Резина не пропускает воду и практически в ней не набухает.

Резина уступает коже по морозостойкости и теплопроводности, что снижает теплозащитные свойства обуви. И, наконец, резина является абсолютно воздухо- и паронепроницаемой. Непористая резина бывает подошвенная, кожеподобная, и транспарентная. Обычную непористую резину применяют для изготовления формованных подошв, накладок, каблуков, полукаблуков, набоек и других деталей низа обуви.

Пористые резины применяют в качестве подошв и платформ для весенне-осенней и зимней обуви.

Кожеподобная резина — это резина для низа обуви, изготовленная на основе каучука с высоким содержанием стирола (до 85%). Повышенное содержание стирола придаёт резинам твёрдость, вследствие чего возможно снижение их толщины до 2,5—4,0 мм при сохранении хороших защитных функций. Эксплуатационные свойства кожеподобной резины сходны со свойствами натуральной кожи. Она обладает высокой твёрдостью и пластичностью, что позволяет создавать след обуви любой формы. Кожеподобная резина хорошо окрашивается при отделке обуви. Она имеет высокую износостойкость благодаря хорошему сопротивлению истиранию и устойчивости к многократным изгибам.

Срок носки обуви с подошвой из кожеподобной резины составляет 179—252 дня при отсутствии выкрашивания в носовой части. Недостатком этой резины являются невысокие гигиенические свойства: высокая теплопроводность и отсутствие гигроскопичности и воздухонепроницаемости.

Кожеподобную резину выпускают трёх разновидностей: непористой структуры с плотностью 1,28 г/см3, пористой структуры, имеющую плотность 0,8-0,95 г/см3, и пористой структуры с волокнистым наполнителем, плотность которых не выше 1,15 г/см3. Пористые резины с волокнистыми наполнителями называются «кожволон». Эти резины по внешнему виду сходны с натуральной кожей. Благодаря волокнистому наполнителю повышаются их теплозащитные свойства, они отличаются лёгкостью, эластичностью, хорошим внешним видом. Кожеподобные резины применяют в качестве подошвы и каблука при изготовлении летней и весенне-осенней обуви клеевого метода крепления.

Транспарентная резина — это полупрозрачный материал с высоким содержанием натурального каучука. Отличается высоким сопротивлением истиранию и твёрдостью, по износостойкости превосходит все виды резин. Транспарентные резины выпускают в виде формованных подошв (вместе с каблуками), с глубоким рифлением на ходовой стороне. Разновидностью транспорентной резины является стиронип, который содержит большее количество каучука. Сопротивление многократному изгибу у стиронипа в три с лишним раза выше, чем у обычных непористых резин. Стиронип применяется при изготовлении обуви клеевого метода крепления.

Резина пористой структуры имеет замкнутые поры, объём которых в зависимости от вида резины колеблется от 20 до 80 % её общего объёма. Эти резины имеют ряд преимуществ по сравнению с непористыми резинами: повышенные мягкость, гибкость, высокие амортизационные свойства, упругость. Недостатком пористых резин является способность давать усадку, а также выкрашиваться в носочной части при ударах. Для повышения твёрдости пористых резин в их состав вводят полистирольные смолы.

В настоящее время освоено производство новых видов пористых резин: порокрепа и вулканита. Порокреп отличается красивым цветом, эластичностью, повышенной прочностью. Вулканит — пористая резина с волокнистыми наполнителями, обладающая высокой износостойкостью, хорошей теплозащитностью. Пористые резины применяют в качестве подошв для весенне-осенней и зимней обуви.

Источник