Рези́на (вулканизат), конструкционный эластомерный материал, способный легко деформироваться под действием небольших нагрузок и восстанавливать свою форму после весьма значительных деформаций. Резину получают в результате химического пространственного структурирования натуральных или синтетических каучуков; большая группа материалов. Термин «резина» (от лат. resina – смола) появился в России в петровские времена и относился исключительно к различным смолам. Процесс превращения пластичного каучука в упругую эластичную резину (вулканизация) открыт независимо Ч. Гудьиром (США) в 1839 г. и Т. Хэнкоком (Великобритания) в 1843 г., и благодаря этому открытию каучук стал технически ценным материалом.

Производство

При вулканизации происходят химические реакции с образованием между молекулами каучука поперечных химических связей (сшивок), в результате чего формируется трёхмерная сетчатая структура материала, определяющая его высокоэластическое состояние. С увеличением густоты вулканизационной сетки связей – степени структурирования – увеличивается модуль упругости и твёрдость вулканизатов и уменьшается относительно и остаточное удлинение, а значение прочности проходит через максимум. При достижении большой степени структурирования расстояние между сшивками становится слишком малым, что затрудняет ориентацию молекулярной структуры при деформации, приводит к локальным перенапряжениям и разрыву химических связей, вызывающему снижение прочностных свойств.

Для получения резины с заданным комплексом свойств необходимо обеспечить оптимальную степень структурирования каучуков путём введения в них определённого количества веществ, обеспечивающих структурирование, – вулканизующих агентов. Их выбор определяется химической природой каучука, используемого для получения резины. Для резины на основе каучуков, содержащих в структуре макромолекул двойные связи, основным вулканизующим веществом является сера, активируемая добавками ускорителей и активаторов вулканизации. В связи с тем, что на практике всё большее применение находят синтетические каучуки, не содержащие в структуре макромолекул двойных связей и не способные вулканизоваться серой, число химических соединений, применяемых в качестве вулканизующих агентов, значительно возросло. К ним относятся органические пероксиды, ди- и полисульфиды, диамины, хиноны, диизоцианаты, различные олигомерные смолы и т. д.

Для формирования комплекса свойств резины, отвечающего условиям эксплуатации изделий, в их составе, кроме каучука и вулканизующих агентов, используются различные ингредиенты, способствующие не только наиболее полной реализации свойств полимера, но и обеспечивающие необходимый уровень физико-механических показателей. Ингредиенты разделяются по своему действию на наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители, антипирены и др. Их содержание колеблется от долей до десятков процентов от содержания каучука. Для улучшения физико-механических свойств резины (износостойкости, прочности, твёрдости и др.) добавляют значительное количества тонкодисперсных усиливающих наполнителей, в том числе технического углерода (сажи), аморфного диоксида кремния. Перечень компонентов, входящих в состав резины, с указанием содержания, рассчитанного в массовых частях на 100 массовых частей каучука, называют её рецептом.

При выборе ингредиентов необходимо, чтобы они сохраняли свой химический состав и физические свойства при достаточно длительном хранении, имели высокую дисперсность и хорошие технологические свойства – легко дозировались и диспергировались в среде каучука. Такие свойства ингредиентов, как токсичность, летучесть, неприятный запах, могут стать препятствием для их применения. При разработке рецепта резины необходимо учитывать экономические факторы и проблемы охраны окружающей среды.

Собственно резина образуется непосредственно при изготовлении резиновых изделий. Для их производства из каучука и ингредиентов, дозированных в строгом соответствии с рецептом, готовят термореактивную композицию – резиновую смесь (сырую резину). Для приготовления сырой резины ингредиенты в массе каучука, находящегося в вязкотекучем состоянии, распределяются под действием деформаций сдвига, возникающих при их обработке в специальных машинах – резиносмесителях или на вальцах. При смешении каучуков с ингредиентами происходит ряд физико-химических и химических явлений – структурные превращения полимеров под действием механических напряжений (например, пластикация полимеров), взаимодействие между компонентами смеси, их растворение в каучуке и др., характер которых определяется условиями проведения процесса. Поэтому резиновые смеси одинакового состава могут иметь различные свойства. Для получения воспроизводимых свойств резиновых смесей и для их регулирования используются специальные технологические добавки. Режимы приготовления резиновых смесей строго регламентируются по ряду параметров – длительности и интенсивности перемешивания компонентов, порядку их введения, температуре. При разработке режимов приготовления резиновых смесей нельзя допускать начало преждевременной вулканизации.

Производство резины.Производство резины.

Свойства

Резиновые смеси являются основным полуфабрикатами, из которых изготавливают резиновые изделия. Резиновые смеси, как и каучуки, обладают пластическими свойствами и при температурах 50–120 °С достаточно легко формуются методами каландрования, экструзии (шприцевания), прессования, могут быть нанесены на ткани, металлические и другие поверхности. Из каландрованных листов, обрезиненных тканей могут быть получены простые заготовки (детали), из которых склеиванием собираются сложные многослойные резиновые изделия. Завершающая стадия в производстве резиновых изделий – вулканизация, в процессе которой осуществляются активированные теплом химические реакции, в результате которых резиновая смесь превращается в высокоэластичную резину. На практике при вулканизации собранные заготовки нагревают в течение определённого времени под давлением в аппаратах различного типа при температуре 135–200 °С.

Резина, не разрушаясь, без заметных остаточных деформаций, выдерживает многократное растяжение на 100–1000 %. Модуль упругости для резины имеет низкие значения (0,1–100 MПа), в то время как для стали (при допущении, что при такой деформации материал не разрушится) превышает 10⁵ МПа. Специфика деформационных свойств резины заключается в том, что значительная часть механической энергии деформации (от 20 до 95 % в зависимости от состава резины) необратимо рассеивается в виде теплоты (на внутреннее трение). Уникальные механические свойства резины (т. н. высокоэластические), проявляемые в достаточно широком температурном диапазоне, в сочетании с высокой износостойкостью, водо- и газонепроницаемостью, отличными электроизоляционными и другими свойствами определили её применение для производства огромного количества разнообразных изделий, используемых в самых различных областях человеческой деятельности. Классификация резины по назначению аналогична классификации синтетических каучуков.

Работоспособность резиновых изделий в эксплуатации ограничена в основном необратимым ухудшением прочностных и эластических свойств резины в результате воздействия способных влиять на химическую структуру материала внешних факторов, таких как повышенные температуры, кислород, озон, действие жидкостей, вызывающих набухание, излучений и др. Повышение работоспособности резиновых изделий, эксплуатируемых в условиях действия неблагоприятных факторов, достигается применением для их производства резины на основе каучуков специального назначения.

Применение

Ассортимент резиновых изделий постоянно расширяется и в настоящее время превышает 100 тыс. наименований. Свыше половины объёма производства резиновой промышленности составляют автомобильные шины, более трети – резиновые технические изделия, номенклатура которых особенно многообразна. Среди них наибольший объём составляют транспортёрные ленты, приводные ремни, рукава, прорезиненные ткани и изделия из них, сложные детали машин – уплотнители, амортизаторы, клапаны и т. д.; около 1/10 – резиновая обувь и изделия народного потребления (медицинские изделия, игрушки, спортивные принадлежности). Объём производства резины оценивается объёмом потребления каучуков, который в 2010 г. превысил 20 млн т.

Во 2-й половине 20 в. появились новые типы эластомерных материалов, отличающихся от традиционных резин по структуре и технологии переработки в изделия, – термоэластопласты, эластичные полиуретаны, пластифицированный поливинилхлорид и др., значительно обогатившие ассортимент эластомерных изделий и позволяющие создать высокопроизводительные безотходные технологии их производства.