Резины. Свойства и области применения

Введение

РЕЗИНА - эластичный материал, образующийся в результате вулканизации натурального (НК) и синтетических каучуков (СК). Представляет собой сетчатый эластомер-продукт поперечного сшивания молекул каучуков химическими связями. Свойства определяются как применяемым каучуком, так и ингредиентами резиновой смеси (подробнее ниже). Резины, в общем, имеют более высокую теплостойкость, чем каучуки. Современная физическая теория упрочнения каучука объясняет повышение его прочности наличием сил связи (адсорбции и адгезии), возникающих между каучуком и наполнителем, а также образованием непрерывной цепочно-сетчатой структуры наполнителя вследствие взаимодействия между частицами наполнителя. Возможно и химическое взаимодействие каучука с наполнителем.

Резина является одним из важнейших конструкционных материалов, который находит широкое применение в различных отраслях народного хозяйства и в быту. Это обуславливается, прежде всего, ее уникальной способностью значительно деформироваться при сравнительно небольших напряжениях, изменять форму при механическом нагружении, практически сохраняя постоянный объем, восстанавливать исходную форму после удаления нагрузки, поглощать в процессе деформирования и рассеивать при последующем восстановлении механическую энергию.

1. Твердая резина и мягкая резина

Изделия из твердой резины отличаются от изделий из мягкой резины главным образом количеством серы (или другого агента), используемого при вулканизации. Когда количество серы в резиновой смеси превышает 5%, в результате вулканизации получается твердая резина. Резиновая смесь может содержать до 47 частей серы на 100 частей каучука; при этом получается твердый и жесткий продукт, называемый эбонитом, поскольку похож на эбеновое (черное) дерево.

Изделия из твердой резины обладают хорошими диэлектрическими свойствами и используются в электротехнической промышленности в качестве изоляторов, например в распределительных щитах, вилках, розетках, телефонах и аккумуляторах. Изготовленные с применением твердой резины трубы, клапаны и арматура применяются в тех областях химической промышленности, где требуется коррозионная стойкость. Изготовление детских игрушек – еще одна статья потребления твердой резины.

Твердость резины характеризуется сопротивлением вдавливанию в резину металлической иглы или шарика (индентора) под действием усилия сжатой пружины или под действием груза. Для определения твердости резины применяются различные твердомеры. Часто для определения твердости резины используется твердомер ТМ-2 (типа Шора), который имеет притупленную иглу, связанную с пружиной, находящейся внутри прибора. Твердость определяется глубиной вдавливания иглы в образец под действием сжатой пружины при соприкосновении плоскости основания прибора с поверхностью образца (ГОСТ 263—75). Вдавливание иглы вызывает пропорциональное перемещение стрелки по шкале прибора. Максимальная твердость, соответствующая твердости стекла или металла, равна 100 условным единицам. Резина в зависимости от состава и степени вулканизации имеет твердость в пределах от 40 до 90 условных единиц. С увеличением содержания наполнителей и увеличением продолжительности вулканизации твердость повышается; мягчители снижают твердость резины.

Резину можно рассматривать как сшитую коллоидную систему, в которой каучук составляет дисперсионную среду, а наполнители - дисперсную фазу. Важнейшее свойство резины - высокая эластичность, т. е. способность к большим обратимым деформациям в широком интервале температур .Резина сочетает в себе свойсиства твердых тел (упругость, стабильность формы), жидкостей (аморфность, высокая деформируемость при малом объемном сжатии) и газов (повышение упругости вулканизационных сеток с ростом температуры, энтропийная природа упругости).

Резина - сравнительно мягкий, практически несжимаемый материал. Комплекс ее свойств определяется в первую очередь типом каучука; cвойства могут существенно изменяться при комбинировании каучуков.

Модуль упругости резины различных типов при малых деформациях составляет 1-10 МПа, что на 4-5 порядков ниже, чем для стали;  Коэфициент Пауссона резины близок к 0,5.

Упругие свойствава резины нелинейны и носят резко выраженный релаксационный характер: зависят от режима нагружения, величины, времени, скорости (или частоты), повторности деформаций и теспературы. Относительное удлинение достигает 1000%

Деформация обратимого растяжения резины может достигать 500-1000% (для стали примерно 1%).

Сжимаемость резины - для инженерных расчетов резину обычно считают несжимаемой.

Нижний предел температурного диапазона высокоэластичности резины обусловлен главным образом температурой стеклования каучуков, а для кристаллизующихся каучуков зависит также от температуры и скорости кристаллизации.

Верхний температурный предел эксплуатации резины связан с термичической стойкостью каучуков и поперечных химических связей, образующихся при вулканизации. Ненаполненные резины на основе некристаллизующихся каучуков имеют низкую прочность. Применение активных наполнителей (высокодисперсных саж, SiO2 и др.) позволяет на порядок повысить прочностные характеристики резины и достичь уровня показателей резины из кристаллизующихся каучуков.

Твердость резины определяется содержанием в ней наполнителей и пластификаторов, а также степенью вулканизации.

Плотность резины рассчитывают как средневзвешенное по объему значение плотностей отдельных компонентов. Аналогичным образом могут быть приближенно вычислены (при объемном наполнении менее 30%) теплофизические характеристики резины: коэфициент термического расширения, удельная объемная теплоемкость, коэфициент теплопроводности.

Резины незначительно поглощают воду и ограниченно набухают в органических растворителях.

Известны резины, характеризующиеся масло-, бензо-, водо-, паро- и термостойкостью, стойкостью к действию химически агрессивных сред, озона, света, ионизирующих излучений. При длит. хранении и эксплуатации резины подвергаются старению и утомлению, приводящим к ухудшению их механических свойств, снижению прочности и разрушению. Срок службы резины в зависимости от условий эксплуатации от нескольких дней до нескольких десятков лет.

Износостойкость

Основным показателем износостойкости является истираемость и сопротивление истиранию, которые определяются в условиях качения с проскальзыванием (ГОСТ 12251—77) или в условиях скольжения по истирающей поверхности, обычно, как и в предыдущем случае, по шлифовальной шкурке ГОСТ 426—77).

Истираемость (определяется как отношение уменьшения объема образца при истирании к работе, затраченной на истирание, и выражается в м3/МДж[см3/(кВт(ч)].

Сопротивление истиранию (определяется как отношение затраченной работы на истирание к уменьшению объема образца при истирании и выражается в МДж/м3 [см3/(кВт(ч)].

Истирание кольцевых образцов при качении с проскальзыванием более соответствует условиям износа протекторов шин при эксплуатации и поэтому применяется при испытаниям на износостойкость протекторных резин.

2. Каучуки и эластомеры (эластопласты)

1) Натуральный (НК) и синтетические изопреновые (СКИ). Плотность каучуков 910-920кг/м 3 , предел прочности 24-34МПа, относительное удлинение 600-800%. По эластическим свойствам марка СКИ-3 превосходит большую часть известных ныне СК и практически равноценна НК. Кроме того, выпускают изопреновый каучук пищевой СКИ-Зп, СКИ-Зс-для цветных изделий, СКИ-ЗНТП - для светлых тонкостенных изделий и др. Изопреновые каучуки применяются в производстве конвейерных лент, формовых изделий, губчатых медицинских и других изделий.

2) Бутадиеновый (СКД). Плотность каучука 900-920кг/м 3 , предел прочности 13-16МПа, относительное удлинение 500-600% . Известны: СКД I и II групп, различающиеся по пластичности, а также СКДМ - маслонаполненный , с содержанием масла от 16 до 25 ч. (по массе), СКДП - содержащий 9-10 % пиперилена. СКД обладает высокими морозостойкостью и сопротивлением истиранию. Резиновые смеси на основе СКД плохо перерабатываются экструзией и каландрованием. Для улучшения этих свойств, к СКД добавляют НК и СКИ-3. Маслонаполненный СКД обладает лучшими пластоэластическими свойствами, а вулканизаты на его основе - комплексом улучшенных физико-механических свойств. Смеси на основе СКД характеризуются низкой клейкостью. СКД уступает НК по прочности вулканизатов.

3) Бутилкаучук (БК) обладает стойкостью к кислороду, озону и другим химическим реагентам. Каучук обладает высоким сопротивлением истиранию и высокими диэлектрическими характеристиками. По температуростойкости уступает другим резинам,. Основным физическим свойством БК является необычно высокая газо- и влагонепроницаемость. Камера шины из этого материала удерживает воздух в 10 раз дольше, чем камера из натурального каучука. Бутилкаучук широко применяют как каучук общего и специального назначения. В производстве РТИ из БК изготовляют паропроводные рукава, конвейерные ленты и резиновые технические детали, от которых требуются повышенные тепло-, паро-, озоно- и химическая стойкость. БК применяют для изготовления электроизоляционных резин, различных прорезиненных тканей и обкладки химической аппаратуры. Резины из БК используются в деталях доильных аппаратов и в пищевой промышленности.

Каучук кристаллизующийся, что позволяет получать материал с высокой прочностью (хотя эластические свойства низкие).

4) Бутадиенстирольный (СКС) и бутадиенметилстирольные (СКМС) каучуки. Плотность каучука 919-920кг/м 3 , предел прочности 19-32МПа, относительное удлинение 500-800% Резины на основе бутадиенстирольных и бутадиенметилстирольных каучуков имеют высокое сопротивление истиранию. Резины из этих каучуков широко применяются в производстве конвейерных лент для обкладочных резин, различных РТИ. Выпускаются специальные марки морозостойких каучуков с пониженным содержанием стирола или метилстирола: СКС-Ю, СКМС-10 и СКС-10-1.

5) Бутадиеннитрильный (СКН). Резины на основе СКН обладают высокой прочностью, хорошо сопротивляются истиранию, но по эластичности уступают резинам на основе НК, превосходят их по стойкости к старению и действию разбавленных кислот и щелочей. Бутадиеннитрильный -основной тип маслобензостойкого каучука, широко применяемого при изготовлении очень большого ассортимента РТИ. Нитрильные каучуки маслостойки в степени, соответствующей содержанию в них акрилонитрила. Промышленность РТИ применяет следующие типы каучуков: СКН-18,СКН-18M, СКН-26, СКН-26М, СКН-40М, СКН-40Т, СКН-18РВДМ, СКН-26РВДМ. В настоящее время разработаны новые типы бутадиеннитрильных каучуков. К ним относятся: каучук с большим содержанием акрилонитрила, мягкого типа, получаемый с нетоксичным эмульгатором,- СКН-50СМ; модифицированный поливинилхлоридом - СКН-18ПВХ и др.

6) Этиленпропиленовые (СКЭП и СКЭПТ) сополимер этилена с пропиленом — представляет собой белую каучукообразную массу, которая обладает высокой прочностью и эластичностью, очень устойчива к тепловому старению, имеет хорошие диэлектрические свойства. Кроме СКЭП выпускают тройные сополимеры СКЭПТ.

Каучуки обладают комплексом ценных свойств (тепло-, свето- и озоностойкостью), позволяющих использовать их в производстве резин как общего, так и специального назначения. Стойки к действию сильных окислителей (HNOз, Н2О2 и др.), применяются для уплотнительных изделий, диафрагм, гибких шлангов и т. д., не разрушаются при работе в атмосферных условиях в течение нескольких лет. Он используется для производства формовых и неформовых изделий, изоляции, герметиков для гидравлических систем. Такой каучук изготавливается из дешевых сырьевых материалов и находит многочисленные применения в промышленности.

Этиленпропиленовый каучук имеет высокую воздухопроницаемость.

7) Хлоропреновый (ХК) = Найрит. Резины на основе наирита обладают высокой эластичностью, вибростойкостью, озоностойкостью, устойчивы к действию топлива и масел, хорошо сопротивляются тепловому старению. (Окисление каучука замедляется экранирующим действием хлора на двойные связи.)(масло -, бензо -, озоностойкость, негорючесть, повышенную теплостойкость), определяющих специфику его применения. Они не содержат серы в молекулярной цепи, более регулярны и кристаллизуются с большей скоростью. отличные динамические свойства. Наириты применяются в производстве клиновых ремней, формовой и неформовой техники, рукавов, лент и других РТИ. Резины на основе наирита с успехом используют для обкладки химической аппаратуры, подвергающейся действию щелочей, растворов солей и других агрессивных сред. Промышленностью выпускаются и жидкие наириты - которые используют для антикоррозионных и защитных покрытий.

Выпускаемые хлоропреновые каучуки могут быть разделены на две основные группы: модифицированные серой и модифицированные меркаптанами. К первой группе относятся наирит СР-50, наирит СР-100, наирит КР-50, которые содержат серу в молекулярной цепи, менее регулярны и имеют сравнительно невысокую скорость кристаллизации. Ко второй группе относятся наирит П, наирит НП, наирит ПНК, наирит НЕ. Освоено производство наиритов новых марок - ДФ, ДКР, ДН и др.

8) Хлорсульфированый полиэтилен (ХСПЭ) обладают повышенным сопротивлением истиранию при нагреве, озоно-, масло- и бензостойки, хорошие диэлектрики. Применяют как конструкционный и защитный материал (противокоррозионные, не обрастающие в морской воде водорослями и микроорганизмами покрытия), для защиты от воздействия излучения. Его вулканизаты обладают отличной озоностойкостью, высоким сопротивлением износу и стойкостью к атмосферным воздействиям, низким водопоглощением, хорошими диэлектрическими показателями, высокой химической стойкостью. ХСПЭ используют для обкладки конвейерных лент, транспортирующих нагретые материалы. Рекомендуется применять его в производстве рукавов, ремней, теплостойких уплотнителей, прокладок, губчатых изделий, специальных видов прорезиненных тканей.

К недостаткам относятся сравнительно высокое теплообразование, значительные остаточные деформации и газовыделение при нагревании.

9) Уретановый (СКУ)/ Полиуретановый обладают высокой прочностью, эластичностью, сопротивлением истиранию, маслобензостойкостыо. Стоек к кислороду и озону, его газонепроницаемость в 10 — 20 раз выше, чем у НК. Уретановые резины стойки к воздействию радиации. Резины на основе СКУ применяют для автомобильных шин, транспортерных лент, обкладки труб и желобов для транспортировки абразивных материалов, обуви и др.

На основе сложных полиэфиров вырабатывают СКУ-7, СКУ-8, СКУ-50; на основе простых полиэфиров - СКУ-ПФ, СКУ-ПФЛ.

10) Полисульфидный (ПСК) Тиокол. Устойчив к топливу и маслам, к действию кислорода, озона, солнечного света. Имеет высокую газонепроницаемость — хороший герметизирующий материал, хорошие характеристики старения, высокое сопротивление раздиру. Водные дисперсии тиоколов используют для герметизации железобетонных резервуаров.

Механические свойства резины на основе тиокола невысокие.

11) Акрилатный (АК)/ Полиакрилатный. Достоинством акрилатных резин является стойкость к действию серосодержащих масел при высоких температурах; их широко применяют в автомобилестроении. Они стойки к действию кислорода, достаточно теплостойки, обладают адгезией к полимерам и металлам. Отличительные свойства акриловых каучуков - это их высокая тепло- и маслостойкость. По теплостойкости они уступают только силоксановым и фторкаучукам. Общей особенностью СКУ является исключительно высокое сопротивление истиранию. По этому показателю они значительно превосходят не только все типы каучуков общего и специального назначения, но и многие металлы. Наряду с этим СКУ отличаются хорошей эластичностью.

Рекомендуется применять акрилатные каучуки для различных тепло- и маслостойких уплотнительных изделий (например, сальников, колец, прокладок), рукавов, диафрагм, защитных покрытий, гумирования аппаратуры, липких лент ; для изготовления изделий, работающих в условиях истирания: различных формовых изделий, печатных валиков, обкладок трубопроводов и спускных желобов, по которым транспортируются абразивные материалы, и т. д.

Недостатками являются низкая морозостойкость, невысокая стойкость к воздействию горячей воды и пара.

СКУ на основе простых эфиров известны под марками СКУ-ПФ, СКУ-ПФЛ; на основе сложных эфиров - СКУ-8, СКУ-7, СКУ-8П, СКУ-7Л, СКУ-7П.

12) Фторкаучук (СКФ). Каучуки устойчивы к тепловому старению, воздействию масел, топлива, различных растворителей (даже при повышенных температурах), негорючи стойки к действию сильных окислителей (HNOз, Н2О2 и др.), применяются для уплотнительных изделий, диафрагм, гибких шлангов и т. д., не разрушаются при работе в атмосферных условиях в течение нескольких лет.

Вулканизованные резины обладают высоким сопротивлением истиранию. Теплостойкость длительная. Резины из фторкаучуков широко применяют в авто- и авиапромышленности. Из фторкаучуков изготавливают уплотнительные и герметизирующие детали, предназначенные для работы в маслах и топливах при 200 °С и выше. Фторкаучуки нашли применение и в производстве рукавов, шлангов и трубок для горючих агрессивных жидкостей и газов, изоляции проводов и кабелей, эксплуатируемых в условиях высоких температур. Из фторкаучуков изготовляют губчатый материал, характеризующийся высокой стойкостью к агрессивным жидкостям и электрической прочностью в широком интервале температур. Широко используют также герметики из фторкаучуков.

Недостатками является малая стойкость к большинству тормозных жидкостей и низкая эластичность.

Наиболее широкое промышленное применение нашли две марки фторкаучуков: СКФ-26 и СКФ-32, выпускается фторкаучук СКФ-26НМ для изготовления термомаслобензостойких герметиков.

13) Силоксановый=Силиконовый (СКТ). Плотность каучука 1700-2000кг/м 3 , предел прочности 35-80МПа, относительное удлинение 360% .

СКТ — синтетический каучук теплостйкий. Их применяют как эластичные материалы специального назначения в различных отраслях промышленности, многих областях техники. Силоксановые резины используют для изготовления уплотнителей, мембран, профильных деталей для герметизации дверей и окон, кабин самолетов, а также гибких соединений, выдерживающих очень низкие температуры в высоких слоях атмосферы, значительные концентрации озона и солнечной радиации. Их сопротивление старению и диэлектрические характеристики также весьма высоки.

Высокая теплостойкость резин из силоксанового каучука, позволяет применять их также для изготовления резинометаллических виброизоляторов (амортизаторов), антивибраторов воздухопроводов, оболочек свечей зажигания, уплотнителей прожекторов и т. п. Следует сказать также об оснащении силоксановым резинами промышленных печей и различных аппаратов, работающих при высоких температурах (башен для крекинга нефтепродуктов, газопроводов, рекуперационных установок и т. д.). Из резин на основе силоксанового каучука изготавливают теплостойкие рукава. Кроме того, повышенная стоимость таких резин окупается длительной работоспособностью их по сравнению с обычными резинами.

В растворителях и маслах он набухает, имеет низкую механическую стойкость, высокую газопроницаемость, плохо сопротивляется истиранию.

Выпускаются каучуки СКТ, СКТВ, СКТВ-1 и СКТН и др.

14) Фторсилоксановый=Фторсиликоновый= (СКТФТ ). Сочетает хорошие температурные характеристики силиконов с определенной химической стойкостью на маслах и топливах. Обеспечивает значительное расширение области применения силиконов. Из-за весьма ограниченных механических свойств рекомендуется применять фторсиликоны только в неподвижных соединениях. Первичное применение нашли в топливных системах при температурах до +177оС.

15) Эпихлоргидрин – современный эластопласт востребованный прежде всего ввиду превосходной газонепроницаемости при отличной устойчивости к нефтяным маслам. Устойчив к озону, окислению, атмосферным воздействиям и солнечному свету.

К недостаткам следует отнести сложность механической обработки и возможность проявления коррозионной активности полимера.

Как технический материал резина отличается от других материалов высокими эластичными свойствами, что связано со свойствами самой основы резины - каучука.

 

3. Уникальные свойства силиконовых резин и область их применения

Автомобильная промышленность, кабельная и электротехническая промышленность, изделия для контакта с пищей и питьевой водой, медицинские, фармацевтические, гигиенические изделия и товары для детей, технические изделия.

Автомобильная промышленность

Силиконовые резины применяются для изготовления прокладок, уплотнений, амортизирующих и изолирующих соединений в: автомобильных двигателях; органах управления автомобилем; электрооборудовании; электронных приборах; подвеске кузова; салоне автомобиля.

Характерные свойства:

устойчивость к воздействию масел, антифризов и ультрафиолета; устойчивость к температурным колебаниям; низкая остаточная деформация; износостойкость; высокая механическая прочность; высокая эластичность при пониженных температурах.

Кабельная и электротехническая промышленность

Электрические кабели для промышленного оборудования, электробытовых приборов, электронагревателей и электропечей, рентгеновского оборудования, галогенных ламп, атомных станций, подземных железных дорог, электроинструментов и приборов контроля, работающих в агрессивных средах и повышенных температурах.

Характерные свойства кабельных силиконовых резин:

термостойкость и стойкость к термическому старению; устойчивость к горению; сбалансированные механические характеристики; хорошие электрические характеристики; способность к образованию устойчивого керамического покрытия при сгорании; высокая (сотни метров в минуту) и равномерная скорость экструзии; длительный срок эксплуатации.

Производство изоляторов (цельнолитых, "шашлычного" типа и оболочковых) для силовых и трансформаторных подстанций, линий электропередач, железных дорог и т.д.

Характерные свойства изоляторных силиконовых резин:

высокая дуго- и трекингостойкость; высокие диэлектрические характеристики; отличная гидрофобность; хорошие механические характеристики; длительный срок эксплуатации.

Производство клавиатур и гибких элементов для калькуляторов, телефонов, телексов, компьютеров и игровых приставок, пультов дистанционного управления и т.д.

Характерные свойства:

хорошие диэлектрические характеристики; высокая прочность и износостойкость;

низкая остаточная деформация.

Изделия для контакта с пищей и питьевой водой

Структура силиконовых резин достаточно проста, они не содержат ни органических стабилизаторов, нипластификаторов, ни добавок. "Чистая" химия силиконовых резин позволяет широко их использовать в производстве прокладок и уплотнений, контактирующих с пищевыми продуктами (кофеварки, кофемолки, миксеры, электро- и микроволновые печи, электровафельницы, термосы, кухонные комбайны, посуда и т.д.).

Характерные свойства:

отсутствие запаха и вкуса; гигиеничность; легко очищается; устойчивость к холодной и кипящей воде, водяному пару; водо- и пылеотталкивающие свойства; устойчивость к органическим кислотам и основаниям, содержащимся в пище; термостойкость; отсутствие аллергического эффекта; износостойкость; безопасность в эксплуатации (не плавятся, не горят, не выделяют вредных веществ при повышенных температурах).

Медицинские, фармацевтические, гигиенические изделия и товары для детей

Комбинация высоких механических характеристик с "чистой" химической структурой (отсутствие пластификаторов,стабилизаторов и промотеров) силиконовых резин позволяет их использовать в производстве широкой гаммы изделий медицинского назначения:

трубки дренажные для хирургии; трубки и изделия для диализа и переливания крови, инфузионных растворов и т.д.; зонды медицинские; катетеры; протезы и имплантанты;

уплотнения, клапаны и диафрагмы для фармацевтического и медицинского оборудования; анестезирующие маски; соски для детского питания; игрушки для маленьких детей.

Характерные свойства:

оптическая прозрачность; отсутствие запаха и вкуса; гигиеничность; физиологическая совместимость; отсутствие аллергического эффекта; легко очищаются; устойчивость к холодной и кипящей воде, перегретому водяному пару (возможность многократной стерилизации); водо- и пылеотталкивающие свойства; термостойкость; износостойкость;

безопасность в эксплуатации (не плавятся, не горят, не выделяют вредных веществ при повышенных температурах).

Технические изделия

Уникальные свойства силиконовых резин находят широкое применение в технике и промышленности там, где изделия работают в "жестких" условиях (высокой/низкой температуре, при больших температурных колебаниях, механических нагрузках, в водной или паровой среде и т.д.):

уплотнения любого типа; втулки, вилки, патроны, клапаны и пробки; амортизаторы;

валы и ролики для фотокопий, ксерокопирования, в производстве пластмасс, текстиля, стали, бумаги, стекла, керамической и деревообрабатывающей промышленности;

шланги, трубки и профили; листовые материалы.

Характерные свойства:

высокая прочность; низкая остаточная деформация; большое относительное удлинение;

износостойкость; устойчивость к горению; водо- и паростойкость; маслостойкость; устойчивость к температурным колебаниям; надежная эксплуатация в широком диапазоне температур; высокая эластичность при пониженных температурах; устойчивость к низкому давлению; устойчивость к воздействию ультрафиолета и радиации.

 

 

Заключение

Особенности свойств резин как конструкционного материала

Резина является одним из важнейших конструкционных материалов, который находит широкое применение в различных отраслях народного хозяйства и в быту. Это обуславливается, прежде всего, ее уникальной способностью значительно деформироваться при сравнительно небольших напряжениях, изменять форму при механическом нагружении, практически сохраняя постоянный объем, восстанавливать исходную форму после удаления нагрузки, поглощать в процессе деформирования и рассеивать при последующем восстановлении механическую энергию.

По своим механическим свойствам резины и каучук отличаются от упругих тел и вязких жидкостей.

Напряжение в резинах в отличие от упругих твердых тел зависит как от величины, так и от скорости деформации, т.е. в резинах сочетаются свойства упругих тел и вязких жидкостей. Основной исходный материал в производстве резины – каучук, но механические свойства каучука и резины различаются. При бесконечно малой скорости деформации в образцах каучука напряжение должно снижаться до нуля, а в образцах резины – до некоторых значений, получивших название равновесных напряжений. Каучук при этом приближается к жидкости, а резина – к твердому упругому телу (из-за образования пространственной сетки).

В реальных условиях чрезвычайно сложно задать  такую скорость деформации, при которой достигалось бы равновесное состояние. При переработке, эксплуатации и испытании резин скорость деформации изменяется до некоторого конечного значения. Зависимость напряжения и деформации от времени действия нагрузки и скорости деформации, или релаксации, является важнейшей характеристикой резин.

Релаксационные свойства эластомеров зависят от соотношения энергии взаимодействия между структурными элементами полимера и энергии теплового движения этих элементов. Изменение температуры приводит к соответствующему изменению энергии теплового движения, что обуславливает зависимость механических свойств каучуков и резин от температуры.

Таким образом, механические свойства резин определяются поведением их как в равновесном, так и не в равновесном состоянии.

Одной из главных особенностей механических свойств резин является способность их существенно изменяться под воздействием внешних факторов механического и немеханического характера. Эти изменения связаны с соответствующими изменениями структуры и могут носить обратимый и необратимый характер. При деформации резин, особенно наполненных, наблюдаются так называемые тиксотропные явления: уменьшения твердости и модуля вулканизатов и последующее восстановление свойств в процессе длительного отдыха. Скорость и степень восстановления зависят от условий деформации и отдыха и их значения увеличиваются при повышении температуры. Снижение модуля при повторных растяжениях, так называемое «размягчение», или эффект Патрикеева – Маллинса, наблюдается только при деформациях, меньших первоначальной. Почти полное восстановление модуля в процессе отдыха исключает возможность влияния остаточной деформации или медленного релаксационного возвращения в состояние равновесия, поэтому снижение модулей при растяжении резины можно объяснить разрушением некоторых элементов сетки, которые не участвуют в процессе противодействия в течение второго и последующего циклов растяжения.

Механические свойства резин могут существенно изменяться даже при кратковременной деформации. При этом наряду с описанными выше обратимыми изменениями могут происходить и необратимые. Последние могут быть следствием ряда механохимических и химических процессов, активируемых механическим напряжением и приводящих к достаточно глубоким структурным изменениям. Необратимое разрушение структуры под действием механических сил тем больше, чем меньше скорость релаксационных процессов. При многократных деформациях это приводит к соответствующим изменениям структуры и свойств резин.

Из немеханических факторов, влияющих на свойства резин, прежде всего, следует выделить воздействие тепла. Оно вызывает обратимые изменения структуры и свойств связанные с повышением энергии теплового движения. Наряду с этим   длительное воздействие тепла может привести к необратимым изменениям, особенно в химически активной среде (озон, кислород и др.). Необратимые изменения происходят также под влиянием света, различных видов источников излучения, влаги или суммарного воздействия всех этих факторов, например при хранении или эксплуатации резины в атмосферных условиях. Необратимые изменения свойств полимеров называются старением.

Список используемых источников и литературы

1. Евстратова Л.М. Материаловедение: учеб. пособие для вузов ,"ФЕНИКС", 2008 г., 266 с.

2. Сеферов Г.Г. Материаловедение: уч. Инфра-М, 2008 г., 150 с.

3. Солнцев Ю.П. Материаловедение: уч. Академия, 2008 г., 496 с.

4. Ульянина И.Ю. Материаловедение в схемах и конспектах. Учебное пособие. Часть 2 - 3 изд., МГИУ, 2006 г.

5. Чумаченко Ю.Т., Чумаченко Г.В. Материаловедение: уч., 2005 г., 320 c.