Резина, область ее применения, состав и основные свойства

Предисловие

Дисциплина «Эксплуатационные материалы» обеспечивает преемственность знаний предшествующих фундаментальных и общетехнических дисциплин: химии, физики, теоретической и прикладной механики, а также ряда специальных дисциплин, связанных с изучением конструкции автомобиля. Знания, полученные при изучении названной дисциплины, являются основой для последующего изучения курсов по поддержанию и восстановлению работоспособности подвижного состава автомобильного транспорта в процессе его эксплуатации, экономики автотранспортных предприятий, безопасности жизнедеятельности, а также ряда других дисциплин, входящих в массив знаний соответствующих специальностей.

Основная задача дисциплины заключается в технико-экономическом обосновании целесообразности и эффективности использования автомобильных материалов в процессе эксплуатации, обслуживания и ремонта автомобилей.

Изучение дисциплины предусмотрено учебными планами специальностей 240100.01 и 150200.

Классификация автомобильных материалов и их назначение

Дисциплина «Эксплуатационные материалы» рассматривает широкий круг вопросов, связанных с использованием различных автомобильных материалов. Достаточно отметить, что в среднем автомобили насчитывают свыше 2 тыс. деталей различного наименования, изготовленных из конструкционных материалов как металлических, так и неметаллических. Кроме того, для поддержания автомобиля в работоспособном состоянии в процессе технического обслуживания и ремонта применяют различные технологические материалы: клеящие материалы, лакокрасочные покрытия и др. Для непосредственного функционирования автомобиля с целью выполнения его главного предназначения - автомобильных перевозок (грузов и пассажиров) - необходимы эксплуатационные материалы: топлива, смазочные материалы, технические жидкости [1].

Из конструкционных неметаллических материалов наибольшее практическое применение находят пластмассы и резинотехнические изделия, подробные сведения о которых будут изложены в последующих разделах. Остановимся кратко на древесных материалах и технических стеклах.

Благодаря ценным свойствам древесины и большим лесным ресурсам Российской Федерации (до 25 % общей лесной площади мира), древесные материалы находят достаточное применение в качестве конструкционных в виде досок, брусьев и фанеры для изготовления грузовых платформ и некоторых деталей кузовов и кабин автомобилей. Физико-механические свойства древесины характеризуются многими показателями такими, как твердость, влажность, сопротивление сжатию, растяжению и изгибу. Одним из важных показателей качества древесных материалов является влажность. Для изготовления деталей автомобиля из древесных материалов применяют, главным образом, ель и сосну с влажностью не более 12... 15 % [3].

Из неорганических технических стекол, которые применяются для остекления автотранспортных средств, наибольшее распространение получили триплексы и закаленные стекла. Важнейшими специфическими свойствами неорганических стекол являются их оптические свойства: светопрозрачность, отражение, рассеяние и преломление света. Обычное листовое стекло пропускает до 90 %, отражает 8 % и поглощает около 1 % видимого света, ультрафиолетовое излучение поглощается почти полностью. С целью повышения физико-механических свойств стекол применяют закалку, которая заключается в нагреве стекла до температуры порядка 425...600°С с последующим быстрым и равномерным охлаждением в потоке воздуха или масла. При этом сопротивление статическим нагрузкам увеличивается в 3...6 раз, а ударная вязкость в 5...7 раз. В зависимости от химического состава стеклообразующего вещества стекла подразделяются на силикатные, алюмосиликатные, боросиликатные и др. Наибольшее применение для остекления автотранспортных средств находят силикатные стекла. Силикатные триплексы, которые применяют, главным образом, для лобовых стекол автомобиля, представляют собой два листа закаленного стекла (толщиной 2...3 мм), склеенных прозрачной эластичной полимерной пленкой. При разрушении триплекса образовавшиеся неострые осколки удерживаются на полимерной пленке [3].

Представленные на вышеприведенной схеме технологические материалы служат, как отмечалось, для поддержания и восстановления работоспособности подвижного состава в ходе соответственно текущего (ТР) и капитального (КР) ремонтов двигателей и силовых агрегатов автомобилей. Подробные сведения о технологических материалах будут, как отмечалось, изложены ниже в соответствующем разделе [3].

Заключительный раздел настоящего учебного пособия посвящен таким эксплуатационным материалам, как: топливо, смазочные материалы и технические жидкости (охлаждающие, тормозные и др.), определяющим функциональную принадлежность подвижного состава при выполнении автомобильных перевозок в зависимости от конструктивных особенностей различных видов автомобильного транспорта. Классификационная схема автомобильных материалов представлена на рис. 1.

Рис. 1. Классификационная схема автомобильных материалов

Эксплуатационные неметаллические материалы, применяемые для изготовления автомобилей

Резинотехнические изделия

Резина, область ее применения, состав и основные свойства

Резинотехнические изделия, количество наименований которых в конструкциях автомобилей превышает 500, благодаря высокой эластичности (упругости) и способности поглощать вибрации и ударные нагрузки, являются незаменимым материалом в автомобилестроении. Кроме перечисленных свойств резина обладает и рядом других положительных качеств: сравнительно высокими показателями прочности, сопротивлением истираемости и, что особенно важно - эластичностью, т.е. способностью восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия сил, вызывающих деформацию [1].

Резину используют для изготовления шлангов, уплотнений, прорезиненных ремней привода вентилятора, генератора и компрессора, амортизирующих прокладок и втулок, а также ряда других деталей. Однако главное применение резины в автомобиле - это изготовление шин.

Резину получают вулканизацией резиновой смеси, главными составляющими которой являются каучук и вулканизирующее вещество, а также антистарители, активные и неактивные наполнители, красители и др. Основным вулканизирующим веществом служит сера. Ее содержание в резиновой смеси от 4 до 15 и более процентов. Процесс химического взаимодействия каучука с серой называется вулканизацией. Вулканизация заключается в нагреве резиновой смеси в специальных камерах-вулканизаторах до температуры 120...160°С при давлении 0,4...0,6 МПа. От процентного содержания серы зависит твердость резины. Так, при максимально возможном насыщении каучука серой (≈ 30 %) образуется твердый материал, называемый эбонитом [5].

Основой всякой резины является каучук натуральный (НК) или синтетический (СК). Натуральный каучук получают, главным образом, из млечного сока - латекса каучуконосного тропического дерева гевеи, в котором его содержание может доходить до 40 %. В химическом отношении  натуральный каучук представляет собой полимер непредельного углеводорода изопрена. Вследствие дефицитности, дороговизны и зависимости от импорта, натуральный каучук во многих развитых странах был заменен синтетическим, доля которого в производстве шин составляет около 95 %. Натуральный же каучук в ряде случаев используют в качестве добавки к резиновой смеси. Отечественная химическая промышленность производит десятки разновидностей синтетических каучуков, используя для этого, главным образом, достаточно экономическое нефтяное сырье [1].

По назначению резины подразделяются на резины общего и специального назначения. В группу резин общего назначения входят синтетические каучуки: бутадиеновый (СКВ), бутадиен-стирольный (СКС), изопреновый (СКИ), дивинильный (СКД). Изопреновый синтетический каучук по химическому составу наиболее близок к натуральному и обладает высокой клейкостью. Каучук СКД не уступает натуральному по эластичности и превосходит его по сопротивлению истиранию. Основной недостаток СКД состоит в низкой его клейкости. С учетом этого, при производстве шин применяют смесь СКД и СКИ (СКИ-3).

Специальные резины подразделяются на несколько видов: износостойкие, маслобензостойкие, морозостойкие, теплостойкие и др. Наиболее перспективными для изготовления шин являются износостойкие резины на основе полиуретановых каучуков СКУ.

Помимо основных составляющих резиновой смеси (каучука и серы) в нее входят, как отмечалось, и другие составляющие: антистарители (парафин, воск); наполнители активные, повышающие механические свойства резины (углеродистая сажа, оксид цинка и др.) и неактивные - для удешевления стоимости резины (мел, тальк и др.); красители минеральные или органические для окраски резин [3].