ВВОДЯТ инертные наполнители (мел, тальк и др.), существенно не влияющие на свойства материала. Кроме рассмотренных ингредиентов в их состав входят: противостарители и противоутомители, пластификаторы, ускорители вулканизации и другие компоненты, улучшающие эксплуатационные и технологические свойства. Подбором компонентов можно создавать резиновые смеси с заданными физико-механическими показателями.

Каучуки. Каучук является основным компонентом резины, определяющим ее эксплуатационные свойства и прежде всего совместимость с рабочими средами, температурный диапазон эксплуатации, прочность. Рассмотрим основные типы каучуков и их обозначения. Каучуки общего назначения, применяемые преимущественно для производства шин и других массовых изделий: натуральный (НК) и синтетические - бутадиен-сти-рольный (БСК, СКС), бутадиен-метил-стирольный (СКМС), изопреновый (СКИ), натрийбутадиеновый (СКБ), бутадиеновый (СКД). Каучуки специального назначения, применяемые для производства резиновых технических изделий (РТИ): хлоропреновые (ХП), бутадиен-нитрильные (СКН), этилен-пропиленовые (СКЭП, СКЭПТ), фторкаучуки (СКФ), уретановые (СКУ), си-

локсановые (СКТ, СКТВ, СКТЭ, СКТФТ), акрилатный, бутилкаучук (Б К).

Уплотнения изготовляют преимущественно из резин на основе некристал-лизующихся каучуков: СКН, СКФ, комбинаций СКН и СКМС, СКН и ХП; СКТФ, ХП, СКЭП. Нижний температурный предел эксплуатации резины определяется главным образом температурами стеклования Э и хрупкости Эхр каучука, верхний - скоростью термостарения при высоких температурах. Совместимость резин с рабочей средой определяется химическим составом каучука и среды (см. подразд. 2.5 и 6.3). Физико-механические показатели некоторых резин приведены в табл. 2.3 и 2.4 [16, 41, 44, 73, 84, 88].

Бутадиен-нитрильные каучуки (СКН, другие названия: нитрильные, диви-нилнитрильные каучуки; нитрил, индекс ИСО - NBR) - основной продукт для получения резин с высокой стойкостью в среде нефтепродуктов, удовлетворительной морозо- и теплостойкостью. СКН получают эмульсионной полимеризацией бутадиена (дивинила) с нитрилом акриловой кислоты (акрилонит-рилом), в результате чего образуются молекулы [-СНг-СН=СН-СНг-]-"- [-СН2-СН-]„. СКН - аморфные, не

Таблица 2.4

Фнзнко-механическне показатели

Основные физнко-механическне показатели резин

Таблица 2.3

ункцнональиых групп резин

Кристаллизующиеся каучуки с молекулярной массой М « 200000, плотностью р ж 1 г/см. Полярная группа CN в молекуле каучука обусловливает устойчивость к действию неполярных растворителей, поэтому СКН нерастворимы в алифатических углеводородах и спиртах и резины на основе СКН мало набухают в минеральных маслах, топли-вах, воде и водосодержащих жидкостях. СКН растворимы в ароматических углеводородах - бензоле, толуоле, этил-ацетате, хлороформе, поэтому резины на основе СКН для этих сред не пригодны. Чем выше содержание в СКН акрилонитрила, тем выше масло- и бен-зостойкость, но ниже морозостойкость: при содержании его до 20% 9 = -55 °С; до 30%-9,=-42 °С; до 40%-9,= = - 32°С. Содержание акрилонитрила в процентах указывают в обозначении СКН. По пластичности СКН подразделяют на жесткие, мягкие и очень мягкие. Выпускают СКН следующих марок: СКН-18, СКН-18М, СКН-26, СКН-26М, СКН-26МП, СКН-40, СКН-40М, СКН-50М, СКН-26АС; СКН-26АСМ, СКН-40АС, СКН-40АСМ (буква М означает мягкий, буквы А и С - технологические особенности полимеризации). СКН-26СШ и СКН-40СШ применяют как добавки к обычным СКН. Для повышения стойкости к действию теплоты, озона и погодных условий выпускают

СКН, модифицированные поливинил-хлоридом: СКН-26-ПВХ-30 и СКН-40-ПВХ-30. Эти каучуки имеют пониженную морозостойкость. СКН вулканизуют серой или ее соединениями. Для изготовления резин с повышенными прочностью и способностью к многократным деформациям выпускают СКН-26-1,25 и СКН-26-5 с содержанием соответственно 1,25 и 5% метакриловой кислоты. СКН-26-1,25 применяют для изготовления клеев.

Бутадиен-стирольные (СКС) и бута-диен-метилстиролъные (СКМС) каучуки (другие названия: дивинилстироль-ные, стирол, индекс ИСО - SBR) применяют в резинах повышенной морозостойкости и озоностойкости в сочетании с СКН. СКС - продукт сополиме-ризации бутадиена со стиролом СбНд- -СН=СН2, в результате которой получается сополимер со звеньями

[- СНг-СН=СН-СНг-СН-СН2-]

Аналогичным сополимером является СКМС. Содержание стирола существенно влияет на свойства каучука, поэтому его указывают в обозначении, например СКС-10 и СКМС-10 содержат около 10 % стирола. Чем больше в сополимере стирола, тем выше прочность и износостойкость, но ниже морозостойкость:

ДЛЯ СКС-10 9е=-75°С и cjp = = 12...18 МПа, для СКС-30 9 = = -50 и ар = 20...25 МПа. СКС и СКМС вулканизуют серой. Они имеют нерегулярную структуру. Резины на основе СКС и СКМС стойки к воздействию воды, спирта, ацетона, но не стойки к воздействию минеральных и растительных масел. Для уплотнений применяют морозостойкие резины на основе СКН с небольшим содержанием СКМС-10 для повышения морозостойкости.

Хлоропреновый каучук (ХП, другие названия: наирит, неопрен; индекс ИСО - CR) получают полимеризацией хло-С1

ропрена СН2=С-СН=СН2, имеет линейное регулярное строение, легко кристаллизуется (начиная с О °С). Температура стеклования 9 = -40°С, плотность р = 1,23 г/см. Резины на основе ХП обладают недостаточной морозостойкостью. Каучук отличается высокой свето- и 03 оностойк остью, хорошей масло- и бензостойкостью, стойкостью к кислотам и щелочам, негорючестью; его применяют в качестве добавки к СКН при изготовлении ряда резин для уплотнений.

Наирит марок: СР-50, СР-100, КР-50, КР-100, П, А, Б, В отличается высокими пластичностью и содержанием кристаллической фазы (примерно 29-35% при 20 °С). Выпускают также сополимер хлоропрена со стиролом - наирит С и наирит НТ, применяемые для изготовления клеев.

Фторкаучуки (СКФ, другие названия: фторсодержащие и фторорганические каучуки, индекс ИСО - FPM) являются продуктами сополимеризации фторированных углеводородов - фторолефинов. Выпускают СКФ-26 (вайтон), СКФ-32 (kel-F) и др.

СКФ - полностью насыщенные полимеры, содержащие большое количество полярных атомов фтора. Они характеризуются исключительно высокой стойкостью к воздействию силь-

ных окислителей, синтетических масел, топлив, минеральных масел и даже некоторых растворителей. СКФ растворяются в сложных кетонах. СКФ вулканизуют в основном перекисями в две стадии: в пресс-форме при 130-150°С (30 - 50 мин) и в воздушной среде при 200 °С (24 ч).

Резины на основе СКФ могут длительно работать при высоких температурах: СКФ-32 при 150 °С - длительно, при 250 °С - несколько часов; СКФ-26 при 200 - 250 °С - длительно, при 300 °С -десятки часов. Основной недостаток резин на основе СКФ - невысокая морозостойкость: для СКФ-26 9 = = -18°С; для СКФ-32 9е=-22°С. Технология изготовления деталей из СКФ сложна, усадка составляет 1,5 - 2,8 %, поэтому необходимо назначать допуски по более грубым квалитетам. Радиационная стойкость у резин на основе СКФ ниже, чем у резин на основе СКН.

Силоксановые каучуки СКТ, СКТВ, СКТЭ, СКТН (другие названия: кремний-органические, силиконовые каучуки, силиконы, индекс ИСО - SJ) - содержат

силоксановую связь -Si-О-Si-. Ос-

новные модификации различаются радикалами: в диметилсилоксановом каучуке СКТ метильный радикал, в метил-винилсилоксановом СКТВ часть метиль-ных радикалов замещена винильной группой. СКТЭ производят на основе этилсилоксана. В качестве герметиков используют низкомолекулярный каучук СКТН. Резины на основе этих каучуков вулканизуют перекисными соединениями, например перекисью дикумила (СКТВ) или бензоила.

Наполнителями резин служат кремниевые кислоты, двуокись титана, окись цинка и др. Вулканизацию вьшолняют в две стадии: сначала в пресс-форме, затем термостате (в среде горячего воздуха).

Силоксановые резины имеют белый или розовый цвет, отличаются большой плотностью (хотя плотность СКТ

р X 0,98 г/см), низкой прочностью (Стр = 2,5... 4 МПа), неудовлетворительным сопротивлением истиранию и раз-диру, повышенной газопроницаемостью (в 10-30 раз больше, чем у резин на основе СКН, СКФ и др.). Преимущества силоксановых каучуков: весьма широкий диапазон рабочих температур (от -60 до --250°С в воздушной среде), высокая стойкость к тепловому старению (до 250 - 300 °С), высокая кисло-родо-, озоно- и атмосферостойкость, стойкость к действию ультрафиолетовых лучей, хорошие диэлектрические свойства, нетоксичность. Силоксановые резины не стойки в среде нефтепродуктов, кристаллизуются на морозе, подвержены деструкции при нагреве до 9> 150°С без воздуха. Для них характерны высокая скорость восстановления деформации и малое время релаксации. В уплотнительной технике применяют резины на основе СКТВ для УН в среде воздуха и воздуха с содержанием озона; резины на основе СКТЭ - в среде кислорода.

Фторсилоксановый каучук (СКТФ, индекс ИСО - MFQ) по физико-механическим свойствам, термостойкости и морозостойкости близок к СКТ. Химическая структура СКТФ определяется замещением диметилсилоксановых звеньев фтором, что придает СКТФ при высокой термостойкости, свойственной СКТ, повышенную стойкость к действию растворителей. Прочность ар резин на основе СКТФ при наполнении кремниевой кислотой достигает 7 МПа, набухание в нефтепродуктах в 8 - 10 раз меньше, чем у резин на основе СКТ, а в синтетических жидкостях типа фосфатов (см. подразд. 2.5) -до 15 раз. Резины на основе СКТФ применяют для УН и малоподвижных УВ, эксплуатируемых в среде синтетических жидкостей, в широком диапазоне температур (-55...-Ц75°С).

Этиленпропиленовый каучук (СКЭП, СКЭПТ, индекс ИСО - ЕРМ) - продукт сополимеризации этилена СН2=СН2 с пропиленом СН2==СН -

-СНз. СКЭП - насыщенный сополимер, молекулы которого содержат звенья [-СН2-СН2-]„-[-СН2---СН-]„ не

стереорегулярного состава с чередованием 8 - 12 звеньев этилена и пропилена. Выпускают СКЭП следующих марок: СКЭП-30, СКЭП-40-36-45, СКЭП-50-46-56, СКЭП-60-56-65. СКЭП вулканизуют органическими пероксида-ми. В СКЭП отсутствуют двойные связи, поэтому резины на его основе имеют высокие сопротивление истиранию и старению, а также водостойкость и диэлектрические свойства. Температура 9с находится в пределах -50... -70°С. Резины на основе СКЭП применяют для УН и УВ, работающих в среде воды, слабых растворов кислот и щелочей, синтетических рабочих жидкостей типа фосфатов и ди-эфиров.

Тройной сополимер СКЭПТ содержит кроме этилена и пропилена третий мономер с двойными связями в боковых группах, что придает сополимеру ненасыщенный характер и позволяет проводить обычную серную вулканизацию. Резины на основе СКЭПТ по свойствам близки к резинам на основе СКЭП.

Акрилатные каучуки (полиакрил, индекс ИСО - АСМ) получают сополиме-ризацией акриловой кислоты и акрило-нитрила. Резины на их основе имеют высокую стойкость к старению, характеризуются низкой газопроницаемостью, работоспособны в горячих углеводородных маслах при 150-180°С, поэтому их применяют для армированных манжет [70] и тепломаслостойких прокладок.

Уретановые каучуки (СКУ, индекс ИСО - AU) содержат в основной цепи уретановую группу

-О-С-NH-. СКУ применяют в ос-

новном для изготовления износостойких резин ограниченной тепло- и морозо-

СТОЙКОСТИ в обувной промышленности. В последнее время их успешно применяют для УПС силовых цилиндров, предназначенных для тяжелых условий работы. По маслостойкости СКУ аналогичны ХП, при повышенных температурах нестойки к действию пара, кислот и щелочей [41]. Плотность СКУ р= 1,2... 1,3 г/cм 9с = -35°. Температурный предел эластичности от -30 до --130°С.

Резиновые смеси с различным составом компонентов. Многие смеси резины близки по составу и свойствам, поэтому в стандартах общего назначения указаны лишь группы резин с примерно одинаковыми свойствами. Поскольку принципы группирования различны и не основаны на классификации, существует несоответствие между группами, установленными разными стандартами. Так, группы по ГОСТ 18829-73 на кольца резиновые не совпадают с группами по ГОСТ 8752-79 на манжеты резиновые и с группами по документации для авиационной, химической промышленности и т. д. Основные свойства резины определяют свойства каучука. Комплекс ингредиентов в оптимальньк соотношениях определяется особенностями каучука, требованиями совместимости со средой и условиями эксплуатации (назначением резины для УН, УПС, УВ), что позволяет получить резину с наилучшими физико-механическими свойствами. В связи с этим в большинстве стандартов исходными принципами группирования резин являются основная рабочая среда и тип каучука.

Принято четыре варианта записи рецептур резиновой смеси: 1) в массовых частях (м. ч) компонента на 100 массовых частей каучука; 2) в % по массе, 3) в % по объему; 4) в кг. В настоящем справочнике использован первый вариант.

Масло- и бензостойкие резины на основе нитрильных каучуков СКН. Подавляющее большинство уплотнений машин работает в среде нефтепродуктов -

масел, топлив, рабочих жидкостей. С ними совместимы резины на основе СКН, отличающиеся достаточной морозостойкостью (от - 60°С) и удовлетворительной теплостойкостью, Наиболее морозостойкие резины создают на основе каучука СКН-18 (9с=-52°С и 9хр = - 65 °С в маслах) или комбинации СКН-18 и СКМС-10. Средне-морозостойкие резины создают на основе СКН-26 (9с = -42 °С, 9,р « -55°С в маслах). Степень набухания их в маслах в 3 раза меньше, чем у резин на основе СКН-18. Наиболее масло-и бензостойкие резины ограниченной морозостойкости создают на основе СКН-40 (9с=-22°С, 9хр«-35°С в маслах). Типичный рецепт [36]: 100 м. ч. каучука СКН; 2-3 м. ч. вулканизующих веществ - серы в комбинации с серосодержащими ускорителями вулканизации (тетраметилтиурамдисульфи-дом). Последний сокращает время вулканизации и создает межмолекулярные связи с большим сопротивлением тепловому воздействию, но должен быть введен в смесь в строго определенном количестве, чтобы не ухудшать воздействие наполнителей. Ускорители вулканизации проявляют наибольшую активность в присутствии оксидов некоторых металлов, поэтому в смесь вводят 3 - 5 м. ч. оксида цинка ZnO.

Активный (усиливающий) наполнитель (35 - 50 м. ч.) - технический углерод (сажа). Усиливающее действие его тем больше, чем меньше размер частиц и больше их удельная поверхность. В СССР выпускают технический углерод следующих марок: ПМ-100, ДГ-100, ПМ-90, ПМ-75,...,ПМ-15. Первая буква в обозначении марки означает способ производства (Д - диффузионный, П-печной, Т - термический), вторая - использованное сырье (М - масло, Г - газ), цифра соответствует его удельной поверхности в м/г.

Инертные наполнители - каолин, мел, сернокислый барий. Введение каолина приводит к повышению твердости, сопротивления истиранию, ди-

электрических показателей, масло- и бензостойкости, введение сернокислого бария - кислотостойкости.

Противостарители (1 - 3 м. ч.) - анти-оксидант - неозон Д (фенил - р - наф-тиламин) или другие ароматические амины, которые вводят в смесь для замедления термоокислительного старения. Механизм действия антиоксидан-тов рассмотрен в подразд. 6.1. Кроме антиоксидантов химического действия в смесь вводят физические противостарители - парафин и воск. Которые растворяются в резине при вулканизации и затем дифундируют на поверхность, образуя пленку, стойкую к воздействию кислорода и озона.

Мягчители и пластификаторы (13 - 30 м. ч.) - вещества, которые повьпиают пластичность сырой резиновой смеси, способствуют диспергированию в ней ингредиентов, улучшают эластичность резины на морозе. Пластификаторами называют вещества, влияющие на морозостойкость резины, мягчителями - добавляемые с технологическими целями. В резины на основе СКН вводят стеариновую кислоту и синтетические мягчители - дибутилфталат, дибутилсебацинат. На резины, предназначенные для работы 1в маслах, пластификаторы оказывают положительное влияние в основном при хранении деталей в сухом состоянии.

Рецептуру резин указывают в технологической документации предприятий РТИ.

Классификация резин. Качественные показатели резин различных марок, применяемых в уплотнительной технике, заданы в ведомственных стандартах (ТУ, ОСТ) на материалы, например в ТУ 38.005204-71 на резины для автомобильного, тракторного и строительно-дорожного машиностроения. В ГОСТах на уплотнения обычно регламентированы группы резин по физико-механическим показателям, приемлемые для определенных условий эксплуатации. Резины подразделяют на следующие укрупненные категории:

к л а с с - эластомеры (резины); подкласс- базовый каучук и группы рабочих сред; группа - по конкретным условиям назначения (среда и температурный диапазон (9i...92) эксплуатации в среде, типы герметизируемых соединений - УН, УВ, УПС); подгруппа-по основным физико-механическим показателям (см. табл. 2.3); вид - конкретная марка резины.

Применяемые в уплотнительной технике общего назначения резины [10, 12, 24, 36, 70, 88] подразделяют на 10 подгрупп (см. табл. 2.4).

1. Мягкие маслобензостойкие и морозостойкие резины на основе СКН-18, например марки 98-1, предназначены для УН, УПС, УВ, эксплуатируемьк при ограниченных перепаде давлений Ар и скорости скольжения v в среде воздуха (от 9i = -45°С до Эг = 100 °С), нефтяных масел и рабочих жидкостей с AT > 80 °С (от -60 до 100 °С).

2. Мягкие масло-, бензо, морозо- и водостойкие резины на основе СКН-18 и наирита, например, марки 7-Н0-68-1 по ТУ 38 005204-71 предназначены для УН, УПС, УВ, эксплуатируемых при ограниченных значениях Ар и v в среде топлив и масел с AT > 80 °С, воды, слабых растворов кислот и щелочей при 9=-55...100°С.

3. Среднетвердые маслостойкие резины на основе СКН-18, например 7В-14, 7В-14-1 по ТУ 38 005204-71, предназначены для уплотнений гидросистем мобильных машин: УН при статических Др < 50 МПа; УПС при i; < 0,5 м/с, Др < 40 МПа; УВ для v<10 м/с. Рабочая среда - нефтяные РЖ с АТ>80°С при 9= -60(-50)...100°С. Выпускают резины специальных марок для диафрагм (обозначение марки дополнено буквой Д).

4. Среднетвердые маслостойкие резины на основе СКН-26, например, марок 7-8075, ИРП-1078А по ТУ 38 005204-71, предназначены для УН, УПС, УВ, эксплуатируемых при тех же режимах, что уплотнения из резин подгруппы 3-