Что такое резина: из чего делают и чем она отличается от каучука

Резина нужна там, где деталь должна сжиматься, растягиваться и возвращаться: прокладки, кольца, манжеты, амортизаторы, шланги. Из каучука без вулканизации такая деталь не получится.

Резина получается из каучука сшивкой молекул

Каучук состоит из очень длинных гибких молекул, которые перепутаны, как нитки в клубке. При нагрузке они вытягиваются и скользят друг относительно друга, а после снятия нагрузки часть скольжения остаётся. При вулканизации смесь каучука с серой или пероксидом греют в пресс-форме, ориентировочно, при 140–200 °C, и между молекулами возникают поперечные мостики. Получается редкая трёхмерная сетка: цепи по-прежнему гибкие, но уже не могут уползти друг от друга.

Сколько мостиков образуется, решает рецепт. В мягкой технической резине серы всего 1–3 части на 100 частей каучука, и сетка получается редкой, отсюда эластичность. Поднимите серу до 30–40 частей, и сетка станет такой плотной, что материал потеряет способность тянуться: так делают эбонит. Между этими крайностями технолог подбирает густоту сшивки под твёрдость, нагрев и остаточную деформацию будущей детали.

Чем резина отличается от каучука?

Главное отличие резины от каучука в химических мостиках между молекулами, которые появляются при вулканизации. Сырой каучук пластичен: под грузом медленно течёт, от тепла становится мягким и липким, в бензине или толуоле растворяется. Резина упруга: после растяжения в несколько раз возвращает форму, нагрев её не расплавляет, растворитель только раздувает. Каучук служит сырьём, резина становится материалом детали.

Каучук течёт, резина возвращается

Разницу видно на простом опыте. Полоска сырого каучука, растянутая и оставленная на сутки, так и останется удлинённой. Полоска резины вернётся почти к исходной длине. Сырой каучук при +60…+80 °C становится мягким и липким, резина при той же температуре почти не меняется. В бензине кусочек каучука постепенно растворяется, а нитрильная резина в бензине набухает на несколько процентов и сохраняет форму.

Именно поэтому из каучука и сырой резиновой смеси детали не делают: она годится только как заготовка, которая станет деталью в пресс-форме. Невулканизованная смесь на складе живёт ограниченный срок, и сырая резина требует своих условий хранения.

Каучука в технической резине около половины массы

Рецепт резиновой смеси пишут в массовых частях на 100 частей каучука. Для понимания, что такое резина, достаточно одной арифметики: сколько каучука остаётся в килограмме готового материала.

Пример условного рецепта технической резины: каучук 100 частей, технический углерод 60, пластификатор 15, оксид цинка 5, сера 2, ускорители 1,5, противостарители и прочее 3. Сумма 186,5 части. Доля каучука 100 / 186,5 = 54 %, наполнителя 32 %, пластификатора 8 %, вулканизующей группы с активаторами около 5 %, прочего около 2 %. В сильно наполненных дешёвых пластинах каучука бывает меньше трети, в мягких губчатых и высокоэластичных резинах больше 60 %.

Доля каучука объясняет, почему две резины одной твёрдости ведут себя по-разному. Высокая твёрдость достигается и хорошим каучуком с плотной сеткой, и бедной смесью с большим количеством мела или углерода. На складе они похожи, а в узле вторая быстрее теряет упругость.

Резиной называют не всё, что мягкое и чёрное

К резинам относятся вулканизованные натуральный каучук NR, нитрил NBR, EPDM, хлоропрен CR, силикон VMQ, фторкаучук FKM и другие. Литьевой полиуретан тоже сшитый эластомер, но его получают реакцией жидких компонентов, а не вулканизацией каучука, и в цехах его выделяют в отдельный материал. Термоэластопласты, ТПУ и пластикат ПВХ мягкие на ощупь, но плавятся при нагреве, потому что сшивки у них нет.

На заводе разница всплывает при ремонте и доработке. Профиль из ТЭП можно сварить в рамку нагретым ножом, порванный уплотнитель из ТЭП иногда подваривают, а резиновый шнур стыкуют только вулканизацией или клеем. Обратная сторона: в горячем узле под постоянным сжатием резина держит натяг годами, а ТЭП при той же температуре быстрее «садится».

Свойства резины задаёт каучук, а не цвет

Маслостойкость, морозостойкость, стойкость к пару и озону определяет в первую очередь тип каучука. Нитрил держит масло, но стареет на озоне; EPDM держит пар и озон, но разрушается в масле; силикон работает на морозе и жаре, но слаб на истирание. Чёрный цвет даёт технический углерод, который кладут почти в любую резину, поэтому по цвету материал не определить. Числовые ориентиры по твёрдости, прочности и температурам дают свойства резины по группам.

Деталь из резины получают формованием или резкой

Сложную деталь, кольцо, манжету, деталь с металлической арматурой, делают формованием: сырую смесь закладывают в пресс-форму и вулканизуют под давлением. Форма задаёт геометрию один раз и навсегда, исправить деталь после вулканизации можно только механически. Плоскую прокладку проще вырезать из готовой вулканизованной пластины: плоттером, гидроабразивом или штампом. Резину, силикон и PTFE лазером мы не режем, потому что кромка обгорает.

Отсюда следствие для сроков. Если нужна формовая деталь нового размера, нужна новая пресс-форма, и её срок мы назовём в КП. Прокладку из пластины можно вырезать по файлу без оснастки.

Заявку на резиновую деталь начинают с известных данных

Пример из расчёта прокладки: заказчик пишет «резина, масло, +90 °C, неподвижный фланец». Это его данные, они идут в КП дословно. Выбор каучука NBR, твёрдости 70 Shore A, конкретной смеси и допуска толщины 3 ± 0,3 мм делаем мы, и эта часть резиновой прокладки помечается в КП как предложение изготовителя, которое заказчик подтверждает письменно. Если заказчик сразу указывает «NBR 70 по ТУ», предлагать почти нечего, работаем по его спецификации.

Такое разделение не формальность. Слово «резина» в заявке закрывает десяток разных материалов, которые в одном узле прослужат год, а в другом неделю. Если среда и температура неизвестны, мы задаём вопрос до расчёта, а не выбираем материал наугад.

Резина стареет, и по детали это видно

Сетка резины со временем меняется. Кислород и тепло рвут и досшивают цепи, и деталь твердеет: кольцо, которое при установке было 70 Shore A, через несколько лет в горячем узле может стать на 10–15 единиц твёрже и потерять упругость. Озон режет растянутую резину на непредельных каучуках, NR и NBR, сеткой мелких трещин поперёк растяжения. Масло и топливо вымывают пластификатор, и резина усаживается.

По виду снятой детали обычно ясно, какой из этих процессов сработал: затвердевшая и плоская прокладка говорит о нагреве и остаточной деформации, сетка трещин на изгибе об озоне, разбухшая и мягкая об ошибке со средой. Эта диагностика помогает подобрать замену точнее, чем совпадение по цвету и толщине, поэтому старую деталь полезно приложить к заявке вместе с условиями работы.