Резиновые изделия просты в применении, практичны и практически неотделимы от нашей повседневной жизни. Они используются в быту и на производстве. Но мы редко задумываемся о том, из чего и как изготавливают резину. Сегодня проведем виртуальную экскурсию на резиновое производство и по этапам рассмотрим всю цепочку изготовления резины – от сбора сырья до выпуска готовых изделий и даже затронем вопрос вторичной переработки.
Что такое резина: фактическая и историческая справка
Интересно, что слово «резина» имеет латинские корни и обозначает смолу. Скорее всего, это из-за схожих свойств: текучего и эластичного состояния при нагреве и твердого – после застывания. А может быть истоки названия уходят в историю: ведь первая резина появилась, действительно, не без участия сока растений – не смолы в чистом виде, но все же.
Жила себе спокойно Европа вплоть до XV века без резины – ездили на деревянных колесах, знали только несколько материалов для строительства и бытовых вещей. Но после открытия Колумбом Америки в 1492 году в ученые умы попала новая мысль: использование латекса и каучука для изготовления эластичных, водонепроницаемых изделий. Идею эту привез сам мореплаватель. Колумб подсмотрел за индейцами и за тем, как они используют латекс.
А коренные американцы добывали латекс из молочка растений, например, из белого сока одуванчиков или дерева гевея. Это молочко при определенных воздействиях преобразовывалось в эластичную кашицу, из которой индейцы делали что-то наподобие чулков, мячей, посуды. Этим составом они герметизировали днище своих пирог, закрывали прорехи в лодках. Кстати, именно индейцы придумали современное название каучука. Сок гевеи они называли «кауучу» от «кау» – дерево, «учу» – плакать, течь.
По сути у них был еще не столько каучук, сколько натуральный латекс – самое начальное сырье. Латекс – это эмульсионный раствор полимеров в воде. Если латекс долго держать на солнце, часть влаги испарится, останется больше клейких и эластичных полимеров, получится что-то вроде клея.
Колумб привез полученную информацию в Европу, и… ничего не произошло. Открытие не вызвало бурный рост промышленности. Понадобилось полтора века на то, чтобы каучук получил официальную огласку.
В 1738 году француз Шарль Мари де ля Кондамин привез образцы каучука из Южной Америки. Так как материал быстро застывал, использовали его исключительно как ластик для бумаги, больше не для чего он не годился. Но зато начались исследования.
В 1823 году англичанин Чарльз Макинтош растворил каучук в керосине и создал водоотталкивающую пропитку для обуви и одежды. Появились плащи-макинтоши, галоши и прорезиненные непромокаемые сумки.Только они сильно твердели при низких температурах, чем вызывали недовольства англичан.
В 1839 году Чарльз Гудьир решил эту проблему, добавив в каучук серу и нагрев смесь. Метод получения эластичной резины в дальнейшем получил название вулканизация, он используется до сих пор. Хотя патент на вулканизацию получил не он, а Томас Хэнкок, проводивший похожие опыты.
С момента появления резины состав смеси часто менялся и пересматривался. В него начали добавлять различные компоненты, улучшающие свойства материала. А сама резина начала свой долгий путь индустриализации.
Этапы изготовления резины
Производство резины – многоступенчатый процесс. Рассмотрим подробно основные этапы работы.
Этап №1: Подготовка сырья
Основой для резины является натуральный и синтетический каучук. Натуральный каучук создается из латекса. Производится полимеризация изопрена, добытого из млечного сока тропических растений. При полимеризации смесь получает прочную молекулярную структуру с длинными цепочками. Это гарантирует прочность и эластичность каучука. Натуральное сырье лучше, но его поставки ограничены. Поэтому появилась необходимость создания продукта не из природного латекса, а из аналога.
Синтетический каучук чаще всего производят из нефтепродуктов: бутадиена-1,3 и стерина. Такое сырье высокого качества, достаточно недорогое. Его единственный недостаток – оно менее экологично, чем натуральный латекс. Самый популярный синтетический каучук – изопреновый, он ближе всего по свойствам к натуральному сырью.
На производстве в каучук добавляют:
- Вулканизирующие агенты, например, серу, оксиды некоторых металлов. Их задача – сформировать перекрещенные прочные связи между молекулами во время полимеризации.
- Активаторы и ускорители вулканизации, например, цинковые белила или жженая магнезия. Эти вещества, уже по названию понятно, запускают или ускоряют процесс изменения молекулярной структуры.
- Замедлители вулканизации – они, напротив, приостанавливают процесс. Это нужно, чтобы продлить период текучести материала и улучшить его механические характеристики. В роли замедлителей выступают бензойная кислота и циклогексилтиофталимид.
- Наполнители. Это очень большая категория. Вот тут как раз, в большей мере, и меняется марка резины, ее особенности. Есть активные наполнители, например, сажа – ее добавишь, и будет резина более износостойкая, прочная. Есть неактивные наполнители, например, тальк или мел. Их задача – просто увеличить объем сырья без негативных последствий. А есть специальные добавки, например, асбест или диатомит. Они могут сделать резину жаропрочной, увеличить диэлектрические свойства или улучшить другие характеристики.
- Пластификаторы делают материал более пластичным. Например, дибутилфталат облегчает обработку резины. Она получается более податливая к последующим работам.
- Стабилизаторы – это добавки, которые фиксируют полученные свойства.
- Смягчители – воски и парафины нужны, чтобы резина получилась более мягкой и эластичной. Кроме того, она еще и сохраняет свои свойства при низких температурах, не дубеет благодаря им.
- Красители. Интересный момент: пигменты нужны не только для эстетики, они несут и практические свойства, например, защищают от разрушающего воздействия ультрафиолета.
На первом этапе все ингредиенты смешиваются в пропорциях, согласно рецептуре. Но очень часто на производствах используют готовые резиновые смеси. Это очень удобный, практичный вариант. Сырую смесь используют как сырье для изготовления резинотехнических изделий. Пускают ее на дальнейшую формовку. А каландрованную резину, то есть смесь, пропущенную через специальные вальцы, используют уже для изготовления уплотнителей, ремней, заплаток, техпластин и проч. Таким образом, этапы производства облегчаются, так как сырье уже готово.
Этап №2: Пластикация и смешивание каучука
Во время пластикации снижается молекулярная масса сырья. Это необходимо, так как при высокой молекулярной массе затрудняется смешивание, формование и некоторые другие операции. Для этого есть две технологии:
- Термическая. Она применяется чаще всего для натурального и бутадиен-стирольного каучуков. В смесь добавляются химикаты, которые под воздействием высокой температуры окисляют материал и приводят к снижению молекулярной массы. При этом на каучук не направляют механическое воздействие. Основа процесса – деструкция, то есть распад молекул.
- Механическая. При физическом напряжении макромолекулы рвутся, а небольшие молекулы остаются нетронутыми, что повышает качество пластикации. Это делает каучук максимально однородным. Процедура больше подходит для синтетического бутадиен-нитрильных каучука.
После пластикации все компоненты подвергаются смешиванию. Чтобы получить смесь, каучук разрезают на небольшие фрагменты, пропускают через вальцы, нагретые примерно до 50 градусов. Это способствует лучшему смешиванию сырья. Потом уже в смесители добавляют порошкообразные пластификаторы, активаторы и прочие компоненты. Такая резиновая смесь хорошо подвергается нагреву и дальнейшей деформации.
Этап №3: Механическая обработка резиновой смеси
Этот этап может отличаться, в зависимости от того, какие требования предъявляются к резиновым изделиям. Используются такие технологии:
- Шприцевание, другие названия – экструзия или продавливание. Резиновая смесь проталкивается через отверстия под давлением. Экструдер можно сравнить с шприцем или мясорубкой – сырье проходит через отверстия и получает форму. Например, таким способом можно получить резиновые шнуры.
- Каландрирование. Это нагревание смеси, формирование прорезиненного полотна, затем охлаждение и намотка на рулоны и трубчатые бобины. В результате получается резиновое полотно с равномерной толщиной и структурой. Такие полотна могут применяться для изготовления резинотехнических изделий, например, для обкладок резинотканевых конвейерных лент и резиновых промышленных рукавов.
- Прессование резины или прорезиненной ткани происходит таким же образом, как и прессование пластмасс. Сырье помещается в форму и под пресс, который оказывает давление в пределах от 2 до 10 МПа. Такое полотно часто идет на резиновые техпластины: диэлектрические коврики, автомобильные дорожки и рулонную резину.
- Литье под давлением. Метод применяется, чтобы получить крупные изделия и резиновые фигуры со сложной формой. Для этого смесь нагревают до 100 градусов и заливают в формы. Подают давление до 120 МПа.
Этап №4: Вулканизация
После формовки изделия, ему необходимо придать прочность, износостойкость, эластичность. Для всего этого подходит вулканизация – это процесс преобразования каучука и добавок в резину. Он может быть двух видов:
- Серная вулканизация. Проводится так: в бутадиен-стирольный, бутадиеновый или натуральный каучук добавляют серу. Смесь нагревают до 140-160 градусов. От количества серы зависит итоговый результат: если добавить не более 5%, то будет очень мягкая, пластичная, податливая резина. Которую, например, используют для производства резиновых пищевых техпластин. А если добавить больше, резина будет прочной, как, например, нужно для изготовления скребков на отвал для дорожной техники. А если добавить более 30% серы, то будет уже не резина, а эбонит – достаточно твердый полимер.
- Радиационная вулканизация. Здесь на резиновую смесь воздействуют электроны – они приводят к тому, что получается резина, которая очень устойчива к химическому и температурному воздействию.
Но все же чаще на промышленных производствах используется именно нагревание с добавлением серы. Сырье в формах помещается под гидропресс. А если вулканизация сырья производится еще до этапа формовки, то смесь засыпают в котел для последующего нагрева.
Этап №5: Изготовление резинотехнических изделий
Резина готова. Теперь нужно из нее что-то сделать. На помощь идут всевозможные станки для резки, штамповки, формовки. Способов изготовления также много, как и вариантов РТИ – резинотехнических изделий. Что производят:
- автомобильные шины и покрышки;
- всевозможные уплотнители и герметизаторы;
- элементы обуви и одежды;
- детские игрушки и бытовые изделия;
- медицинские приборы;
- элементы электрической изоляции;
- техпластины всех видов, в том числе пористые и губчатые;
- напорные рукава и проч.
Вторичная переработка РТИ
Важный этап «жизни» резины – вторичное использование. Вторпереработка резины – это не только польза для экологии, но и дешевое сырье для повторного использования. Чаще всего утилизации и переработке подвергаются автомобильные шины.
Несмотря на то, что это достаточно сложный процесс из-за присутствия в составе корда, из шин получается отличное вторсырьё – резиновые гранулы, которые затем идут для изготовления резиновых покрытий для детских, спортивных площадок и парковок, для производства резиновых подошв для обуви, спортинвентаря, садовой мебели, утеплителей, заграждений и прочих изделий.
Изготовление резины и резинотехнических изделий делает нашу жизнь комфортной. Для этого требуется только подготовить каучук, добавить вулканизирующие агенты, провести формовку и вулканизацию. В результате получается качественный, прочный, эластичный и долговечный материал, обладающий влагозащитными и электроизолирующими свойствами.