Свойства сталей и сплавов. Натуральный и синтетический каучуки; классификация резин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

Гродненский государственный университет имени Янки Купалы

Контрольная работа

по дисциплине: Материаловедение

Вариант 26

Специальность: 1-370106 Техническая эксплуатация автомобилей

Гродно 2011

СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. Классификация сталей. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами. Маркировка. Области применения
• 1.1 Классификация сталей
• 1.2 Стали и сплавы с особыми физическими свойствами. Маркировка. Области применения
• 2. Натуральный и синтетический каучуки. Классификация резин. Свойства резин. Резины специального назначения
• 2.1 Натуральный и синтетический каучуки
• 2.2 Классификация резин. Свойства резин
• 2.3 Резины специального назначения
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

• ВВЕДЕНИЕ
• Развитие промышленного производства во всех отраслях науки и техники требует повышения качества существующих и создания новых материалов с заранее заданными свойствами. Требования современной промышленности с каждым годом возрастают, что вызывает необходимость создания новых сталей и упрочнения уже имеющихся.
• Производство сталей развивалось особенно быстрыми темпами с 1918 года. Стали должны быть экономически выгодными. Кроме основных требований появилась необходимость в получении новых свойств, таких как химические, магнитные, электрические и др. Стали, у которых одно или несколько свойств развиты в нужном направлении, называют специальными.
• Специальные стали - это сплавы на основе железа, отличающиеся от углеродистых сталей особыми свойствами, обусловленными либо их химическим составом, либо способом производства, либо способом обработки. Любая сталь содержит не только железо и углерод, но и другие элементы, которые делят на примеси и легирующие элементы. Стали обладают высокой прочностью, пластичностью и вязкостью. В соответствии с требованиями их используют для различных изделий.

• 1. Классификация сталей. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами. Маркировка. Области применения
• 1.1 Классификация сталей
• Стали - это сплавы железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,14%. Стали отличаются друг от друга технологией производства, обработкой, структурой, свойствами, назначением.
• Знание принципов, лежащих в основе разработки сталей, их режимов термической обработки позволяет создать новые наиболее экономно-легированные сплавы, обладающие высоким комплексом свойств.
• До настоящего времени нет единой классификации сталей.
• В связи с этим их классифицируют по химическому составу, качеству, степени раскисления, структуре, прочности, назначению.

По химическому составу стали подразделяют, на:

1. углеродистые: малоуглеродистые (содержание углерода составляет до 3%), среднеуглеродистые (0,4-0,6%), высокоуглеродистые (> 0,6%);

2. легированные: низколегированные (содержание легирующих элементов составляет до 3%), среднелегированные (3-10%), высоколегированные (более 10%).

По составу основных легирующих элементов стали бывают никелевые, хромоникелевые, марганцовистые, хромистые и т.д.

По назначению выделяют конструкционные и инструментальные стали.

1. Конструкционные - это стали, применяемые для изготовления различных деталей машин, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве и обладающие определенными физическими, химическими и механическими свойствами. Конструкционные стали подразделяют на строительные, арматурные, машиностроительные и высокопрочные.

2. Инструментальные - это стали, применяемые для обработки материалов резанием или давлением и обладающие высокой твердостью, прочностью, износостойкостью и рядом других свойств.

В зависимости от равновесного состояния стали бывают:

1. доэвтектоидные,

2. эвтектоидные,

3. заэвтектоидные.

По структурным составляющим стали классифицируют, на:

перлитные (углеродистые и низколегированные);

аустенитные (высоколегированные);

мартенситные (легированные и высоколегированные);

ферритные (высоколегированные);

ледебуритные;

бейнитные;

двухфазные:

феррит + аустенит (Ф + А),

феррит + мартенсит (Ф + М),

феррит + перлит (Ф + П),

аустенит + мартенсит (А + М).

По качеству выделяют стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные, особовысококачественные. В соответствии с ГОСТ РБ качество сталей определяется, прежде всего, содержанием примесей серы и фосфора (табл. 1).

Таблица 1

Содержание серы и фосфора в сталях, %

Качество стали	Содержание, не более
	Р	S
Обыкновенного качества	0,040	0,050
Качественная	0,035	0,035
Высококачественная	0,025	0,025
Особовысококачественная	0,025	0,015



Категория обыкновенного качества может относиться только к углеродистым сталям, все остальные категории качества - к любым по степени легирования сталям.

1.2 Стали и сплавы с особыми физическими свойствами. Маркировка. Области применения

К сталям и сплавам с особыми физическими свойствами относятся те, работоспособность которых оценивается не только по механическим, но и по ряду других (теплофизических, магнитных, электрических и др.) свойств требуемого уровня.

Стали и сплавы с особыми физическими свойствами часто называют прецизионными.

Прецизионные сплавы - металлические сплавы с особыми физическими свойствами (магнитными, электрическими, тепловыми, упругими) или редким сочетанием свойств, уровень которых в значительной степени обусловлен точностью химического состава, отсутствием примесей, тщательностью изготовления и обработки.

Стали и сплавы с особыми физическими свойствами имеют очень широкий диапазон использования. Наибольшее распространение получили стали и сплавы:

1. Стали и сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения.

Стали и ставы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения (ГОСТ 10994-74) предназначены для впаивания изделий на их основе в стеклянные и керамические корпуса вакуумных приборов. Химический состав этих сплавов базируются на системе Fe+Ni + Co с небольшим количеством меди. Точный состав каждого сплава устанавливается для конкретного вида стекла или керамики, используемых в изделиях, из условия равенства их температурных коэффициентов линейного расширения.

Особое место в сплавах с заданным температурным коэффициентом линейного расширения занимают сплавы с малым коэффициентом, существенно не меняющимся в высокотемпературной области. Эти сплавы предназначены для изготовления деталей измерительных приборов и технических средств. Промышленное значение имеет сплав инвар на базе железа и никеля (36%) с небольшим (0,05%) количеством углерода. Эти сплавы используют для деталей, впаиваемых в неорганические диэлектрики - стекло, керамику, слюду и др.

В связи с тем, что изделия работают в различных условиях, необходимо знать, какой материал может быть использован для данных условий. Кроме того, правильно подобранный материал будет дольше служить. Сплавы с заданным коэффициентом линейного расширения представлены в таблице 2.

Таблица 2

Характеристики сплавов с заданным ТКЛР и области их применения

Марки стали	Массовая доля элементов, %	Свойства и назначения
	C	Ni	Co	прочих
36Н (Инвар)	Не более 0,05	35-37	-	-	б=1,5*10 град. Для маятников точных часов, нивелированных реек и др. при t=20-80?С.
32НКД	Не более 0,05	31,5-33	3,2-4,2	0,6-0,8(Cu)	б=1*10-6 град-1. Применяют для тех же целей, что Н36 при t= -60-+100?С
35НКТ	Не более 0,05	34-35	5-6	2,2-2,8 (Ti)	б - не нормируется. Для изготовления деталей приборов, которые не должны существенно изменять размеры в интервале температур от +100 до -100?С
38НК	Не более 0,05	37,5-38,5	1,5-2,5	-	б=(3-7)*10-6 град-1. для соединений с различными неорганическими диэлектриками, керамикой.
30НКД	Не более 0,05	29,5-30,5	13-14,2	0,3-0,5 (Cu)	б=(4-7)*10-6 град-1 для вакуумно плотных соединений с высокопрочным стеклом
46Н	Не более 0,05	45,5-46,5	-	-	б=(3-7)*10-6 град-1. Средний ТКЛР. Для вакуумно плотных соединений с сапфиром.
58Н (инвар-стабиль)	Не более 0,05	57-59	-	-	Коэффициент линейного расширения близок к ТКЛР б-стали. Для изготовления штриховых мер для координатно-расточных станков высокой точности.
18ХТФ	0,07	-	-	17-19(Cr) 0,4-0,8 (Ti) 0,25-0,45 (V)	б=(11-11,4)*10-6град-1для изготовления конусов металлостеклянных кинескопов.

2. Стали и сплавы с высоким электросопротивлением (при повышенной жаростойкости);

Стали и сплавы с высоким электросопротивлением (ГОСТ 10994-74) должны сочетать высокое сопротивление (1,06... 1,47 мкОм·м, что более чем в 10 раз выше, чем у низкоуглеродистой стали) и иметь жаростойкость 1000...1350°С. К технологическим свойствам таких сплавов предъявляются требования высокой пластичности, обеспечивающей хорошую деформируемость на прутки, полосу, проволоку и ленты, в том числе малых сечений, а к потребительским - малая величина температурного коэффициента линейного расширения. Для этих сплавов используются системы Fe + Сг + А1, Fe + Ni + Сг и Ni + Сr. Их микроструктура представляет собой твердые растворы с высоким содержанием легирующего элемента. Чем больше в сплавах хрома и алюминия, тем выше их жаростойкость. Количество углерода в сплавах строго ограничивают (0,06...0,12%), так как появление карбидов снижает пластичность и сокращает срок эксплуатации изделий.

Проволоку (ГОСТ 12766.1-90) и ленту (ГОСТ 12766.2-90) для нагревателей изготавливают из прецизионных сплавов. Из сталей Х15Ю5, Х15Н60, Х15Н60-Н изготавливают калиброванные прутки диаметром 8-10 мм, а из сталей Х23Ю5, Х23Ю5Т - прутки теплотянутые для электронагревательных элементов печей, бытовых приборов, элементов сопротивления, работающих в окислительной атмосфере без динамических нагрузок.

Для электронагревателей используют ферритные низкоуглеродистые (< 0,03-0,15% С) сплавы с малым содержанием марганца (0,3-0,7%), легированные Al, Cr (хромали), Ni и Cr (нихромы). В зависимости от химического состава сплавов изменяется температурный интервал их использования. Например: сплавы Cr-Ni работают до температуры 1100-1200^оС, молибденовые нагреватели могут работать до температуры 1500^оС, но в связи с низкой жаростойкостью их эксплуатируют только в вакууме или в среде инертных газов. Нихром Х20Н80 - до 1050^оС, хромаль ОХ23Ю5 - до 1100^оС, фехраль Х13Ю5 - до 900^оС.

В связи с эти материалы делят на три группы:

1. Сплавы с рабочей температурой до 500 ^оС - медные сплавы, легированные Ni и Mn (константан МНМц 40-1,5; манганин МНМц 3-12).

Константан применяется для термопар, т.к. он имеет высокое электрическое сопротивление при 20^оС и малый коэффициент электрического сопротивления. Манганин применяется для резисторов, шунтов, элементов сопротивления теплодатчиков. Его подвергают отжигу в вакууме при температуре 400^оС и отпуску при 25 ^оС для снятия внутренних напряжений.

Можно использовать сплавы на основе Ag, Pd, Au, Pt.

2. Сплавы с рабочей температурой до 1 200^оС на основе Fe и Ni -хромаль Х23Ю5, нихром Х20Н80 (эти материалы дополнительно легируют Аl, который понижает пластичность). Применяют для нагревательных элементов.

3. Сплавы с рабочей температурой более 1 200^оС - МоSi2. Это сплавы на основе тугоплавких металлов (W, Mo, Ta), керамические материалы (силитовые стержни). SiC - полупроводник. Ферритные сплавы малопластичны, поэтому при деформации их необходимо подогревать, а при эксплуатации при высоких температурах за счет роста ферритного зерна они могут охрупчиваться. При температурах 1150-1 200^оС сплавы нередко провисают под собственной тяжестью из-за малого сопротивления ползучести.

3. Магнитные стали и сплавы

Магнитные стали и сплавы классифицируют на магнитно-твердые, магнитно-мягкие и парамагнитные.

Магнитно-твердые стали и сплавы (ГОСТ 17809-72) по своим потребительским свойствам характеризуются высокими коэрцитивной силой и остаточной индукцией и соответственно высокой магнитной энергией (BrHc) max.

По химическому составу промышленные магнитно-твердые стали и сплавы в порядке возрастания их коэрцитивной силы и магнитной энергии представляют собой:

высокоуглеродистые стали (1,2... 1,4%С);

высокоуглеродистые (1%С) сплавы железа с хромом (до 2,8%), легированные кобальтом;

высокоуглеродистые сплавы железа, алюминия, никеля и кобальта, называемые алнико.

Легирующие элементы повышают, главным образом, коэрцитивную силу и магнитную энергию, а также улучшают температурную и механическую стабильности постоянного магнита.

В углеродистых магнитно-твердых сталях необходимые свойства обеспечиваются неравновесной мартенситной структурой с высокой плотностью дефектов. В сплавах железа с хромом (например, ЕХЗ) высокие потребительские свойства обеспечивают магнитная и кристаллографическая текстуры, получаемые в результате термообработки, включающей нормализацию и высокий отпуск или закалку и низкий отпуск. Наиболее высокие свойства (Нс = 500 Э), достигаемые в сплавах алнико, реализуются за счет выделения интерметаллида NiAl и наличия магнитной и кристаллографической текстур. Для сплавов алнико используют при термообработке нагрев до 1300°С с последующим охлаждением со скоростью 0,5...5°С/с в магнитном поле.

Обозначают магнитно-твердые стали индексом "Е", указывая далее буквой с цифрой наличие хрома и его содержание в целых процентах (например, ЕХ2, ЕХЗ, ЕХ7В6, ЕХ5К5, ЕХ9К15М).

Магнитно-твердые стали и сплавы используются для изготовления различного рода постоянных магнитов. В промышленности наиболее широко применяют сплавы типа алнико (ЮНДК15, ЮН14ДК25А, ЮНДК31ТЗБА и др.). Эти сплавы тверды, хрупки и не поддаются деформации, поэтому магниты из них изготовляют литьем. После литья проводят только шлифование.

Магнитно-мягкие стали и сплавы отличаются легкой намагничиваемостью в относительно слабых магнитных полях. Магнитомягкие стали (электротехнические тонколистовые стали) применяют для изготовления якорей и полюсов электротехнических машин, магнитопроводов, статоров и роторов электродвигателей, для силовых трансформаторов и т.д.

Их основными потребительскими свойствами являются высокая магнитная проницаемость, низкая коэрцитивная сила, малые потери на вихревые токи и при перемагничивании. Эти свойства обеспечивает гомогенная (чистый металл или твердый раствор) структура, чистая от примесей. Магнитно-мягкие материалы должны быть полностью рекристаллизованы для устранения внутренних напряжений, так как даже слабый наклеп существенно снижает магнитную проницаемость и повышает коэрцитивную силу. Магнитная проницаемость возрастает при микроструктуре из более крупных зерен.

Различают следующие группы магнитомягких сталей:

1) электротехническая тонколистовая (ГОСТ 3836-83);

2) сортовая (ГОСТ 11036-75);

3) кремнистая (ГОСТ 21427-75).

К электротехническим тонколистовым сталям относят восемь марок: 10895, 20895, 10880, 20880, 10864, 10848, 20848, 20832.

Первая цифра обозначает тип стали - изотропная (1 - горячекатаная, 2 - холоднокатаная); вторая цифра - ноль - содержание кремния, равное 0,3%; третья цифра - восемь - нормируемую характеристику; четвертая и пятая - значение коэрцитивной силы (Нс = 95, 80, 64, 48, 32 А/м). Эти стали подвергают отжигу при температуре 950^оС, охлаждают на воздухе до температуры 600^оС, с выдержкой в течение 10 ч.

К сортовым сталям относят двенадцать марок, которые делят на две группы: для горячей обработки давлением (10895, 10880, 10864, 20895, 20880, 20864); для механической обработки (11895, 11880, 11864, 21895, 21880, 21864). Вторая цифра обозначает коэффициент старения: ноль - не нормируется; единица - Нс < 10%.

Кремнистая сталь бывает трех видов:

горячекатаная изотропная (ГОСТ 21427.3-75);

холоднокатаная изотропная (ГОСТ 21427.2-75);

холоднокатаная с ребровой текстурой (ГОСТ 21427.1-75).

Марки обозначают четырехзначным числом: первая цифра - вид проката; вторая - содержание кремния; третья - группа по нормированной характеристике; четвертая - номер стали в группе. Кремнистые стали подвергают отжигу при 1150^оС в защитной атмосфере, время выдержки 4-6 ч, эти стали склонны к старению при температуре 150^оС.

По химическому составу промышленно применяемые магнитно-мягкие (электротехнические) стали и сплавы делятся на:

низкоуглеродистые (0,05...0,005%С) с содержанием кремния 0,8...4,8%;

сплавы железа с никелем.

В низкоуглеродистых сталях кремний, образуя с a-железом твердый раствор, увеличивает электрическое сопротивление и, следовательно, уменьшает потери на вихревые токи; кроме того кремний повышает магнитную проницаемость, немного снижает коэрцитивную силу и потери на гистерезис вследствие вызываемого им роста зерна, графитизирующего действия и лучшего раскисления сталей. Однако кремний понижает индукцию в сильных магнитных полях и повышает хрупкость, особенно при его содержании 3...4%.

Железоникелевые сплавы с содержанием никеля 36...83%, называемые пермаллои, обладают наиболее высокими потребительскими свойствами. Для улучшения тех или иных характеристик в их состав вводят хром, молибден, медь и др. Величина их магнитной проницаемости превосходит аналогичные показатели для низкоуглеродистых сталей в 15-10³ раз. Пермаллои - легко деформируемые сплавы. Однако деформация значительно ухудшает их первоначальные магнитные характеристики. Для восстановления свойств проводят термообработку по строго разработанному режиму: скорость нагрева (до 900...1000°С), выдержка и скорость охлаждения. Применяют их в аппаратуре, работающей в слабых частотных полях (телефон, радио).

Для электротехнических сталей (ГОСТ 21427-75) принята маркировка, основанная на кодировании. В обозначении марки используют четыре цифры, причем, их значения соответствуют кодам, содержащим следующую информацию:

первый - структура материала (по наличию и степени текстуры) и вид прокатки (горячая или холодная деформация);

второй - химический состав по содержанию кремния;

третий - величины потерь тепловых и на гистерезис;

четвертый - значение нормируемого потребительского свойства.

Электротехнические стали изготавливают в виде рулонов, листов и резаной ленты. Они предназначены для изготовления магнитопроводов постоянного и переменного тока, якорей и полюсов электротехнических машин, роторов, статоров, магнитных цепей трансформаторов и др.

Парамагнитными сталями являются аустенитные стали 12Х18Н10Т, 17Х18Н9, 45Г17Ю, 20Г20, 55Г9Н9ХЗ, 40Г14Н9Ф2 и др. Их химический состав базируется на системе Fe + Cr + Ni -rTi. Основными потребительскими свойствами являются немагнитность и высокая прочность. Необходимая прочность достигается при деформационном и дисперсионном упрочнении изделий. К недостаткам этих сталей и сплавов следует отнести низкий предел текучести (150...350 МПа), что ограничивает область применения только малонагруженными конструкциями.

Парамагнитные стали и сплавы применяют для изготовления немагнитных деталей конструкций в электротехнике, приборостроении, судостроении и специальных областях техники. Повышение износостойкости деталей, работающих в узлах трения достигается азотированием (стали 40Г14Н9Ф2 и др.)

сталь сплав каучук резина



• 2. Натуральный и синтетический каучуки. Классификация резин. Свойства резин. Резины специального назначения

2.1 Натуральный и синтетический каучуки

Натуральный каучук - это эластичный материал растительного происхождения, добываемый из млечного сока гевеи бразильской. Основные виды каучука это смокед-шит, светлый креп и пара-каучук. Натуральный каучук растворяется в бензине, бензоле, хлороформе, сероуглероде. При взаимодействии с кислородом и другими окисляющими реагентами - стареет. При нагревании свыше 200^оС разлагается, при температуре около - 70^оС утрачивает пластичность и становится хрупким.

Большая трудоёмкость получения, относительно низкие качественые показатели натурального каучука и другие причины обусловили производство синтетических каучуков.

Синтетические каучуки (натрий-бутадиеновые, бутадиен-стирольные, изопреновые, бутадиен-нитрильные, хлоропреновые и др.) получают методами полимеризации и поликонденсации.

Впервые технологию получения синтетического натрий-бутадиенового каучука разработал советский ученый С.В. Лебедев. Для получения каучука пары этилового спирта при температуре 400--500° в присутствии катализатора в контактной печи разлагаются с образованием 26--28% бутадиена (дивинила) и других продуктов -- этилена, ацетилена, изобутилена, альдегидов, высших спиртов и др. Бутадиен отделяют от спирта и примесей и подвергают полимеризации с помощью металлического натрия. Полученный в результате полимеризации каучук обрабатывают в вакуум-мешалке (для удаления летучих примесей и придания ему однородности), а затем -- на листовальных или рафинирующих вальцах.

Наиболее распространенным является бутадиен-стирольный каучук, в котором около 30% бутадиена заменено стиролом (бесцветной с острым запахом жидкостью, кипящей при температуре 143°). Этот каучук получают совместной полимеризацией бутадиена и стирола, взятых в соотношении 7:3.

Хлоропреновый каучук получают в результате полимеризации хлоропрена в эмульсии. Промышленностью выпускается два вида хлоропреновых каучуков -- наирит и наирит С.

Наирит -- продукт полимеризации хлоропрена; наирит С получают совместной полимеризацией хлоропрена с небольшим количеством стирола. Стирол в наирите облегчает переработку каучука.

Ассортимент отечественного синтетического каучука в настоящее время весьма большой: он насчитывает более 30 типов и свыше 200 марок. Основными типами синтетических каучуков являются:

СКБ (бутадиеновый, натрий-дивиниловый или дивинильный);

СКС (бутадиен-стирольный, или дивинил-стирольный);

СКИ (изопреновый);

СКЭП (этилен-пропиленовый);

СКФ (фторсодержащий);

Бутилкаучук;

Найрит (хлоропреновый каучук);

СКН (бутадиен-нитрильный);

Полисульфидный (тиокол);

СКТ (теплостойкий);

СКУ (полиуретановый).

Приготовление резиновых смесей. Первичной операцией переработки натурального каучука является вулканизация, в процессе которой образуются поперечные химические связи между молекулярными цепями каучука. Этот процесс может происходить под влиянием химической реакции, световой и тепловой энергии, радиации и др.

Вулканизация может быть горячей и холодной и протекает с присутствием серы как вулканизирующего вещества и ускорителей, активаторов и др. При горячей вулканизации резиновую смесь с серой, окисью цинка и некоторыми другими веществами выдерживают определенное время при температуре 130--170°.

В зависимости от свойств и назначения ингредиенты делятся на вулканизирующие, ускорители вулканизации, активаторы ускорителей, усилители, красители, наполнители, мягчители, противостарители и др.

Наибольшее распространение как вулканизирующее вещество имеет сера.

Ускорители сокращают время вулканизации, уменьшают потребное количество серы, позволяют снизить температуру процесса. При вулканизации они взаимодействуют не только с серой, но и с каучуком.

В качестве ускорителей применяют окись магния и свинца, гидроокись кальция, окись цинка.

Активаторы сокращают время вулканизации и повышают прочность резины.

Наполнители в зависимости от влияния на резиновую смесь разделяют на активные (усилители) и неактивные. Активные наполнители вводят в резиновую смесь как для увеличения ее объема, так и для улучшения свойств резины, неактивные -- только для увеличения объема.

Для придания резине требуемой окраски в смесь вводят органические и неорганические красители, отличающиеся светостойкостью, устойчивостью при вулканизации и большой красящей способностью.

Для облегчения смешения каучука с порошковыми материалами и обработки резиновой смеси в нее вводят в количестве 5--20% мягчители.

Для предохранения от старения в состав резиновых смесей вводят в количестве 0,5--2% от веса каучука противостарители -- вещества, вступающие в химическое взаимодействие с кислородом и предохраняющие этим резину от старения.

Перед смешением с ингредиентами каучук подвергают пластикации, что увеличивает его пластичность и мягкость. Пластикация производится в валковых резиносмесителях или червячных пластикаторах. При этом натуральный каучук благодаря механическому воздействию, нагреву (до 150--200°) и окислению кислородом воздуха становится пластичным и легко смешивается с сыпучими материалами.

Смешение каучука с ингредиентами происходит механическим способом на вальцах или в смесителях. Качество смеси зависит от равномерности распределения ингредиентов в каучуке и соблюдения оптимальных режимов смешения. Увеличение времени смешения оказывает положительное влияние на качество смеси до определенного предела, превышение которого вызывает ухудшение качества смеси.

2.2 Классификация резин. Свойства резин

Основная масса каучуков перерабатывается в резину. Резиной называется продукт специальной обработки смеси каучука и серы с различными добавками, имеющими определённое назначение. Кроме основного компонента (каучука), в состав резины входят (рис. 1) вулканизаторы, или агенты (сера, селен, перкиси), ускорители (оксиды свинца, магния, полисульфиды), противостарители, мягчители или пластификаторы, наполнители активные (сажа, окись цинка) и неактивные (мел, тальк, барит, регенерат), красители и другие составляющие.

Свойства резины зависят, прежде всего, от типа каучука, применяемого для её производства. Резина отличается высокой эластичностью, способностью к большим деформациям, малой сжимаемостью, высокой стойкостью к истиранию, газо- и водонепроницаемостью, химической стойкостью, электроизоляционными свойствами, небольшой плотностью, высокой теплостойкостью.

В настоящее время выпускаются резины общего (на основе натурального каучука, СКБ, СКС и СКИ) и специального назначения, в том числе масло-бензо-стойкие (на основе найрита, СКН и тиокола), термостойкие (на основе СКТ), свето-озоно-стойкие (на основе СКФ, СКЭП), износосойкие (на основе СКН), электротехнические (на основе СКН, найрита).

Рисунок 1. Состав резины

Резиновые технические изделия классифицируются (рис. 3) по строению, технологии изготовления, типу конструкции.

Классификация резин приведена на рисунке 2.

Свойства резин

Резину можно рассматривать как сшитую коллоидную систему, в которой каучук составляет дисперсионную среду, а наполнители - дисперсную фазу. Важнейшее свойство резины - высокая эластичность, т.е. способность к большим обратимым деформациям в широком интервале температур.

Резина сочетает в себе свойства твердых тел (упругость, стабильность формы), жидкостей (аморфность, высокая деформируемость при малом объемном сжатии) и газов (повышение упругости вулканизационных сеток с ростом температуры, энтропийная природа упругости).

Резина - сравнительно мягкий, практически несжимаемый материал. Комплекс ее свойств определяется в первую очередь типом каучука.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2. Классификация резин

Модуль упругости резин различных типов при малых деформациях составляет 1-10 МПа, что на 4-5 порядков ниже, чем для стали; Упругие свойства резины нелинейны и носят резко выраженный релаксационный характер: зависят от режима нагружения, величины, времени, скорости (или частоты), повторности деформаций и температуры. Деформация обратимого растяжения резины может достигать 500-1000%.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3. Классификация резиновых технических изделий

Нижний предел температурного диапазона высокоэластичности резины обусловлен главным образом температурой стеклования каучуков, а для кристаллизующихся каучуков зависит также от температуры и скорости кристаллизации. Верхний температурный предел эксплуатации резины связан с термической стойкостью каучуков и поперечных химических связей, образующихся при вулканизации. Ненаполненные резины на основе некристаллизующихся каучуков имеют низкую прочность. Применение активных наполнителей (высокодисперсных саж, SiO₂ и др.) позволяет на порядок повысить прочностные характеристики резины и достичь уровня показателей резины из кристаллизующихся каучуков. Твердость резины определяется содержанием в ней наполнителей и пластификаторов, а также степенью вулканизации. Плотность резины рассчитывают как средневзвешенное по объему значение плотностей отдельных компонентов. Аналогичным образом могут быть приближенно вычислены (при объемном наполнении менее 30%) теплофизические характеристики резины: коэффициент термического расширения, удельная объемная теплоемкость, коэффициент теплопроводности. Циклическое деформирование резины сопровождается упругим гистерезисом, что обусловливает их хорошие амортизационные свойства.

Резины характеризуются также высокими фрикционными свойствами, износостойкостью, сопротивлением раздиру и утомлению, тепло- и звукоизоляционными свойствами. Они диамагнетики и хорошие диэлектрики, хотя могут быть получены токопроводящие и магнитные резины.

Резины незначительно поглощают воду и ограниченно набухают в органических растворителях. Степень набухания определяется разницей параметров растворимости каучука и растворителя (тем меньше, чем выше эта разность) и степенью поперечного сшивания (величину равновесного набухания обычно используют для определения степени поперечного сшивания). Известны резины, характеризующиеся масло-, бензо-, водо-, паро- и термостойкостью, стойкостью к действию химически агрессивных сред, озона, света, ионизирующих излучений. При длительном хранении и эксплуатации резины подвергаются старению и утомлению, приводящим к ухудшению их механических свойств, снижению прочности и разрушению. Срок службы резины в зависимости от условий эксплуатации от нескольких дней до нескольких десятков лет.



2.3 Резины специального назначения

Специальные резины подразделяют на несколько видов: маслобензостойкие, теплостойкие, светоозоностойкие, износостойкие, электротехнические, стойкие к гидравлическим жидкостям.

Маслобензостойкие резины получают на основе каучуков хлоропренового (наирит), СКН и тиокола.

Наирит является отечественным хлоропреновым каучуком. Хлоропрену соответствует формула

СН2==ССI--СН=СН2

Вулканизация может проводиться 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 масел, хорошо сопротивляются тепловому старению. Электроизоляционные свойства резины на основе полярного наирита ниже, чем у резины на основе неполярных каучуков. СКН -- бутадиеннитрильный каучук -- продукт совместной полимеризации бутадиена с нитрилом акриловой кислоты;

--СН2--СН =СН--СН2--СН2--СНСN--

В зависимости от состава каучук выпускают следующих марок;

СКН-18, СКН-26, СКН-40. Присутствие в молекулах каучука группы СN сообщает ему полярные свойства. Чем выше полярность каучука, тем выше его механические и химические свойства и тем ниже морозостойкость. Резины на основе СКН, хорошо сопротивляются истиранию, могут работать в среде бензина, топлива, масел в интервале температур от -30 до 130°С. Резины на основе СКН применяют для производства ремней, конвейерных лент, и т. п.

Полисульфидный каучук, или тиокол, образуется при взаимодействии галоидопроизводных углеводородов с многосернистыми соединениями щелочных металлов:

...--СН2--СН2--S2--S2-- ...

Тиокол вулканизуется перекисями. Присутствие в основной цепи макромолекулы серы придает каучуку полярность, вследствие чего он становится устойчивым к топливу и маслам, к действию кислорода, озона, солнечного света. Механические свойства резины на основе тиокола невысокие. Эластичность резин сохраняется при температуре от --40 до --60°С. Теплостойкость не превышает 60--70°С. Тиоколы новых марок

работают при температуре до 130°С.

Акрилатные каучуки -- сополимеры эфиров акриловой (или метакриловой) кислоты с акрилонитрилом и другими полярными мономерами -- можно отнести к маслобензостойким каучукам. Каучуки выпускают марок БАК-12, БАКХ-7, ЭАХ. Достоинством акрилатных резин является стойкость к действию серосодержащих масел при высоких температурах; их широко применяют в автомобилестроении.

Недостатками БАК являются малая эластичность, низкая морозостойкость, невысокая стойкость к воздействию, горячей воды и пара.

Теплостойкие резины получают на основе каучука СКТ.

СКТ -- синтетический каучук теплостойкий, представляет собой кремнийорганическое (полисилоксановое) соединение с химической формулой

-- Si(СНз)2 -- O -- Si(СНз)2 -- ...

Каучук вулканизуется перекисями и требует введения усиливающих наполнителей (белая сажа). Присутствие в основной молекулярной цепи прочной силоксановой связи придает каучуку высокую теплостойкость.

Диапазон рабочих температур СКТ составляет от --60 до 250 °С. Низкая адгезия, присущая кремнийорганнческим соединениям, делает СКТ водостойким и гидрофобным. В растворителях и маслах он набухает, имеет низкую механическую прочность, высокую газопроницаемость, плохо сопротивляется истиранию.

Каучук с винильной группой (СКТВ) устойчив к тепловому старению и обладает меньшей текучестью при сжатии, температура эксплуатации от --55 до 300°С. Вводя фенильную группу (С6Н5), получают каучук (СКТФВ), обладающий повышенной морозостойкостью (от --80 до --100°С) и сопротивляемостью к действию радиации.

Морозостойкими являются резины на основе каучуков, имеющих низкие 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 каучуков -- фторсодержащих (СКФ), этиленпропиленовых (СКЭП), бутилкаучука.

Фторсодержащие каучуки получают сополимеризацией ненасыщенных фторированных углеводородов.

Отечественные фторкаучуки выпускают под марками СКФ-32, СКФ-26; Каучуки устойчивы к тепловому старению, воздействию масел, топлива, различных растворителей, негорючи. Вулканизованные резины обладают высоким сопротивлением истиранию. Теплостойкость длительная (до 300°С). Недостатками является малая стойкость к большинству тормозных жидкостей и низкая эластичность. Резины из фторкаучуков широко применяют в авто- и авиапромышленности.

СКЭП -- сополимер этилена с пропиленом -- представляет собой белую каучукообразную массу, которая обладает высокой прочностью и эластичностью, очень устойчива к тепловому старению, имеет хорошие диэлектрические свойства.

Резины на основе фторкаучуков и этиленпропилена стойки к действию сильных окислителей (HNOз, Н2О2 и др.), применяются для уплотнительных изделий, диафрагм, гибких шлангов и т.д., не разрушаются при работе в атмосферных условиях в течение нескольких лет.

Хлорсульфополиэтилен (ХСПЭ) является насыщенным полимером. Его вулканизация основана на взаимодействии с группами SО2Сl и Сl. Вулканизаты ХСПЭ имеют высокую прочность (=26 МПа). Применяют эти резины как конструкционный и защитный материал (противокоррозионные, не обрастающие в морской воде водорослями и микроорганизмами покрытия, для защиты от воздействия -излучения).

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

В бутилкаучуке мало ненасыщенных связей, вследствие чего он обладает стойкостью к кислороду, озону и другим химическим реагентам. Каучук обладает высоким сопротивлением истиранию и высокими диэлектрическими характеристиками. 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.

Полиуретановыв 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. Уретановые резины стойки к воздействию радиации. 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, СКБ; СКС, СКТ и v = 10 бутилкаучука.

Электропроводящие резины для экранированных кабелей получают из каучуков НК, СКН, наирита, особенно из полярного каучука СКН-26 с введением в их состав v = 10углеродной сажи и графита (65--70%).

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 1--4%. Для кремнийорганических жидкостей применимы неполярные резины на основе каучуков НК, СКМС-10 и др.



Заключение

Свойства стали и сплавов зависят от их химического состава, состояния и структуры. Сталь и сплавы с особыми свойствами находят широкое применение в машиностроении, приборостроении, химической и электротехнической промышленности и играют важную роль в современной технике.

Резина как технический материал отличается от других материалов высокими эластическими свойствами, которые присущи каучуку -- главному исходному компоненту резины. Она способна к очень большим деформациям (относительное удлинение достигает 1000%), которые почти полностью обратимы.

Основой всякой резины служит каучук натуральный (НК) или синтетический (СК), который и определяет основные свойства резинового материала. Для улучшения физико-механических свойств каучуков вводятся различные добавки (ингредиенты).



Список литературы

1. Н.В. Белозеров “Технология резины”, 1979, Москва, “Химия”

2. Гуляев А.П. Металловедение. - 6-е изд. - М: Металлургия, 1986.

3. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. - М.: Металлургия, 1975.

4.Ковалева А.А. Специальные стали и сплавы. Сибирь, 2005.

Размещено на Allbest.ru