Книга. руководство по материалам электротехники ч.6

Резина как продукт вулканизации каучука

Техническая резина – это композиционный материал, содержащий в своем составе до 20 компонентов, обеспечивающих различные свойства этого материала. Резину получают путем вулканизации каучука. Как отмечалось выше, в процессе вулканизации происходит образование макромолекул, обеспечивающие эксплуатационные свойства резины, так обеспечивается высокая прочность резины.

Главное отличие резины от множества других материалов тем, что она обладает способностью к эластичным деформациям, которые могут происходить при разных температурах, начиная от комнатной и заканчивая куда более низкими. Резина значительно превышает каучук по ряду характеристик, например, ее отличает эластичность и прочность, стойкость к температурным перепадам, воздействию агрессивных сред и многое другое.

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.

Типы резины

Сегодня выпускаются различные виды резины. Все синтетические каучуки в целом делятся на:

Резины общего назначения. Используется в массовом производстве таких изделий, как шины, конвейерные ленты, резиновые сапоги и т.д., где используются эластичные свойства резины:

1. Бутадиен (SKD; SKB)
2. Изопрен (SKI)
3. Хлоропрен (Наирит)
4. Стирол-бутадиен (CKC, CKMC)
5. Этилен-пропилен (SKEP, SKEPPT)
6. Бутилкаучук (БК) и т.д.

Специальные резиныОни используются для производства изделий, которые не только эластичны, но и устойчивы к различным агрессивным средам, жаро- и морозостойки и обладают другими уникальными свойствами. Синтетический:

1. Нитрил-бутадиен (NBR)
2. Полисульфид (Тикол)
3. Органический кремний (CKT)
4. Уретан (SKU)
5. Фторированный (SCF)
6. Винилпиридин, метилвинилпиридин (MBP) и др.

Сравнительные свойства и области применения каучуков приведены в таблице ниже. Некоторые из каучуков описаны в разделе Свойства и получение алкадиена:

Виды и применение резин:

Важные свойства резины включают:

Стеклотекстолит

Разновидность текстолита, в которой используется стеклоткань и чаще всего эпоксидная смола. Обычно светло желтого цвета. Широко распространенный композиционный материал, сочетает в себе легкость, прочность, упругость, не гниет, трудногорюч.

В виде листов — основной материал печатных плат, имеет за рубежом название FR-4. Достаточно прочный и стабильный для изготовления многослойных печатных плат. Вне формы листов часто имеет в назвнии слово fiberglass — стеклопластик.(Дословно fiberglass — «стекловолокно», но часто подразумевается именно пластик со стекловолокном.)

Применение

Область применения эбонита довольно большая. Основное направление – это диэлектрик. Под диэлектриком понимается вещество, которое не проводит через себя электрический ток. Именно за это свойство сырье выбирают в качестве основного для разделения полей батарей, аккумуляторов и прочих энергетических емкостей.

Говоря о последнем, не стоит забывать о еще одном свойстве. Речь идет о химической устойчивости, благодаря чему электролит, энергоэффективные кислоты, а также другие вещества нестрашны для эбонита. Он подвергается только воздействию нефтепродуктов, которые не применяются на этапе производства.

Твердость материала, которая приравнивается к прочности слоновой кости, позволяет применять изделия из него на этапе производства электротехнических установок. Главная особенность заключается в том, что положительная температура важна для эксплуатации. При отрицательной температуре проявляется такое свойство, как хрупкость, что может привести к выходу детали из строя.

Таким образом, можно сделать заключение, что эбонит применяется в сфере производства сувениров, в медицинской сфере деятельности, а также в радиотехнике и промышленности. Этому способствует безграничная возможность обработки, что касается палочек и листового материала. Со временем, благодаря активному внедрению пластмассы на рынок, эбонит стал менее актуален.

На фото трубка из эбонита

Резина

Эластичный материал, получаемый вулканизацией каучука. Вообще часто резиной называют любой эластичный материал, не акцентируя на разницу в составе, хотя силиконовая резина от изопреновой отличается довольно сильно.

До изобретения вулканизации природный каучук был специфическим материалом — липким на жаре, ломким на холоде, непрочным. Открытие вулканизации Гудиером
позволило лишить резину природных недостатков. Если в исходное сырьё ввести 1–2% серы, то при нагревании между молекулами каучука образуются мостики через атомы серы, в результате чего резина становится упругой, эластичной. Если ввести много серы (30%), то мостиков будет так много, что резина станет твёрдой, получится материал под названием эбонит. Регулируя степень вулканизации можно регулировать свойства материала в широких пределах.

Удивительно, до сих пор около 40% рынка резинового сырья занимает натуральный каучук, и большая часть натурального сырья идет на производство покрышек.

Кабель в резиновой изоляции, поликлиновой приводной ремень, уплотнительные кольца — изделия из резины.

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.

Основные виды

Разновидность эбонита кроется в его конструктивных особенностях. Например, чаще всего эбонит выпускается в вытянутой форме, в виде трубок и стержней, что удобно применять в качестве заготовок для производства изделий с областью применения в электротехнике. Верхний ценовой диапазон занимает очищенная форма, которая состоит только из серы и каучука, в соотношении 35 на 65.

Неочищенный эбонит включает в свой состав сажу, которая придает насыщенный черный цвет. Содержание сажи обычно не превышает 5 процентов. Превышая предел сажи в составе, производитель экономит на стоимости и снижает диэлектрические свойства.

По форме, можно выделить следующие разновидности:

Пластина. Эти типы изделий поставляются под специфичное производство, а именно для батарей и аккумуляторов

Именно здесь важно разделить полярность. Изготовленная пластина устанавливается на положительно заряженный полюс аккумулятора

Листовой материал. В основе этих изделий может лежать как натуральный, так и синтетический каучук. Из листов производят корпуса баков, предназначенных для аккумуляторов и сдерживания химически агрессивных сред.

Стержень. Эта форма самая привычная. Мы с детства, с уроков физики, помним палочки, которые электризовали о шерсть или волосы, после чего наблюдали прилипание листов бумаги. Стержень прост в обработке, удобен в качестве заготовки для дальнейшего производства. Единственный минус – хрупкость.

Технические характеристики

Одним из критических свойств эбонита является хрупкость. Небольшое падение может привести к полному или частичному разрушению формы. Поэтому на этапе производства изделий из этого сырья, нужно быть осторожным.

Способ обработки почти всегда механический, но в зависимости от задачи, эбонит может нагреваться или обрабатываться холодным. Температурный нагрев может быть разным, например, при величине в 60-80 градусов по Цельсию сырье размягчается, что позволяет придавать ему различную форму.

Материал гигроскопичен, поэтому не боится воды, но достаточно критично относится к солнечному излучению. Последнее приводит к окислению, что в свою очередь, разрушает изделие. В зависимости от концентрации серы, изделие может быть черного цвета или иметь сероватый оттенок.

К техническим характеристикам можно отнести диэлектрические свойства, что определяет важнейшую степень защиты от поражения током. Стойкость к воздействию кислот определяет то, что эбонит применяется для производства аккумуляторов и батареек. Он служит в качестве диэлектрика между пластинами конденсаторов.

Несмотря на то, что материал не впитывает влагу на воздухе, он критично относится к воздействию нефтепродуктов, например, таких как масло и бензин. Он набухает в нефтепродуктах. Аналогичное влияние оказывает сероуглерод. Эбонит и резина схожи по плотности.

Окисление – вот еще одно из свойств материала. На практике, это происходит под действием ультрафиолета. При этом материал светлеет, после чего приобретает зеленоватый оттенок. Практика показывает, что при окислении на 5-10 процентов снижаются диэлектрические свойства эбонита.

Отличия устойчивости к температуре и влажности

Устойчивость эбонита к температуре

Эбонит — это терморезистентный материал, устойчивый к высоким температурам. Это свойство делает его идеальным для использования в условиях повышенной тепловой нагрузки, таких как производство автомобильных деталей и инструментов для обработки металла. Благодаря своей высокой термостойкости, эбонит сохраняет свои механические свойства и габаритные размеры при повышенных температурах.

Устойчивость эбонита к влажности

Однако, устойчивость эбонита к влаге оставляет желать лучшего. Эбонит не рекомендуется использовать в условиях высокой влажности, так как он может начать поглощать воду, что приводит к изменению его габаритных размеров и механических свойств. Материал может также начать разрушаться при длительном контакте с водой или при использовании в условиях высокой влажности.

Устойчивость резины к температуре

В отличие от эбонита, резина не является терморезистентным материалом, и она склонна к изменению своих механических свойств при изменении температуры. При эксплуатации при высоких температурах, резина может стать более мягкой и менее прочной, что может привести к ее повреждению или поломке. Однако, также существуют резины, специально разработанные для работы при высоких температурах, которые обладают высокой термостойкостью.

Устойчивость резины к влажности

Резина обладает гораздо бóльшей устойчивостью к влаге, чем эбонит. Она не поглощает воду и не изменяет своих механических свойств при использовании в условиях высокой влажности. Кроме того, некоторые виды резины могут защищать от коррозии и обладать высокой водонепроницаемостью, что делает их идеальными для использования в производстве изделий, контактирующих с водой.

Белый цвет + белый цвет

Белый цвет в интерьере применяется повсеместно. Причина этого явления состоит в способности подобного дизайна передать ощущение душевной чистоты и расширить визуальное пространство любого помещения. Давайте более подробно разберём свойство этого приёма на конкретном примере.

Свет и блеск – основные стилистические составляющие дизайна этой ванной комнаты

Динамика сияния всех используемых элементов, которые с первых секунд завораживают и притягивают внимание, основана на чередовании материалов с различной текстурой поверхности

Матовые, зеркальные или хромированные – все это описания предметов, которые составляют образ представленного внутреннего убранства. Поэтому неудивительно, что каждый человек, оказывающийся в подобном помещении, чувствует себя довольно комфортно, не боясь при этом поскользнуться или случайно испачкать что-нибудь из окружающей идиллии.

Любой свет, попадающий сюда, многократно отражается от белой поверхности, создавая иллюзию огромного пространства. Кстати, подобный прием, хорошо подойдёт тем, для кого такая тема как интерьер маленькой ванной стала настоящим наказанием.

Любой элемент дизайна этой ванной комнаты, несмотря на определённые отличия в оформлении, в принципе нейтрален и не заостряет на себе лишнего внимания.

Такой фон, полученный в результате применения исключительно белых компонентов, является идеальным для небольших цветовых акцентов. Красный цветок, расположенный на полке, в данном случае подобен взрыву, который полностью меняет представление о сформированном образе.

То есть, вы всегда сможете менять направление дизайна с помощью небольших дополнений, роль которых могут играть не только цветы, но и различные аксессуары, а также яркий декор.

Причина визуального эффекта. Белый цвет является классикой. Кроме того он отлично подчёркивает красоту более ярких элементов.

ГДЗ (ответы) Химия 10 класс Попель П.П., Крикля Л.С. 2018 §33 Каучуки. Резина

Упражнение 240 Охарактеризуйте свойства каучука. Высокая эластичность, водонепроницаемость, износоустойчивость, хорошие электроизоляционные свойства.

Упражнение 241 В чем заключается процесс вулканизации? Процесс вулканизации заключается в «сшивании» макромолекул каучука мостиками из атомов Сульфура по месту разрыва двойных связей с образованием полимера пространственного строения, который делает материал более прочным и эластичным, устойчивым к действию растворителей.

Упражнение 242 Чем различаются каучук и резина, резина и эбонит?

Каучуки служат сырьем для выработки резины и образования эбонита, то есть каучук является веществом, а резина и эбонит – материалами. Каучуки растворяются в органических растворителях с образованием коллоидного раствора, а резина набухает, то есть обладает способностью поглощать органический растворитель. Эбонит по сравнению с резиной имеет большую твердость и прочность

Упражнение 243 Назовите сферы использования каучуков. Промышленность, техника, транспорт, медицина, быт

Упражнение 244 По материалам из интернета подготовьте сообщения:

а) о происхождении названия «каучук»;

Название каучу происходит от слияния двух слов каа – дерево и о чу – течь, поэтому термин « каучук » , весьма удачно отражает его происхождение

б) об истории открытия резины;

В 1839 году американский изобретатель, открыл способ вулканизации каучука. Это открытие прославило его, однако не способствовало улучшению материального положения. За долги Ч.Гудиера многократно приговаривали к заключению. Газеты писали о нем; «Если вы увидите человека в обуви, пальто и шляпе из резины, но без гроша в кармане, знайте: перед вами – Чарльз Гудиер». Впрочем, в 1898 году была основана компания «Goodyear Tire», продукция которой до сих пор сохраняет статус бренда в производстве автомобильных шин

Упражнение 245 Назовите несколько синтетических каучуков и запишите их химические формулы.

Упражнение 246 Составьте схему реакции полимеризации с образованием хлоропренового каучука.

Упражнение 247 Вычислите массовую долю Хлора в хлоропреновом каучуке.

Применение

Натуральные и очень дорогостоящие материалы типа панцирей черепах, бивней слонов, рогов, копыт, клыков с начала ХХ века стали заменять эбонитами. Из них стали производить поделки и сувениры. Шахматы, гребешки, мундштуки для трубок, подставки, ручки, держатели для денег из эбонита выглядели не хуже своих аналогов из натуральных материалов. В современном мире этот уникальный каучук используется:

• в электромеханике (как электроизолятор);
• в фармацевтике (как кислотостойкий);
• в народном хозяйстве (производство сувениров, поделок, шаров для бильярда);
• в медицине (электротерапия, рефлексотерапия).

Чудесами знаменита палочка из эбонита

Эбонит используется в нетрадиционной медицине издревле. Он является материалом, получаемым путем вулканизации синтетического или натурального каучука. Треть его состава – сера. Полученній материал обладает черным либо темно-бурым окрасом, он не поддается воздействию кислот и щелочей, не выделяет газов и не пропускает воду. Этот продукт выпускается в виде дисков, пластин и трубок.

Кроме высоко-вулканизированного каучука и серы, в качестве наполнителей в эбонит входят: эбонитовая пыль, инфузорная земля, тальк, белая сажа, пемза. Для окраски в черный цвет в состав добавляется небольшое количество черной сажи. Для изготовления различных изделий используется очищенный каучук. В ценных сортах эбонита содержится исключительно каучук и сера.

Ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме эбонита .

1. ^ Hartgummi (эбонит) (на немецком языке)
2. ^ eboDUST Эбонит / Пыль твердой резины
3. ↑ Merriam-Webster (2002) , «вулканит» , Третий новый международный словарь Вебстера, без сокращений , Спрингфилд, Массачусетс, США: Merriam-Webster.
4. ^ Сеймур, Раймонд Бенедикт; Дининг, Рудольф Д. (1987). История полимерных композитов . ВСП. п. 374.
5. ^ «Виртуальная библиотека ICE» . www.icevirtuallibrary.com . Институт инженеров-строителей. DOI10.1680 / imotp.1912.16587 . Проверено 12 февраля 2019 .
6. ^ «Уход за предметами из резины и пластика — CCI Notes 15/1» . CCI Notes Series 15 (Современные материалы и промышленные коллекции) . Канадский институт охраны природы. Архивировано из оригинального 10 сентября 2015 года . Проверено 28 августа 2015 года .
7. ^ «Шары для боулинга: подробный обзор» . Боулинг в этом месяце . Проверено 29 августа 2015 года .
8. ^ Самый простой способ распознать расческу из твердой резины — энергично потереть часть ее поверхности и сразу же почувствовать запах расчески. Запах твердой резины, возникающий из-за серы в эбоните, обычно можно обнаружить временно. Такой же эффект часто можно получить, пропустив расческу под горячей водой из-под крана.
9. ^ Таблица химической стойкости эбонита и других материалов

Авторитетный контроль

Применение эбонита и резины в производстве: области применения, особенности и преимущества

Эбонит:

Эбонит, благодаря своим уникальным характеристикам, широко используется в промышленности. Он является идеальным материалом для изготовления электроизоляционных изделий, так как обладает высокой термостойкостью и хорошей износостойкостью.

Эбонит применяется в производстве насосов, клапанов и других механизмов, для которых требуется высокая износостойкость и стойкость к агрессивным средам. Также, благодаря своей плотности, эбонит применяется для изготовления грузоподъемных блоков, шестеренок, крепежных деталей и других изделий.

Преимущества эбонита включают в себя его устойчивость к агрессивным средам, отличную термостойкость и износостойкость, а также высокую прочность.

Резина:

Резина является одним из самых популярных материалов в промышленности. Она широко используется в производстве шин, ремней, уплотнительных кольцев и других изделий, где требуется хорошая гибкость и эластичность.

В производстве автомобильных шин, резина является главным компонентом, что обуславливает ее высокое потребление. Резина также может использоваться в качестве амортизирующего материала, используемого в специализированном оборудовании, таком как натяжные устройства для бумаги или кабеля.

АППАРАТУРА

Дюрометры
Шора типов А и D. В конструкции дюрометров входят следующие части:

4.1.
Опорная поверхность с отверстием диаметром от 2,5 до 3,5 мм, центр которого
находится на расстоянии не менее 6 мм от любого края опоры.

4.2.
Индентор в виде закаленного стального стержня диаметром 1,10 — 1,40 мм, форма и
размеры которого для дюрометров типа А показаны на черт. 1, а для дюрометров типа D — на черт. 2.

Черт. 1

Черт.
2

4.3.
Индикаторное устройство, показывающее степень выдвижения кончика индентора за
пределы опорной поверхности. Степень выдвижения может быть измерена
непосредственно в условных единицах в диапазоне от 0, для полного выдвижения
кончика индентора, равного 2,50 + 0,04 мм, до 100 при отсутствии какого-либо
выдвижения вообще, что происходит, например, в том случае, когда опорную
поверхность индентора плотно прижимают к стеклянной пластинке.

Примечание. Устройство может иметь
приспособление, показывающее первоначальную глубину вдавливания индентора в
момент приложения нагрузки, чтобы обеспечить максимальное показание при
использовании непрерывной записи (если требуется) (см. п. 8.1).

4.4.
Калиброванная пружина для приложения к индентору силы, рассчитанной согласно
одной из приведенных ниже формул:

а) F = 550 ± 75Н_А,

где F — прилагаемая
сила, мН;

Н_А — твердость, определенная
по дюрометру типа А;

б) F = 445Н_D,

где F — прилагаемая
сила, мН;

h_D — твердость, определенная по дюрометру типа D (см.
приложение).

История происхождения

История асбестовой ткани начинается еще со времен Древнего Египта и Древней Греции. Тогда ее сравнивали с гнилой древесной корой, которая не подвергалась сгоранию, но и сохраняла в любых условиях прежние свойства – относительную мягкость, податливость, прочность и т.д.

Началось использование асбестового полотна с бытовых целей. Сначала из него делали скатерти, которые, вместо того, чтобы вытирать или мыть, просто бросали в огонь, а потом доставали чистыми и невредимыми. Затем материал стал использоваться при производстве женских головных уборов, полотенец, перчаток и других аксессуаров.

Спустя несколько сотен лет из асбестовой ткани начали делать обмундирование для рыцарей, используя ее огнеупорные свойства. С тех пор материал получил распространение больше как промышленная ткань, чем бытовая.

ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ

5.1.
Толщина образца для испытания должна быть не менее 6 мм. Для достижения
необходимой толщины образец для испытаний может состоять из нескольких тонких
слоев, но результаты испытаний, полученные с такими образцами, могут не
согласовываться с результатами испытаний цельных образцов, так как поверхности
таких слоев иногда не полностью соприкасаются друг с другом.

5.2.
Размеры образцов должны позволять проводить испытание на расстоянии не менее 12
мм от любого края, если только заранее не будет известно, что при испытаниях на
меньшем расстоянии от края достигаются идентичные результаты. Поверхность
образца в месте контакта с опорной поверхностью на площади радиусом не менее 6
мм от кончика индентора должна быть очень ровной. На кривых, неровных или
шероховатых поверхностях нельзя получить удовлетворительные результаты
измерения твердости с помощью дюрометра.

Число
образцов и их толщину указывают в нормативно-технической документации на
материал. Образцы должны иметь ровную поверхность без раковин, вздутий, трещин
и вмятин.