вулканизированная резина что это такое
О холодной и горячей вулканизации резины
Время на чтение: 5 минут
Почти каждый автолюбитель хоть иногда задавался вопросом: вулканизация шин — что это такое? И действительно, далеко не многие знают, как именно происходит данный процесс, в результате каких химических реакций осуществляется вулканизация.
Вулканизированная резина: что это такое
Вулканизация резины — это довольно интересная процедура, так как в качестве вулканизирующих агентов выступает немало химических соединений. Основным элементом данной структуры является каучук. Именно он преобразовывается в резину вследствие технологического процесса вулканизации.
Вулканизированная резина
Это химическая реакция, которая представляет собой превращение сырого каучука в вулканизационную сетку, благодаря присоединению к нему иных химических соединений. При этом у каучука улучшается твердость, эластичность, устойчивость к высоким и низким температурам.
Применение таких веществ, как каучук и сера в процессе вулканизации называется серной вулканизацией. Именно атомы серы способствуют образованию межмолекулярных поперечных связей. Смесь нагревают до 160 °. Когда процент добавленной серы не превышает 5 %, то получается мягкий вулканизат. Из него изготавливают камеры, покрышки, резиновые трубки и т. п. А если добавляется больше 30 % серы, то получается жесткий эбонит.
Таким способом можно получить эластомер, который будет невероятно стойким к химическим и термическим воздействиям.
Весь процесс вулканизации можно разделить на несколько этапов:
Горячая вулканизация
Такой метод чаще всего используется для устранения боковых порезов на автошине, которые больше 1 см. Именно на горячую получается добиться более надежного скрепления резины. Данный способ считается одним из самых прочных среди всех известных. Горячее склеивание имеет массу плюсов:
В первом случае происходит следующее:
Двухэтапная проходит следующим образом:
Такой способ более плотно закрывает порез и обеспечивает хорошее затвердевание резины.
Технология и время вулканизации сырой резины
Время вулканизации сырой резины — примерно 4 минуты на каждый миллиметр толщины. При этом по 30 минут дается на прогрев промежуточных подушек. Так, например, профессионалы могут отремонтировать шину за пару часов. Если речь идет о грузовой покрышке, то продолжительность ремонта может затянуться до 4 часов. Этапов обработки и склеивания пореза несколько:
Холодная склейка
Именно хороший клей в силах склеить резину так, как бы это сделала горячая вулканизация. Но стоит отметить, что данный способ является временным ремонтом. Его можно сделать самостоятельно при поломке в дороге и доехать так до ближайшей СТО. А там уже произвести склеивание на горячую. Если такая ситуация случилась в пути, то нужно произвести следующие манипуляции:
Также эффективному склеиванию поддаются повреждения не более 35 мм (продольные) и 25 мм (поперечные). Холодная вулканизация схватывается около 30 минут. После этого только можно ехать. Но тут все зависит от величины пореза, холода либо жары, а также от качества клея. Полное высыхание материала наступает через двое суток. Такой способ очень хорошо подходит для устранения мелких порезов и проколов.
Вулканизатор для шин своими руками
Его можно сделать даже собственными руками, имея смекалку и умелые руки. Изготовить агрегат можно:
Если использовать утюг, то его подошва будет служить нагревательным элементом. Идеальным будет прибор, имеющий терморегулятор. В качестве пресса может выступать струбница. Для такого вулканизирующего устройства понадобится минимум затрат денег и материала.
Поршневой вулканизатор станет незаменимым помощником, если прокол шины случился в пути, а под рукой нет никаких специальных материалов для вулканизации и розетки. Такой агрегат работает по следующей схеме:
Произвести самодельную вулканизацию вполне возможно, но лучше, если эту работу сделают профессионалы на СТО. Данная процедура не займет много времени, да и стоит недорого.
Разница между вулканизированной и невулканизованной резиной
Содержание:
Эта статья предоставляет обзор,
1. Что такое вулканизированная резина?
— Определение, свойства, процесс вулканизации
2. Что такое невулканизованная резина?
— определение, свойства, структура
3. В чем разница между вулканизированной и невулканизованной резиной?
Что такое вулканизированная резина
Резина, прошедшая процесс вулканизации, называется вулканизированной резиной. В процессе вулканизации между независимыми полимерными цепями конкретного каучука образуются химические связи, в результате чего образуется молекулярная сеть внутри полимерной матрицы. Эти новые химические связи часто называют поперечными связями. Цепочки из атомов серы, отдельных атомов серы, атомов углерода и углерода или ионов поливалентных металлов могут образовывать эти поперечные связи. Вулканизированный каучук становится жестким и менее липким из-за образования этой молекулярной сети. Наиболее важно то, что вулканизированные каучуки возвращаются к своей первоначальной форме при снятии больших механических напряжений. Таким образом, процесс вулканизации уменьшает количество постоянных деформаций и увеличивает обратные силы. Другими словами, процесс вулканизации снижает пластичность при одновременном повышении эластичности.
Существует четыре типа систем вулканизации (системы отверждения);
Система серы является самой распространенной и широко применяемой системой отверждения в мире. Это медленная вулканизирующая система, которая требует большого количества серы, высоких температур и длительных периодов нагрева. Наиболее важные параметры процесса вулканизации включают время, прошедшее до его начала (время обжига), скорость вулканизации и степень вулканизации. Инструмент, называемый реометром, может быть использован для определения этих параметров.
Система вулканизации серы
Что такое невулканизованная резина
Каучук, который не подвергся процессу вулканизации, называется невулканизованным каучуком. Невулканизованная резина не является прочной и легко подвергается постоянным деформациям при приложении большого механического напряжения. Невулканизованные каучуки обычно липкие.
Природные и синтетические предшественники полиизопрена
Разница между вулканизированной и невулканизованной резиной
Определение
Структура резины
Вулканизированная резина: Вулканизированная резина имеет межмолекулярную систему с сильно сшитыми полимерными цепями.
Невулканизованная резина: Невулканизованная резина имеет только полимерные цепи, не имеет поперечных связей или межмолекулярных сетей.
Процесс
Вулканизированная резина: Процесс осуществляют путем нагревания резины, смешанной с вулканизующим агентом, в пресс-форме под давлением.
Невулканизованная резина: Такой процесс не нужен.
Деформация под большим механическим напряжением
Вулканизированная резина: Вулканизированная резина принудительно возвращается к своей первоначальной форме, не вызывая деформаций после снятия механического напряжения.
Невулканизованная резина: Невулканизованная резина вызывает деформацию при больших механических нагрузках.
Химический состав исходного полимера
Вулканизированная резина: Химический состав изменяется при добавлении отвердителей.
Невулканизованная резина: Там нет такого изменения в химическом составе.
Рекомендации:
Эйрих Ф. Р. (2012). Наука и техника резины. Elsevier.
Mark, J.E., Erman B. & Eirich, F.R. (2013). Наука и техника резины (4-е изд.). Академическая пресса.
Вулканизация резины
Шиномонтажных мастерских становятся все больше и больше. Однако в дороге, как у велосипедиста, так и у автомобилиста, может возникнуть ситуация, когда колесо пробилось, а до мастерской далеко. У автолюбителя зачастую есть запасное колесо, а вот у водителя велосипеда такого колеса нет, и возникает необходимость вулканизировать камеру в пути.
Понятие о вулканизации
Вулканизация – это химический процесс, в ходе которого, сырой каучук, улучшая свойства материала в прочности и упругости, становится резиной. По сути, каучук может применяться, как специальный клей, для заделывания прокола в камере или покрышке. Процессы вулканизации резины бывают такими:
Виды резины
Резина один из немногих материалов, имеющих различную твердость. В зависимости от процентного содержания серы она бывает:
Каучук, является природным материалом, и как правило продукция изготовленная из натуральных составляющих, получается наиболее качественной и долговечной. Поэтому комплектующие для велосипедных и автомобильных колес, изготавливается из мягкой резины, в основе которой каучук.
Электрическая вулканизация резины
Электрическая вулканизация резины
Существуют также специальные струбцины с элементом нагрева. Такие устройства могут работать от бытовой сети 220В, от автомобильного аккумулятора, через розетку прикуривателя и от собственной батареи. Все зависит от исполнения каждого прибора. Данные струбцины просты в использовании, необходимо приложить латку из резины к камере, зажать и включить в сеть.
Серная вулканизация резины
После вулканизации каучука
Эта операция состоит из химической реакции, в ходе которой к каучуку присоединяют атомы серы. При добавлении до 5%, получается сырье для изготовления камер и покрышек. В случае склеивания двух элементов, сера, помогает соединять молекулы каучука, образовывая так называемый мостик. Данная процедура относится к горячему способу, но вряд ли получится ее проделать ее в походе или на трассе.
Горячая вулканизация
Каучук, как сырой материал, имеет свойство свариваться в единый состав при температуре 150 °С. Вследствие этого процесса, каучук становится уже резиной и в исходное положение вернуться не может. Благодаря своим возможностям каучук может исправить любые проколы и порезы в камере и покрышке.
Вулканизировать резину горячим способом нужно, только с применением пресса. Глубина и площадь пореза, подскажут, сколько времени нужно сваривать. Как правило, чтобы восстановить 1мм пореза, нужно 4 минуты варки. Соответственно если порез 4мм, то вулканизировать нужно 16 минут. При этом аппаратура должна быть разогрета и настроена.
Использование струбцин или пресса, позволяет качественно залатать повреждение. После окончания работ следует убедиться, что в шве нет пустот или пузырьков воздуха. Если таковые имеются, нужно очистить место прокола от свежей резины и заново повторить весь процесс.
Для того, чтобы заклеить камеру в домашних условиях, горячим способом, необходимо выполнить следующее. Из сырой резины, нужно вырезать кусочек немного меньше, чем сама латка. Камера или шина зачищаются в месте повреждения несколько шире, до шероховатого состояния, после чего обезжириваются бензином. Подготавливая латку, нужно подрезать фаску таки под углом 45°, также зашкурить и обезжирить. После чего накрываем место пробоя заплаткой, зажимаем в тиски и нагреваем до нужной температуры.
Если растворить сырую резину в бензине, то можно получить специальный клей, для резины, применяя который повышается качество шва. Особое внимание следует уделять температурному режиму. Вулканизация производится при температуре 140 — 150 °С, если появился запах горелой резины, то значит заплатка перегрелась, а если она не слилась с общим изделием, то возможно не достигли нужной температуры. Во избежание прилипания резины к металлу, нужно проложить между ними бумагу.
Холодная вулканизация
В наше время воспользоваться этим методом не составляет труда, так как приобрести набор для ремонта можно в каждом магазине авто или вело запчастей. Комплектация такого набора может отличаться, но в каждом есть латки и специальный клей.
Холодная вулканизация резины
Процедура ремонта в этом случае похожа на горячий способ. Также нужно обработать поврежденную поверхность абразивом, удалить резиновую пыль и обезжирить. После высыхания нанести клей на камеру и приклеить заплатку. В этом случае играет роль не продолжительность прижатия, а его сила. Поэтому недостаточно будет просто придавить камнем, необходимо большее усилие.
Холодная вулканизация резины своими руками довольно-таки несложный процесс, который можно выполнить, где бы ни находился, если есть специальный набор. Однако сырая резина своими руками в домашних условиях не делается. Для таких работ нужно специальное оборудование.
Изготовление приспособления для вулканизации
Каждый вулканизатор имеет два основных элемента – нагревательную часть и зажимное устройство. В основе такого оборудования для обработки резины, может использоваться:
В приспособлении с утюгом, нагревательной частью является поверхность, которой в быту гладят. Если планируем использовать электроплиту, то нагревательную спираль следует закрыть, металлическим листом, а при работе нужно прокладывать бумагу между резиной и металлом. Такое устройство должно быть оборудовано терморегулятором, во избежание перегрева материала.
Прижимную часть вулканизатора проще всего сделать из струбцины. Наиболее простым в изготовлении будет устройство, состоящее из утюга и струбцины. Поскольку они оба металлические, соединить их при помощи дуговой сварки не составит труда. Утюг же имеет терморегулятор.
В вулканизаторе из поршня, также используется металлическая пластина. На нее укладывается резиновая камера. Поршень, своей гладкой частью, которая контактирует со взрывной смесью в двигателе, при помощи самодельного зажима, придавливает латку. Между поршнем и латкой, также прокладывается бумага. После чего в поршень заливается бензин и поджигается.
Такое устройство из поршня, особенно актуально в дороге, когда нет возможности подключиться к электрической сети. Однако такое устройство лишено терморегулятора, и контролировать температуру придется вручную.
Плюсы и минусы вулканизации
Основным достоинством процесса ремонта резины является то, что отремонтировать дешевле, чем купить новое. Однако каждая ситуация индивидуальна, поэтому важно определить спасет ли ремонт ситуацию.
Холодный способ достаточно прост в использовании, это не займет много времени, а затраты будут минимальными. Главный же минус такого способа, это ненадежность склеивания. Такая процедура является временной, и следует как можно быстрее обратиться на СТО.
Горячая вулканизация надежно сваривает резину, позволяет проводить такие работы при любой температуре и имеет невысокую стоимость.
Итак, выполнить ремонт камеры или покрышки можно разными способами, но лучше доверить эту работу специалистам, потому что это собственная безопасность.
Вулканизация каучука
Каучук, добываемый в природе, не всегда подходит для изготовления деталей. Это вызвано тем, что его природная эластичность очень низка, и очень зависит от внешней температуры. При температурах близких к 0, каучук становится твердым или при дальнейшем понижении он становится хрупким. При температуре порядка + 30 градусов каучук начинает размягчаться и при дальнейшем нагреве переходит в состояние расплава. При обратном охлаждении своих изначальных свойств он не восстанавливает.
Кроме того природный каучук может быть с легкостью растворен органическими соединениями.
Для закрепления ряда достоинств каучука и устранения его недостатков применяют такой технический прием как вулканизация каучука.
Вулканизация
Вулканизация, так называют один из технологических процессов, применяемых на производстве резины. Во время этого процесса сырой каучук, натурального или искусственного происхождения, становится резиной.
У каучука, прошедшего через вулканизацию, заметно улучшается прочность, химическая стойкость, эластичность, повышается устойчивость к воздействию высоких и низких температур и ряд других технических свойств. Суть этого процесса заключается в следующем – под воздействием высокой температуре и определенного давления происходит связывание линейных макромолекул в единую целое. Эта система носит название вулканизационной сетки.
По окончании процесса вулканизации между макромолекулами создаются поперечные связи. Их количество и структура определяется способом проведения этой операции. Во время этого процесса определенные свойства каучука изменяются не линейно, а с прохождением через определенные точки максимума и минимума. Точка, в которой проявляются оптимальные свойства резины, называется оптимумом вулканизации.
Для обеспечения необходимых эксплуатационных и технических свойств резины в каучук добавляют различные вещества и материалы – сажу, мел, размягчители и пр.
На практике применяют несколько методов вулканизации, но их объединяет одно – обработка сырья вулканизационной серой. В некоторых учебниках и нормативных документах говорится о том, что в качестве вулканизирующих агентов могут быть использованы сернистые соединения, но на самом деле они могут считаться таковыми, только потому, что они содержат в себе серу. Иначе, они могут оказывать влияние вулканизацию ровно, так же как и остальные вещества, которые не содержат соединений серы.
Некоторое время назад, проводились исследования в отношении проведения обработки каучука органическими соединениями и некоторыми веществами, например:
Но проведенные исследования показали, что никакого практической ценности эти вещества в части вулканизации не имеют.
Процесс вулканизации
Процесс вулканизации каучука можно разделить на холодный и горячий. Первый, может быть разделен на два типа. Первый подразумевает использование полухлористой серы. Механизм вулканизации с применением этого вещества выглядит таким образом. Заготовку, выполненную из натурального каучука, размещают в парах этого вещества (S2Cl2) или в ее растворе, выполненный на основе какого-либо растворителя. Растворитель должен отвечать двум требованиям:
Как правило, в качестве растворителя можно использовать сероуглерод, бензин и ряд других. Наличие полухлористой серы в жидкости не дает каучуку растворяться. Суть этого процесса заключается в насыщении каучука этим химикатом.
Чарльз Гудьир изобрел процесс вулканизации каучука
Длительность процесса вулканизации с участием S2Cl2 в результате определяет технические характеристики готового изделия, в том числе эластичность и прочность.
Время вулканизации в 2% — м растворе может составлять несколько секунд или минут. Если процесс будет затянут по времени, то может произойти так называемая перевулканизация, то есть заготовки теряют пластичность и становятся очень хрупкими. Опыт говорит о том, что при толщине изделия порядка одного миллиметра операцию вулканизации можно проводить несколько секунд.
Эта технология вулканизации является оптимальным решением для обработки деталей с тонкой стенкой – трубки, перчатки и пр. Но, в этом случае необходимо строго соблюдать режимы обработки иначе, верхний слой деталей может быть вулканизирован больше, чем внутренние слои.
По окончании операции вулканизации, полученные детали необходимо промыть или водой, или щелочным раствором.
Существует и второй способ холодной вулканизации. Каучуковые заготовки с тонкой стенкой, помещают в атмосферу, насыщенную SO2. Через определенное время, заготовки перемещают в камеру, где закачан H2S (сероводород). Время выдержки заготовок в таких камерах составляет 15 – 25 минут. Этого времени достаточно для завершения вулканизации. Эту технологию с успехом применяют для обработки клееных швов, что придает им высокую прочность.
Специальные каучуки обрабатывают с применением синтетических смол, вулканизация с их использованием не отличается от той, что описана выше.
Горячая вулканизация
Технология такой вулканизации выглядит следующим образом. К отформованной из сырого каучука добавляют определенное количество серы и специальных добавок. Как правило, объем серы должен лежать в диапазоне 5 – 10% конечная цифра определяется исходя из предназначения и твердости будущей детали. Кроме серы, добавляют так называемый роговой каучук (эбонит), содержащий 20 – 50% серы. На следующем этапе происходит формование заготовок из полученного материала и их нагрев, т.е. вулканизация.
Нагрев проводят различными методами. Заготовки помещают в металлические формы или закатывают в ткань. Полученные конструкции укладывают в печь разогретую до 130 – 140 градусов Цельсия. В целях повышения эффективности вулканизации в печи может быть создано избыточное давление.
После вулканизации каучука
Сформированные заготовки могут быть уложены в автоклав, в котором находиться перегретый водяной пар. Либо их помещают в нагреваемый пресс. По сути, этот метод наиболее распространен на практике.
Свойства каучука прошедшего вулканизацию зависят от множества условий. Именно поэтому вулканизацию относят к самым сложным операциям, применяемым в производстве резины. Кроме того, немаловажную роль играет и качество сырья и метод его предварительной обработки. Нельзя забывать и об объеме добавляемой серы, температуры, продолжительность и метод вулканизации. В конце концов, на свойства готового продукта оказывает и наличие примесей разного происхождения. Действительно наличие многих примесей позволяет выполнить правильную вулканизацию.
В последние годы в резиновой промышленности стали использовать ускорители. Эти вещества добавленные в каучуковую смесь ускоряют протекающие процессы, снижают энергозатраты, другими словами эти добавки оптимизируют обработку заготовки.
При реализации горячей вулканизации на воздухе необходимо присутствие свинцовой окиси, кроме того может потребоваться присутствие свинцовых солей в купе с органическими кислотами или с соединениями которые содержат кислотные гидроокислы.
В качестве ускорителей применяют такие вещества как:
Вулканизация, проводимая под воздействием водяного пара может существенно сократиться если использовать такие химические вещества, как щелочи: Са(ОН)2, MgO, NaOH, КОН, или соли Na2CО3, Na2CS3. Кроме того, ускорению процессов поспособствуют соли калия.
Существуют и органические ускорители, это амина, и целая группа соединений, которые не входят в какую-либо группу. Например, это производные от таких веществ как амины, аммиак и ряд других.
На производстве чаще всего применяют дифенилгуанидин, гексаметилентетрамин и многие другие. Не редки случаи, когда для усиления активности ускорителей используют окись цинка.
Кроме добавок и ускорителей не последнюю роль играет и окружающая среда. К примеру, наличие атмосферного воздуха создает неблагоприятные условия для проведения вулканизации при стандартном давлении. Кроме воздуха, отрицательное воздействие оказывают угольный ангидрид и азот. Между тем, аммиак или сероводород оказывают положительной воздействие на процесс вулканизации.
Процедура вулканизации придает каучуку новые свойства и модифицирует существующие. В частности, улучшается его эластичность и пр. контролировать процесс вулканизации можно контролировать, постоянно замеряя изменяемые свойства. Как правило, для этого используют определение усилия на разрыв и растяжение на разрыв. Но эти метод контроля не отличаются точностью и его не применяют.
Резина как продукт вулканизации каучука
Техническая резина – это композиционный материал, содержащий в своем составе до 20 компонентов, обеспечивающих различные свойства этого материала. Резину получают путем вулканизации каучука. Как отмечалось выше, в процессе вулканизации происходит образование макромолекул, обеспечивающие эксплуатационные свойства резины, так обеспечивается высокая прочность резины.
Главное отличие резины от множества других материалов тем, что она обладает способностью к эластичным деформациям, которые могут происходить при разных температурах, начиная от комнатной и заканчивая куда более низкими. Резина значительно превышает каучук по ряду характеристик, например, ее отличает эластичность и прочность, стойкость к температурным перепадам, воздействию агрессивных сред и многое другое.
Цемент для вулканизации
Цемент для вулканизации используют для операции самовулканизации, она может начинаться с 18 градусов и для горячей вулканизации до 150 градусов. Этот цемент не включает в свой состав углеводороды. Существует также цемент типа ОТР, используемый для нанесения на шероховатые поверхности внутри шин, а также на Тип Топ RAD- и PN-пластыри серии OTR с увеличенным временем высыхания. Применение такого цемента позволяет достичь длительных сроков эксплуатации восстановленных шин, применяемых на специальной строительной технике с большим пробегом.
Технология горячей вулканизации шин своими руками
Для выполнения горячей вулканизации покрышки или камеры понадобится пресс. Реакция сварки каучука и детали происходит за определенный период времени. Это время зависит от размера ремонтируемого участка. Опыт показывает, что для устранения повреждения глубиной в 1 мм, при соблюдении заданной температуры, потребуется 4 минуты. То есть для ремонта дефекта глубиной в 3 мм, придется затратить 12 минут чистого времени. Подготовительное время в расчет не принимаем. А между тем выведение вулканизационного устройства в режим, в заисимости от модели может занять порядка 1 часа.
Температура, необходимая для проведения горячей вулканизации лежит в пределах от 140 до 150 градусов Цельсия. Для достижения такой температуры нет необходимости в использовании промышленного оборудования. Для самостоятельного ремонта шин вполне допустимо применение домашних электробытовых приборов, к примеру, утюга.
Устранение дефектов автомобильной покрышки или камеры при помощи устройства для вулканизации – это довольно трудоемкая операция. У него существует множество тонкостей и деталей, и поэтому рассмотрим основные этапы ремонта.
Вулканизатор своими руками
Любое устройство для горячей вулканизации должно содержать два компонента:
Для самостоятельного изготовления вулканизатора могут потребоваться:
Вулканизатор, который изготовлен своими руками, необходимо оснастить его регулятором, который сможет его выключить по достижении рабочей температуры (140-150 градусов Цельсия). Для эффективного прижима можно использовать обыкновенную струбцину.