4. Наполнители
Наполнителями называются материалы, которые вводятся в резиновые смеси в количестве более 10% и выполняют следующие функции: изменяют механические свойства резин; облегчают переработку резиновых смесей; снижают стоимость изделий, поскольку наполнитель всегда дешевле каучука.
Наполнители делятся на две группы по степени влияния на механические свойства резин – активные, или усиливающие, и неактивные, или инертные наполнители. Активными называются наполнители, при введении которых увеличиваются механическая прочность, износостойкость, модули, твердость. Неактивными называются наполнители, не изменяющие прочность, но несколько увеличивающие износостойкость и твердость резин. Во всех случаях при введении наполнителей ухудшается эластичность и связанная с ней динамическая выносливость. Наполнители и той, и другой группы используются также для придания резинам некоторых специальных свойств, таких как электропроводимость, химическая стойкость.
4.1. Активные наполнители
К усиливающим наполнителям относятся различные марки технического углерода, коллоидные диоксиды кремния или белая сажа, некоторые смолы и продукты лесохимии.
4.1.1. Технический углерод
Основным активным наполнителем считается технический углерод,который получается при неполном сгорании или термическом разложении без доступа воздуха углеводородного сырья. Сырьем являются природный или промышленный газ и жидкие углеводородные продукты переработки нефти, угля и сланцев. Во всех случаях сырье подвергается обработке в распыленном состоянии при температурах 1300-1600ºС, когда оно превращается в элементарный углерод. Заряженные частицы сталкиваются в газовом потоке и срастаются, и поэтому время пребывания при высокой температуре влияет на размер частиц техуглерода. Регулируют время пребывания охлаждением газового потока. Именно способом охлаждения потока газов отличаются промышленные способы производства техуглерода.
Каждый способ получения влияет на структуру и размеры частиц технического углерода, их химические и адсорбционные свойства. Современные установки имеют специальные устройства для воздействия на сырье, что позволяет получить технический углерод с заданными свойствами.
В настоящее время до 75% производимого в мире технического углерода потребляется резиновой промышленностью, а остальное количество используется в электротехнической, полиграфической, лакокрасочной промышленности.
Технический углерод – это высокодисперсный материал с очень малым насыпным весом. Поэтому для облегчения транспортировки и уменьшения пыления его гранулируют мокрым или сухим методами.
Технический углерод — почти чистый углерод, который в зависимости от способа получения может содержать до нескольких процентов Н, N, О или золы. На поверхности частиц имеются ненасыщенные атомы углерода, при окислении которых образуются функциональные группы: гидроксильные, карбоксильные, карбонильные, ненасыщенные и др. Количество таких групп зависит от способа получения и определяет химическую и адсорбционную активность технического углерода. Кроме того, за счет окисления поверхность частиц становится шероховатой, и в углубления рельефа легко адсорбируются мелкие молекулы ингредиентов, в первую очередь, компоненты вулканизующей системы. Поэтому окисленные марки замедляют вулканизацию.
В готовом техническом углероде за счет адсорбционного взаимодействия образуются так называемые вторичные структуры частиц технического углерода. Это могут быть простые агломераты, цепочки и даже сетки. Вторичные структуры разрушаются при введении технического углерода в резиновую смесь и вновь образуются в готовой смеси.
Материалы, применяемые при изготовлении резины
А. А. Воробьева, Н. Д. Закатова. Материаловедение обувного производства
Изд-во Гизлегпром, М. 1953 г.
Публикуется с некоторыми сокращениями.
Кроме каучука, при производстве резины применяют регенерат, наполнители, мягчители, вулканизаторы, ускорители, противостарители, порообразователи и красящие вещества.
Регенерат. Регенерат представляет собой мягкий и пластичный материал, получаемый в результате специальной обработки старых, изношенных резиновых изделий или отходов резинового производства. Отечественная промышленность выпускает несколько видов регенерата — галошный, шинный и подошвенный — кусками или рулонами весом 15—20 кг.
В резиновые смеси, предназначенные для деталей низа обуви, вводят от 30 до 70% регенерата (от веса каучука).
Наполнители. Вводимые в резиновые смеси наполнители бывают активные и пассивные. Активные наполнители улучшают свойства резины (повышается ее прочность, увеличивается устойчивость к истиранию и т. п.).
Пассивные наполнители не изменяют свойств резины и вводятся для увеличения объема и, следовательно, понижения стоимости резиновых изделий.
В производстве резины для низа обуви применяются следующие наполнители: сажа газовая и ламповая, каолин, мел, окись цинка, окись магния, углекислая магнезия.
Наиболее активным наполнителем является газовая сажа, часто применяемая в комбинации с мелкораздробленным каолином, который менее активен в сравнении с сажей и применяется главным образом при изготовлении цветных резиновых смесей. Мел является активным наполнителем для резиновых смесей, содержащих СКВ, и пассивным наполнителем для резины, изготовленной на НК. Окись цинка и окись магния являются наиболее активными наполнителями для синтетического каучука; при введении в резиновую смесь углекислой магнезии увеличивается жесткость и прочность резины в большей степени, чем от введения мела или каолина.
Мягчители. Мягчители вводят в резиновые смеси в целях повышения растяжения резины и устойчивости ее к изгибу, а также для облегчения и ускорения процесса распределения в резиновой смеси порошкообразных материалов. В качестве мягчителей, вызывающих, как правило, набухание каучука, применяются: продукты переработки жиров и масел (стеариновая и олеиновая кислоты, фактисы), нефтяные продукты (рубберакс, тугоплавкие битумы, парафин, вазелин), каменноугольные, торфяные и древесные смолы, из которых наилучшим мягчителем является канифоль.
Канифоль представляет собой твердую смолу, получаемую путем отгонки скипидара из живицы, вытекающей при надрезе коры сосны. Канифоль, вводимая даже в больших количествах, почти не снижает прочность резины, значительно увеличивая удлинение и устойчивость к истиранию.
Вулканизаторы. Вулканизаторами называются вещества, при помощи которых осуществляется процесс превращения сырой резиновой смеси в резину. Основным вулканизующим веществом является сера.
Ускорители. Ускорители — это вещества, которые ускоряют процесс вулканизации, понижают температуру вулканизации и улучшают механические свойства резины. К ним относятся неорганические (сернистые металлы, окиси металлов) и органические (тиурам, каптакс, дифенилгуанидин) вещества.
Вулканизаторы вводят в смесь в небольшом количестве (около 3%).
Противостарители. Противостарители вводят для предохранения резиновых изделий от старения, которое выражается в понижении с течением времени прочности, тягучести и других свойств материала.
В качестве противостарителей применяют такие вещества, как неозон и дифениламин, вводимые в резиновые смеси в количестве 1,0—1,5% от веса каучука и препятствующие прониканию кислорода к частицам каучука.
Порообразователи. Порообразователи вводят при изготовлении пористой резины; действие их основано на том, что в процессе вулканизации они разлагаются с выделением газообразных веществ, обусловливающих получение резины с пористой структурой. В качестве порообразователей применяют бикарбонат натрия, смесь канифоли с мелом, диазоаминобензол и др., добавляемые в количестве до 4% от веса смеси.
Красящие вещества. Красящие вещества применяются для окрашивания резины и должны обладать стойкостью к действию высокой температуры.
Более яркую окраску дают органические красители, которые вводят в смесь в незначительных количествах. Окраска резины в черный цвет обеспечивается применением сажи.
Наполнители
Наполнители – это вещества различных классов, добавляемые в состав резиновых смесей, полимеров для изменения свойств и для удешевления получаемых продуктов.
Для производства резинотехнических изделий применяются резины, в зависимости от функционального назначения, различного состава, корды на полимерной основе, металлокорды, технические ткани, стальную проволоку и другие компоненты. Резиновая смесь может содержать более десятка различных составляющих, каждый из которых придает ей конкретные технологические и потребительские качества. Наполнители являются обязательным компонентом практически для каждой резины. Наиболее востребованы в качестве наполнителей различные марки технического углерода. Наличие технического углерода в резине, делает ее более прочной, повышает упругость, износостойкость, твердость, снижает расхода каучука.
В качестве упрочняющих наполнителей применяются также карбонат магния, окись цинка, карбонат кальция, кремнезем, некоторые глины, но они не так эффективны как технический углерод. В состав резиновой смеси в качестве наполнителя часто вводят регенерат — продукт отходов резинового производства или переработки старых резиновых изделий. Регенерат снижает склонность резины к старению, уменьшает ее стоимость.
Наполнители подразделяются на активные и неактивные. Активные наполнители позволяют получить материал с более высокими физико-механическими свойствами, чем исходный. Неактивные наполнители вводятся в состав смеси для получения определенных технологических и специфических качеств.
По происхождению наполнители могут быть органическими или минеральными. Органические наполнители представляют собой химические соединения, с углеродом в состав. Минеральные наполнители представляют собой неорганические дисперсные вещества разного химического состава. Минеральные наполнители подразделяются на природные (мел, тальк, гипс, коалин и др.) и синтетические (оксиды титана, магния, цинка, силикаты кальция, алюминия, фторид кальция и др.).
Поиск
Наша деятельность
- Производство РТИ изделий
- Валы и обрезинивание валов
- Неформовые РТИ (резинотехнические изделия)
- Смеси резиновые
- Ремни резиновые
- РТИ для морских терминалов, гидротехнических, судоходный и речных сооружений
- РТИ для нефтегазовой промышленности
- РТИ для обустройства автомобильных дорог
- РТИ для различных отраслей промышленности
- Рукава
- Техпластины резиновые и резинотканевые
- Формовые РТИ (резинотехнические изделия)
- Эбонитовые изделия
- Полиуретановые изделия
- Силиконовые изделия
- Стеклопластиковые изделия
- Фторопласт и изделия из фторопласта
- Уплотнения поршня
- Уплотнения штока
- Грязесъемники
- Вращающие уплотнения (уплотнения вала — R)
- Опорные кольца
- Направляющие кольца
- Обработка металла
- Полезные материалы
НТЦ РТИ и полимеров © Все права защищены
Научная электронная библиотека
Решение проблемы переработки и использования отходов неразрывно связано с защитой окружающей среды от загрязнения, комплексным использованием сырья и материалов.
Нефтехимическая промышленность — одна из самых развивающихся отраслей современности. Переработка нефти и последующее использование полученных продуктов в производстве полимерных материалов приводит к образованию и накоплению значительных количеств отходов и побочных продуктов, многие из которых и до настоящего времени не нашли своего достойного применения. Примером может служить производство полибутадиена, где в качестве таких побочных продуктов образуются димеры, тримеры бутадиена и другие низкомолекулярные производные. Сополимеризацией их со стиролом в 80-90 годах ХХ века был освоен в промышленных масштабах выпуск низкомолекулярного полимерного материала, который использовался в производстве лакокрасочных составах.
В последнее время все больший интерес вызывает проблема применения в резинах в качестве наполнителей волокон различного происхождения. Годовой объём отходов, содержащих природные волокна и нити, составляет десятки тысяч тонн. Использование их в латексных и каучуковых изделиях могло бы обеспечить достижение значительного экономического и природоохранного эффекта за счет дополнительного выпуска продукции и защиты окружающей среды.
В тоже время сырьевые источники для получения волокнистых наполнителей почти безграничны. Большое количество волокон и волокнистых материалов в качестве отходов образуются на текстильных предприятиях, швейных мастерских и других. Поэтому поиск наиболее перспективных направлений по их применению является важной актуальной задачей.
В промышленных масштабах волокнистые наполнители вводятся на вальцах в процессе приготовления резиновых смесей. При введении в резиновые смеси волокнистые отходы придают им требуемую жесткость, улучшают прочностные показатели. Однако введение на вальцах волокнистого наполнителя не позволяет достичь равномерного их распределения в объеме резиновой смеси, это в свою очередь отражается в дальнейшем на физико-механических показателях вулканизатов.
На основе выше изложенного можно сделать вывод, что перспективными будут те направления в исследованиях, которые позволят достичь равномерного распределения волокнистого наполнителя в объеме полимерной композиции с минимальными затратами. Одним из таких направлений является введение волокнистого наполнителя в полимер на стадии латекса при производстве эмульсионных каучуков.
Интенсивное развитие резиновой промышленности, увеличение выпуска существующих и создание новых типов резиновых изделий требуют постоянного совершенствования сырьевой базы. В последнее время все больший интерес вызывает проблема применения в резинах наполнителей различного происхождения.
К наполнителям относятся вещества различных классов, которые вводятся в полимеры для получения материалов с определенными свойствами.
Наполнители делятся на активные и неактивные. Активными наполнителями принято считать такие, которые позволяют получить композиционный материал с более высокими физико-механическими свойствами, чем исходный полимер. Неактивные наполнители вводятся в композиции для придания им технологических и специфических свойств.
Наполнители могут быть органического и минерального происхождения (рис. 1). Все минеральные наполнители представляют собой неорганические дисперсные вещества различного химического состава.
Минеральные наполнители подразделяются на естественно-дисперсные и искусственно-дисперсные минеральные продукты, которые могут, имея одну химическую природу, резко различаться по форме и физическим свойствам.
Различают природные (мел, коалин, туф, диатомит, барит, гипс, тальк, пемза и др.) и синтетические (коллоидная кремнекислота, химически осажденный мел, оксиды титана, цинка, магния, кальция, силикаты кальция и алюминия, фторид кальция и др.) минеральные наполнители [1].
Авторами [2] предлагается использовать в качестве наполнителя волластонитовый концентрат (ВК) и высокоочищенный тонкоизмельченный волластонит (ВТВ) Койташского месторождения. Анализ результатов исследований показал, что применение исследуемого наполнителя увеличивает относительную остаточную деформацию и твердость, снижает эластичность. Технологические и физико-механические свойства вулканизатов, содержащих ВТВ, не уступают композициям, наполненным Еленинским коалином. Следовательно, использование высокоочищенного тонкоизмельченного волластонита в рецептурах резиновых смесей для производства резинотехнических изделий целесообразно и перспективно.
Отдельную группу представляют наполнители, являющиеся отходами различных химических производств и горнодобывающей промышленности: фосфогипс, коалиновая пыль, отходы флотационного обогащения металлических руд, электрофильтровая зола и пыль, молотый сланец и др.
В работе [3] предложено использовать в качестве малоактивного наполнителя сепарированный феррохромовый шлак (СФШ), получаемый из отходов металлургического производства. В ходе исследования было отмечено, что новый наполнитель равномерно распределялся в резиновых смесях, не вызывал затруднений при изготовлении резин на вальцах и в резиносмесителях. Из полученных данных можно сделать вывод, что физико-механические свойства резин, содержащих в качестве наполнителя СФШ, соответствуют требованиям нормативной документации и находятся на одном уровне со свойствами смесей, содержащих мел и коалин.
Сопротивление истиранию, эластичность, сопротивление раздиру и стойкость к термическому старению опытных резин не ухудшаются.
Таким образом, применение минеральных наполнителей в производстве резин и увеличение их ассортимента способствует достижению необходимых технологических свойств, технических характеристик (повышение теплостойкости, теплопроводности и др.); экологических требований (применение отходов различных производств).
В то же время наряду с минеральными наполнителями в производстве резинотехнических изделий широко применяются волокнистые наполнители, основную часть которых составляют отходы текстильной промышленности.
Классифицировать текстильные отходы можно по различным признакам:
- 1) по химической природе волокна: хлопковые, шерстяные, химические и т.д.;
- 2) по технологии производства и вида текстильных материалов: отходы тканей, трикотажа, нетканых материалов и их комбинации;
- 3) по стадии производства текстильных материалов: волокнистые отходы, путанка и концы пряжи, лоскут и обрезки полотен;
- 4) по цвету: белые отходы, светлые (окрашенные в светлые тона: бежевый, светло-желтый, их комбинации) и разноцветные;
- 5) по чистоте: неочищенные и очищенные (подвергшиеся стирке, химчистке, дезинфекции и другим способам чистки).
Некоторая часть образующихся текстильных отходов используется в различных отраслях промышленности. Например, сильно засоренными хлопчатобумажными волокнистыми отходами тампонируют нефтяные скважины при бурении. Часть лоскутов и обрезков могут быть использованы в производстве толя и рубероида. Трудноутилизируемые подкладочные материалы подвергаются разволокнению и используются в виде ват как наполнители в производстве строительных материалов, в качестве тепло- и звукоизолирующей основы под линолеум [4].
К основным видам отходов из природных и химических волокон и нитей, образующихся в трикотажной, швейной и шелковой отраслях, относятся: путанки, концы пряжи и нити, лоскут, срывы, очесы, обрезы и ворс от стрижки искусственного меха и др.
Классификация волокон представлена на рис. 2.
Природные и химические волокна и нити перерабатываются в пряжу, ткани и другие текстильные изделия. Отходы образуются при ведении следующих технологических процессов:
— при разрыхлении и трепании — окрайки и подбор, пух трепальный, подвальный, трубный и фильтров, волокно, рвань холстов;
— при чесании — очес шляпочный, очески с главного и съемного барабанов, пух, рвань холстов; при утонении чесальной ленты — рвань ленты и ровницы, пух с чистителей;
— при прядении — мычка, рвань ровницы, колечки с верхних и чистильных валиков, пух с чистителей, путанка подметь.
В крутильном производстве образуются отходы в виде путанки одиночной трощеной и крученой пряжи и нитей, испытательных моточков нити, подмети отбраковок химических одиночных и крученых нитей.
В ткацком производстве образуются следующие отходы:
— при перематывании и сновании пряжи и нитей — путанки пряжи и нитей; шлихтовании и ткачестве — концы основ, отбраковка крученых нитей, волокнистые отходы в виде отрезанной кромки;
— при отделке и разбраковке — весовой лоскут, лоскут «лапша», волокно с ворсовальных и стригальных машин, отходы окрашенных нитей.
Использование массовых видов отходов, таких как путанка, лапша, кромочная обрезь, отходы крашеных нитей в условиях предприятий шелковой промышленности из-за отсутствия оборудования, необходимого для их разрыхления (разволокнения) затруднено. Поэтому значительное количество этих отходов реализуется на сторону, где применяется не всегда рационально. Поиск наиболее перспективных направлений по их применению является важной актуальной задачей [6].