Вулканизация

ВУЛКАНИЗАЦИЯ, превращение каучука в резину. При вулканизации гибкие линейные или разветвлённые макромолекулы каучука связываются поперечными химическими связями в единую пространственную сетчатую структуру. Вулканизация - заключительный технологический процесс перехода пластического каучуксодержащего материала в упругую эластичную резину (вулканизат). Резина теряет способность к пластическим деформациям, растворению в углеводородных средах и проявляет способность к большим обратимым деформациям в сочетании с высокими прочностью, модулями упругости, ограниченным набуханием в растворителях, устойчивостью к многократным деформациям, способностью амортизировать ударные нагрузки, стойкостью к тепловым, атмосферным и другим воздействиям. Открытие вулканизации независимо Ч. Гудьиром (США) в 1839 и Т. Хэнкоком (Великобритания) в 1843 годах дало начало развитию резиновой промышленности.

По изменению свойств каучука процесс вулканизации делится на несколько периодов: индукционный (до начала образования поперечных связей), главный (резкое увеличение плотности сетки поперечных связей), оптимум вулканизации (достижение заданной величины плотности сетки и сохранение её при дальнейшем нагревании), перевулканизация (уплотнение сетки) или реверсия (распад образовавшейся сетки). Технологические приёмы осуществления вулканизации разнообразны, но их сущность заключается в нагревании горячим воздухом, перегретым водяным паром и другими теплоносителями резиновой смеси, содержащей необходимые компоненты: каучук, вулканизующие агенты, ускорители и активаторы вулканизации, иногда замедлители преждевременной вулканизации (подвулканизации), наполнители и др. Процесс осуществляется в прессах, автоклавах, котлах, солевых ваннах при нормальном или повышенном давлении.

Выбор вулканизующих агентов определяется главным образом химической структурой каучука и условиями эксплуатации изделия. Каучуки, имеющие в макромолекулах двойные связи (например, натуральный каучук, синтетические изопреновые, бутадиеновые), обычно вулканизуют серой и серосодержащими соединениями при нагревании - так называемая серная вулканизация. Для получения резин со специальными свойствами применяют вулканизацию полифункциональными соединениями (феноло-формальдегидными смолами, алифатическими или ароматическими полигалогенидами, реакционноспособными олигоэфиракрилатами и др.). Каучуки, не содержащие двойных связей (например, кремнийорганические, фторкаучуки), вулканизуют органическими пероксидами, действием высоких температур или излучений высоких энергий. Вулканизацию каучуков, в макромолекулах которых есть функциональные группы (например, акрилатных, винилпиридиновых, хлоропреновых, уретановых), проводят с помощью соединений, вступающих в химические реакции по этим группам.

Режим вулканизации (температуру, давление и пр.) выбирают с учётом теплофизических характеристик каучуков (теплопроводность каучуков значительно ниже теплопроводности металлов). Даже при введении технического углерода в качестве активного наполнителя теплопроводность смеси повышается недостаточно для быстрого и равномерного прогревания заготовки будущего изделия, особенно толстостенного или многослойного. Для вулканизации многослойных изделий (например, шин) подбирают резиновые смеси таким образом, чтобы более реакционноспособные оказались внутри заготовки, менее реакционноспособные - в её наружных частях. Иногда для более равномерного прогревания массивных изделий применяют токи высокой частоты. Совершенствование технологических приёмов вулканизации направлено на более качественное управление процессом с помощью компьютеров и автоматизированных систем, организацию непрерывных процессов изготовления материалов и изделий (например, формовая вулканизация в аппаратах карусельного типа, производство транспортёрных лент, линолеума, прорезиненных тканей, шприцуемых изделий заданного профиля и др.).

Лит.: Догадкин Б. А., Донцов А. А., Шершнев В. А. Химия эластомеров. 2-е изд. М., 1981; Натуральный каучук: В 2 часть М., 1990; Корнев А. Е., Буканов А. М., Шевердяев О. Н. Технология эластомерных материалов. М., 2000.