Физические свойства каучука кратко

Физические свойства каучука кратко

Эластомеры (натуральные или синтетические каучуки) – природные или синтетические высокомолекулярные вещества, отличающиеся от других высокомолекулярных соединений своей эластичностью.

Молекулы эластомеров представляют собой скрученные в клубки цепи углеродных атомов. При растяжении цепи вытягиваются, а при снятии внешней нагрузки – скручиваются. Этим объясняется эластичность каучуков.

Таблица. Важнейшие виды синтетических каучуков

Водо- и газонепроницаемость. По эластичности уступает природному каучуку. В производстве кабелей, обуви, принадлежностей быта

По износоустойчивости и эластичности превосходит природный каучук. В производстве шин.

По эластичности и износоустойчивости сходен с природным каучуком. В производстве шин

CH 2= C( Cl ) — CH = CH 2

Устойчив к воздействиям высоких температур, бензинов и масел. В производстве кабелей, трубопроводов для перекачки бензина, нефти.

Характерна газонепроницаемость, но недостаточная жароустойчивость. В производстве лент для транспортёров, автокамер.

Одно дерево бразильской гевеи в среднем, до недавнего времени, было

способно давать лишь 2-3 кг каучука в год; годовая производительность

одного гектара гевеи до Второй Мировой войны составляла 300—400 кг технического каучука. Такие объёмы натурального каучука не удовлетворяли растущие потребности промышленности. Поэтому возникла необходимость получить синтетический каучук. Замена натурального каучука синтетическим даёт огромную экономию труда.

Первый синтетический каучук, был получен по методу С.В. Лебедева из спирта:

при полимеризации дивинила под действием металлического натрия, представлял собой полимер нерегулярного строения со смешанным типом звеньев 1,2- и 1,4-присоединения:

В присутствии органических пероксидов (радикальная полимеризация) также образуется полимер нерегулярного строения со звеньями 1,2- и 1,4- присоединения. Каучуки нерегулярного строения характеризуются невысоким качеством при эксплуатации. Избирательное 1,4-присоединение происходит при использовании металлорганических катализаторов (например, бутиллития C4H9Li, который не только инициирует полимеризацию, но и определенным образом координирует в пространстве присоединяющиеся молекулы диена):

Реакция получения каучуков реакцией полимеризации:

Реакция получения каучуков реакцией сополимеризации:

Для практического использования каучуки превращают в резину.

Резина – это вулканизованный каучук с наполнителем (сажа). Суть процесса вулканизации заключается в том, что нагревание смеси каучука и серы приводит к образованию трехмерной сетчатой структуры из линейных макромолекул каучука, придавая ему повышенную прочность. Атомы серы присоединяются по двойным связям макромолекул и образуют между ними сшивающие дисульфидные мостики:

Сетчатый полимер более прочен и проявляет повышенную упругость – высокоэластичность (способность к высоким обратимым деформациям).

В зависимости от количества сшивающего агента (серы) можно получать сетки с различной частотой сшивки. Предельно сшитый натуральный каучук – эбонит (более 30% S ) – не обладает эластичностью и представляет собой твердый материал.

Источник: www.sites.google.com

Физические свойства каучука кратко

ООО «ДомРезин»
тел.: +7 (812) 953-52-84
E-mail: domrezin@inbox.ru
г. Санкт-Петербург

Физические свойства каучука

Отклонения физических свойств каучука от номинальных и колебание физиче ­ ских констант , которые характеризуют эти свойства , являются следст ­ вием отличием каучуков по степени их полимеризации , предрасположенности к окислению и разнообразным изменениям структуры , а также способности некоторых каучуков кристаллизоваться . Та ­ ким образом , на физические свойства каучука влияет условия его получения и хранения . Этим объясняется то , что физические константы , которые приводят разные авторы , отличаются друг от друга на значительные величины .

Оптические свойства

Показатель преломления чистого натурального каучука п = 1,519. Показатели преломления синтетических каучуков близки к 1,5.

Недеформированные аморфные каучуки оптически изотропны, что является результатом хаотического расположения макромоле­кул и их звеньев. Под влиянием внешнего механического воздей­ствия, например растяжения, в каучуках происходит перегруппи­ровка элементов структуры, ориентация цепей в результате конформационных превращений, что приводит к возникновению оптической анизотропии и связанного с ней двойного лучепрелом­ления. Это явление иначе называется фотоупругостью.

В аморфных каучуках двойное лучепреломление при растяже­нии пропорционально напряжению. В сильно растянутых кристаллизующихся каучуках эта закономерность усложняется из-за ро­ста кристалличности при растяжении.

Поглощение света и прозрачность натурального и синтетиче­ских каучуков в значительной степени зависят от содержания в них примесей, способа получения и обработки.

Диэлектрические свойства

Натуральный каучук и многие синтетические каучуки являются хорошими диэлектриками.

Диэлектрические свойства характеризуются следующими показателями:

— удельным объемным электрическим сопротивлением, значе­ние которого колеблется в пределах 10 10 — 10 14 Ом*м (10 12 —■ 10 16 Ом*см),

— электрической прочностью (пробивной градиент), состав­ляющей 15* 10 3 —40*10 3 кВ/м,

— диэлектрической проницаемостью, изменяющейся в пределах 2,3—16,0,

— тангенсом угла диэлектрических потерь, который изменяет­ся в пределах от 0,0003 до 0,01 (при 50 Гц).

Удельное объёмное электрическое сопротивление зависит от на­личия свободных электронов и ионов; оно снижается с повыше­нием температуры вследствие увеличения подвижности свободных зарядов. При наличии полярных низкомолекулярных примесей (например, воды) удельное объемное электрическое сопротивление значительно снижается.

Величина, обратная электрическому сопротивлению, называет­ся электрической проводимостью, которая измеряется в обратных Ом*м.

Электрическая прочность — минимальная напряженность внеш­него электрического поля, при которой происходит пробой диэлек­трика. При этом наблюдается резкое увеличение электрической проводимости каучука или резины под влиянием внешнего электрического поля и, следовательно, потеря диэлектрических свойств. Электрическая прочность характеризуется отношением пробивного напряжения (В) к толщине образца (м).

Диэлектрическая проницаемость определяется как отно­шение емкости конденсатора, между пластинами которого помещен диэлектрик, к емкости того же конденсатора с вакуумированным пространством между пластинами. Диэлектрическая проницаемость зависит от строения полимера, состава резины, температуры и частоты тока. Она связана с поляризацией, т. е. образова­нием электрического (дипольного) момента в объеме диэлектрика при помещении его в электрическое поле. Полярные каучуки, мо­лекулы которых обладают постоянным дипольным моментом, об­ладают более высокой диэлектрической проницаемостью.

Тангенс угла диэлектрических потерь характеризует часть энергии электрического поля, которая рассеивается в единице объема диэлектрика, превращаясь в тепловую энергию.

Диэлектрические свойства каучуков зависят от состава и структуры молекулярных звеньев, а также от строения молекулярных цепей. Полярные каучуки имеют более низкое удельное объемное сопротивление, более высокие значения диэлектрической проницаемости, диэлектрических потерь и пробивной прочности.

Показатели диэлектрических свойств каучуков и резин дают возможность сделать правильный выбор материалов для производства электроизоляционных деталей и электрических кабелей.

Значения диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь позволяют оценить способность каучука нагреваться в электрическом поле высокой частоты.

Высокочастотный нагрев каучуков и резиновых смесей находит все большее применение в резиновой промышленности при подготовке каучуков к производству и вулканизации.

Теплофизические свойства научу кой и резин

Каучуки характеризуются низкой теплопроводностью; коэффициент их теплопроводности составляет 0,126—0,210 Вт/(м*К), что примерно в 300 раз меньше коэффи­циента теплопроводности стали.

Теплопроводность возрастает с увеличением молекулярной мас­сы каучука. Наполнители повышают теплопроводность резин; при введении 10 масс. ч. (на 100 масс. ч. каучука) оксида цинка тепло­проводность возрастает примерно на 7%, а при введении такого же количества технического углерода (сажи)—на 17%. Техниче­ский углерод печного типа (печные сажи) обеспечивает более вы­сокую теплопроводность резины по сравнению с техническим угле­родом ДГ-100 (канальной сажей). С повышением теплопровод­ности резины теплообразование при многократных деформациях снижается из-за повышения теплоотдачи в окружающую среду, что учитывается при составлении рецептуры резин.

Температурный коэффициент линейного расширения каучуков при температурах выше температуры стеклования Тс составляет (1,72—2,45) • 10 -4 К -1 ; он в 5—6 раз выше, чем у стали, которая применяется для изготовления вулканизационных форм. Такое раз­личие в коэффициентах линейного расширения каучуков и сталь­ных вулканизационных форм используется практически для созда­ния внутреннего давления при вулканизации изделий в закрытых вулканизационных формах.

Читать еще:  Коэффициент линейного расширения стали 09г2с

Удельная теплоемкость каучуков составляет 1,84—2,18 кДж/(кг* К). Наполнители понижают удельную теп­лоемкость и, как правило, несколько повышают объемную тепло­емкость, измеряемую в кДж/(м 3 *К), т. е. с увеличением содержа­ния наполнителей повышаются затраты тепла на нагревание изделия при вулканизации.

Удельная теплоемкость резиновых смесей может быть рассчи­тана на основании правила аддитивности по теплоемкости каучука и ингредиентов с учетом их массовой доли в резиновой смеси.

Газопроницаемость

Газопроницаемость каучука связана с растворением (сорбцией) газа в каучуке и с диффузией его через каучук. Газонепроницае­мость резин используется в таких резиновых изделиях, как автомо­бильные камеры, резиновые рукава и шланги, оболочки аэроста­тов, газгольдеры (емкости для хранения газов), надувные лодки и другие надувные изделия из резины и прорезиненных тканей.

Растворимость и диффузия газов играют важную роль при изготовлении и эксплуатации резиновых изделий — при вулканизации и старении резин, при химическом действии на резины газов и паров.

Газопроницаемость каучуков характеризуется коэффициентом газопроницаемости, который пропорционален коэффициенту диффузии и коэффициенту растворимости.

Коэффициент диффузии газов с молекулярной массой менее 40 (водорода, гелия, азота, кислорода) в каучуках и резинах не зави­сит от давления газа и обусловливается природой газа, строением и гибкостью макромолекул каучука, межмолекулярным взаимодействием и температурой.

С увеличением молекулярной массы, полярности газов и паров коэффициент диффузии уменьшается. С увеличением полярности и межмолекулярного взаимодействия и повышением температуры стеклования каучуков Тс коэффициент диффузии газов и паров понижается. Коэффициент и скорость диффузии снижаются и при кристаллизации.

С повышением температуры возрастает подвижность макромо­лекул каучука, поэтому коэффициент и скорость диффузии возрастают, одновременно увеличивается газопроницаемость каучука.

Коэффициент растворимости так же, как и коэффициент диф­фузии, зависит от природы каучука, природы газа и температуры. Газы и пары, имеющие полярные молекулы, лучше растворяются в полярных каучуках.

Вулканизация приводит к уменьшению растворимости газов. Мягчители повышают растворимость газов в резинах, такое же влияние на растворимость газов оказывают те наполнители, которые плохо смачиваются каучуком (вследствие поглощения газа свободной поверхностью частиц). С повышением температуры растворимость газов и паров в каучуке увеличивается. Растворение га­зов и паров в каучуках приводит к набуханию, т. е. к увеличению объема каучуков.

Коэффициент газопроницаемости так же, как и коэффициент диффузии, в основном определяется гибкостью цепей каучука, энергией межмолекулярного взаимодействия и температу­рой.

С увеличением энергии межмолекулярного взаимодействия коэффициент газопроницаемости уменьшается. Введение полярных заместителей —Cl, —CN, —СООН, —ОН, —NH2 и др. приводит к снижению газопроницаемости. Каучуки с симметрично расположенными заместителями также обладают меньшей газопроницае­мостью (например, бутилкаучук). Ненасыщенные каучуки благо­даря наличию двойных связей и повышенной гибкости макромоле­кул обладают большей газопроницаемостью по сравнению с насы­щенными. Если коэффициент проницаемости водорода через нату­ральный каучук принять за 100, то для бутадиен-стирольного кау­чука он составит 73, бутадиен-нитрильньтх СКН-18 — 34, СКН-26 — 32. СКН-40— 14, для хлоропренового каучука — 24, для бутилкау- тука—14, для силоксанового каучука—1130. Высокая газопроницаемость последнего объясняется высоким коэффициентом диф­фузии газов D, что связано с большой гибкостью молекулярных цепей каучука, малым межмолекулярным взаимодействием и не­плотной упаковкой молекулярных цепей.

Коэффициент газопроницаемости уменьшается пропорционально числу поперечных связей, образующихся при вулканизации, благодаря снижению гибкости молекул. С повышением температуры газопроницаемость каучуков и резин увеличивается вследствие возрастания скорости диффузии и растворимости. При кристаллизации каучука происходит скачкообразное снижение газопроницае­мости.

Газопроницаемость наполненной резины так же, как и раство­римость в ней газов и паров, зависит от природы наполнителей и их содержания. При содержании до 15—20% (об.) наполнителя газопроницаемость уменьшается, что объясняется уменьшением коэффициента диффузии с повышением содержания наполнителя вследствие увеличения пути молекул газа при огибании частиц наполнителя в резине, а также уменьшением гибкости макромолекул при их взаимодействии с поверхностью частиц наполнителя. При содержании наполнителей свыше 40% (об.) газопроницаемость возрастает. Причина этого явления не установлена.

При старении полимеров под действием различных факторов вследствие деструктивных процессов, преобладающих на началь­ной стадии старения, газопроницаемость сначала возрастает, за­тем по мере окисления, образования полярных групп, структуриро­вания и уменьшения гибкости макромолекул снижается. Образо­вание трещин при дальнейшем старении приводит к резкому по­вышению газопроницаемости.

Источник: domrezin.ru

Строение и получение

Каучук – диеновый полимер. Структурная и молекулярная формула каучука зависят от вида материала. Природный каучук получают из густого млечного сока – латекса – гевеи, кастиллоа, маниота, сапиума и других растений. Такой каучук является полимером изопрена (2-метилбутадиен-1,3) и имеет формулу (C5H8)n, где n=1000-3000.

Искусственный каучук был получен в 1932 году методом Лебедева. Сначала получают дивинил (бутадиен-1,3) с формулой (C4H6)n из этилового спирта:

С помощью полимеризации дивинила получают бутадиеновый каучук:

Рис. 2. Молекулы каучука.

Современная промышленность получает синтетические каучуки из разных алкадиенов. В зависимости от используемого сырья выделяют изопреновый, бутадиеновый, этилен-пропиленовый, хлоропреновый и другие виды каучука.

Каучук обладает полезными для применения свойствами: эластичностью (упругостью) и водонепроницаемостью. Каучуки хорошо гнутся, растягиваются и задерживают влагу на поверхности.

Каучуки сохраняются в аморфном состоянии долгое время. Однако агрегатное состояние может меняться в зависимости от температуры:

  • 0-10°C – хрупкий, непрозрачный;
  • 20°C – мягкий, упругий, полупрозрачный;
  • 50°C – пластичный, липкий;
  • 80°C – непластичный;
  • 120°C – смолистый, жидкий;
  • 200-250°C – газообразный (выделяется смесь газов).

При долгом хранении на холоде материал необратимо теряет свойства: твердеет, становится неэластичным и ломким.

Каучуки обладают диэлектрическими свойствами и низкую проницаемость воды и газов. Материал не растворяется в воде, слабых кислотах, щелочах. Растворяется после разбухания в бензине, бензоле, сероуглероде и хлороформе.

Молекулы каучука имеют линейное строение, но при этом не вытянуты в прямую линию, а изогнуты, образуя свёрнутые клубки. При растяжении материала молекулы распрямляются, чем объясняется эластичность каучука.

Применение

Основное применение каучуков – производство резины для шин. Также материал используется для изготовления:

  • тепло-, электро-, звуко-, гидроизоляционных материалов;
  • твёрдого ракетного топлива;
  • уплотнителей;
  • клея;
  • лаков;
  • эластичных лент;
  • напольных покрытий;
  • шлангов;
  • перчаток;
  • обуви;
  • игрушек;
  • мебели;
  • ластиков.

Рис. 3. Резиновые изделия.

Что мы узнали?

Из урока химии 10 класса узнали о строении, свойствах и применении каучуков. Каучук – природный или синтетический материал, обладающий эластичностью. Натуральные каучуки получают из латекса – вязкого сока некоторых тропических деревьев. Промышленным путём производится из алкадиенов, в частности из изопрена. Впервые синтетический каучук был получен в 1932 году. В зависимости от температуры меняются физические свойства. Чем ниже температура, тем хрупче материал. Из каучуков изготавливают резину.

Источник: obrazovaka.ru

Каучук, строение, свойства, виды и применение в профессии коммерсанта (стр. 2 из 4)

Европейцы познакомились с каучуком лишь в XVI веке, после возвращения из плавания Колумба и его спутников.

3.Физические свойства натурального каучука.

Натуральный каучук – аморфное, способно кристаллизоваться твёрдое тело. 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 (клееобразные) растворы, широко используемые в технике.

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

Читать еще:  Чертежи и размеры стола для фрезера

Особенно важным и специфическим свойством каучука является его эластичность (упругость) – способность каучука восстанавливать свою первоначальную форму после прекращения действия сил, вызвавших деформацию. Эта способность называется обратимой деформацией. 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 свойство каучука. При повышенной температуре каучук становится мягким и липким, а на холоде твёрдым и хрупким. При долгом хранении каучук твердеет. При температуре 80 °С натуральный каучук теряет эластичность; при 120 °С – превращается в смолоподобную жидкость, после застывания которой уже невозможно получить первоначальный продукт. Этому мешает необратимый процесс – окисление основного вещества – углеводорода, из которого состоит каучук. Если поднять температуру до 250 °С, то каучук разлагается с образованием ряда газообразных и жидких продуктов.

Каучук – хороший диэлектрик, он имеет низкую водопроницаемость и газопроницаемость.

Каучук в воде практически не растворяется. В этиловом спирте его растворимость небольшая, а в сероуглероде, хлороформе и бензине он сначала набухает, а затем растворяется. Теплопроводность каучука в 100 раз меньше, чем теплопроводность стали.

Наряду с эластичностью, каучук так же пластичен, – он сохраняет форму, приобретённую под действием внешних сил. Другими словами пластичность – это способность к необратимым деформациям. Пластичность каучука, проявляющаяся при нагревании и механической обработке, является одним из отличительных свойств каучука. Так как каучуку присуще 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 °С каучук полностью теряет эластичность и превращается в стеклообразную массу. Вообще все каучуки, как аморфные материалы, могут находится в трёх физических состояниях: стеклообразном, вязкотекучем и высокоэластическом. Последнее состояние для каучука наиболее типично.

4.Химические свойства натурального каучука.

Каучук легко вступает в химические реакции с целым рядом веществ: кислородом (О2 ), водородом(Н2 ), 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, деструктируясь, 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.

5.Состав и строение натурального каучука.

Длинную молекулу каучука можно было бы наблюдать непосредственно при помощи современных микроскопов, но это не удаётся, так как цепочка слишком тонка: диаметр её, соответствующий диаметру одной молекулы, составляет примерно две десятимиллионных доли миллиметра. 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.

Модель молекул каучука: при любом положении молекул в пространстве концы их всегда сближены между собой.

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 формула каучука была принята С5 Н8 , но она слишком проста для такого сложного вещества, как каучук. Определение молекулярной массы показывает, что она достигает несколько сот тысяч (150000-500000). Каучук, следовательно, природный полимер. Молекулярная формула его (С5 Н8 )n.

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. Это изопрен .

При этом свободные валентности средних углеродных атомов смыкаются и образуют двойные связи в середине молекул, ставших теперь уже звеньями растущей цепи.

К образовавшейся частице присоединяется следующая молекула изопрена:

Подобный процесс продолжается и далее. Строение образующегося каучука может быть выражено формулой:

Мы уже встречались с полимерами, макромолекулы которых представляют собой длинные цепи атомов. Однако они 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, произойдёт не только выпрямление молекул, но и смещение их относительно друг друга, образец каучука может порваться.

Природных ресурсов натурального каучука недостаточно для того, чтобы полностью удовлетворить быстрорастущую потребность в нём. В настоящее время во всё возрастающих масштабах производится синтетический каучук.

6.Вулканизация натурального каучука.

Натуральные и синтетические каучуки используются преимущественно в виде резины, так как она обладает значительно более высокой прочностью, эластичность и рядом других ценных свойств. Для получения резины каучук вулканизируют. Многие учёные работали над вулканизацией каучука.

В 1832 году немецкий химик Людерсфорд впервые обнаружил, что каучук можно сделать твёрдым после обработки его раствором серы в скипидаре.

Американский торговец скобяными товарами Чарльз Гудьир был одним из неудачливых предпринимателей, который всю жизнь гнался за богатством. Чарльз Гудьир увлёкся резиновым делом и, оставаясь порой без гроша, настойчиво искал способ улучшить качество резиновых изделий. Гудьир открыл способ получения не липкой прочной и упругой резины путём смешения каучука с серой и нагревания.

В 1843 году Гэнкок независимо от Гудьира так же нашёл способ вулканизировать каучук погружением его в расплавленную серу, а несколько позднее Паркс открыл возможность получения резины обработкой каучука раствором полухлористой серы (холодная вулканизация).

Читать еще:  Форма из гипса для отливки свинца

Англичанин Роберт Вильям Томсон, который в 1846 году изобрёл «патентованные воздушные колеса» и ирландский ветеринар Джон Бойд Денлоб, натянувший каучуковую трубку на колесо велосипеда своего маленького сына, не подозревали, что этим положили начало применению каучука в шинной промышленности.

Источник: mirznanii.com

Природные каучуконосы

Содержание

Происхождение названия

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.

Получение натурального каучука

Натуральный каучук получают коагуляцией млечного сока (латекса) каучуконосных растений. Основной компонент каучука — углеводород полиизопрен (91-96%).

Распространение каучуконосов

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.
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).

В течение Второй мировой войны (1939-1945) по экономическим причинам были культивированы другие, нетропические источники каучука: гуайуль (guayule) мексиканского происхождения, а также одуванчик кок-сагыз (Taraxatum kok- saghyz), произрастающий на территории Западного Туркестана.

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». Дело в том, что для каучуконосов требуется очень тёплый и влажный климат и плодородная почва. Развитие автомобильной промышленности значительно повысило потребности в резине и, соответственно, в каучуке. Поэтому появились новые плантации гевей: молодые деревца из Южной Америки посадили в Малайзии, на Шри-Ланке и в Индонезии. Они отлично прижились и дают большой урожай.

Сбор латекса и производство натурального каучука

Это высокое стройное дерево может достигать 45 метров в высоту при 2,5—2,8 м в обхвате. Родиной гевеи является бассейн Амазонки — великой водной магистрали. Отсюда вывозился первый каучук в Европу.

Каучук в гевее содержится в млечном соке — латексе, распределённом в млечных каналах, которые образуют в стволе концентрические кольца.

Латекс состоит из мельчайших частичек жидкости, твёрдых частиц и других примесей. Только около 33% латекса составляет каучук, 66% вода и около 1% другие вещества.

Для сбора латекса с деревьев на коре делается диагональный остроугольный надрез, вершиной угла направленный вниз, затем надрез расширяют до 0,3—0,5 от окружности ствола. Из надреза выделяется латекс и стекает в небольшую чашу. С каждого надреза получается около 30 мл латекса. После этого обычно на следующий день ниже первоначального надреза обдирается тонкая полоска коры, чтобы получить новый сок. Когда надрезы достигают поверхности земли, ствол оставляют в покое, чтобы он смог восстановить кору на дереве перед новой подсочкой. На 1 гектаре высаживается около 250 деревьев, в год с 1 гектара получают около 450 кг сухого необработанного каучука. Со специально выведенных высокоурожайных деревьев можно получить 2225 кг с гектара в год, были разработаны опытные деревья с урожайностью до 3335 кг с гектара в год.

Полученный латекс растягивают, разбавляют водой и подвергают коагуляции путём обработки кислотой, чтобы частицы каучука в латексе сцепились друг с другом. Затем производят протягивание между валками, придавая листам толщину 0,25 дюйма (?0,6 см), полученные листы высушивают путём обдувания сухим тёплым воздухом или дымом, и отправляют на погрузку.

Физические и химические свойства натурального каучука

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 аморфные 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.

Источник: www.wikipro.ru

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector