Особенности материалов и процессов эбонитового производства

Эбонитовые смеси. Смешение значительного количества серы с натуральным каучуком (40—50 масс, ч.) и затем нагревание смесей ведет к получению твердого роговидного вещества темного цвета — эбонита. Значительная химическая стойкость эбонита, его высокие диэлектрические свойства и способность хорошо обраба­тываться, а также полироваться позволили использовать его для изготовления изделий, применяемых в аккумуляторной, слаботоч­ной промышленностях и в различных химических производствах. Как хорошо полирующийся материал эбонит нашел также приме­нение для изделий санитарно-гигиенического назначения. Особен­ностью эбонита является невысокая теплостойкость (точнее, температуростойкость). В зависимости от состава эбонит при нагревании в пределах 60—120 °С становится менее прочным, размягчается и тогда легко подвергается деформации, сохраняя после охлажде­ния приданную ему форму.

Ненаполненная (чистая) смесь каучука и серы дает высоко­сортный эбонит. Однако требования, предъявляемые к отдельным видам эбонитовых изделий, и условия обработки делают необхо­димым добавление в эбонитовые смеси различных ингредиентов. Важнейший среди них — эбонитовая пыль, представляющая собой мелко размолотые отходы эбонитового производства. Применение эбонитовой пыли облегчает приготовление смеси, обеспечивает более спокойный ход реакции соединения серы и каучука, умень­шает усадку изделия. Содержание эбонитовой пыли в смесях мо­жет составить 30—300% (масс.) каучука, в зависимости от назна­чения изделий и предъявляемых к ним требований.

В производстве ряда эбонитовых изделий широко применяется регенерат, а в последнее время и полимеризационные смолы. Эбо­нитовая пыль, регенерат, а также минеральные наполнители, по существу, являются разбавителями чистой эбонитовой смеси. При­менение их облегчает каландрование, профилирование, формование и литье cмесей; наполненные эбонитовые смеси лучше проводят тепло, их усадка при вулканизации уменьшается. Для придания эбониту большей теплостойкости и твердости применяют пемзу, тальк, асбест и каолин.

В качестве мягчителей используют растительные и минераль­ные масла, сосновую смолу и воск. При вулканизации эбонита растительные масла — льняное, рапсовое и другие — реагируют с серой, образуя фактис. Весьма своеобразна роль восков — пче­линого, озокерита и церезина, — применяемых в качестве мягчи­телей. Воски, при значительном их содержании в эбонитовых из­делиях, мигрируют на поверхность последних и снижают смачи­ваемость изделий во влажном воздухе, сохраняя этим диэлектри­ческие свойства эбонита.

Обычно эбонит изготовляется черного цвета. Производство цветного эбонита сопряжено с некоторыми трудностями, так как в данном случае необходимо перекрыть свойственный эбониту черный цвет тем более интенсивный, чем выше качество эбонита. Для перекрытия черного цвета в цветных эбонитовых смесях при­меняют сернистый цинк, литопон и титановые белила. Красный и розовые цвета придают эбониту прибавкой киновари, желтый — прибавкой сернистого кадмия. В качестве ускорителей вулканиза­ции эбонитовых смесей употребляют органические ускорители: дифенилгуанидин, меркаптобензтиазол, альтакс и сульфенамид ВТ, а также неорганические: углекислый магний, легкую (жженую) магнезию, известь (гашеную), красную окись же­леза.

В настоящее время наполненные эбонитовые смеси, но не со­держащие в своем составе эбонитовую пыль, изготовляют в закры­тых резиносмесителях, однако серу в них вводят на вальцах. Эбо­нит образуется как из натурального каучука, так и из синтети­ческих: СКВ, СКС-ЗОА, СКС-50, СКИ и СКИ с теми или иными особенностями в зависимости от вида каучука. Обычные сорта эбонита из натуральных каучуков размягчаются при 60—70 °С, а специальные — при 85 °С, но более хрупки. Эбонит из бутадиенсти-рольного каучука, хотя и более теплостойкий, ввиду свойственной ему хрупкости, применяется мало. Он более стоек к маслам и органическим растворителям, по сравнению с эбонитом из других каучуков, и теплостоек до 150 °С. Эбонит из бутадиен-нитрильного каучука, содержащего полярные группы, имеет значительные ди­электрические потери. Ряд эбонитов специального назначения изготовляются из смеси НК с бутилкаучуком и полихлоропреном, последние, действуя как пластификаторы, образуют эбониты с вы­соким сопротивлением удару и с большей эластичностью. Эбонит из СКИ наиболее близок к эбониту из НК. Химическая его стой­кость может быть улучшена введением добавок хлорированных и насыщенных каучуков.

В ряде случаев для получения эбонитов ударностойких приме­няют смеси НК с фенольными или высокостирольными смолами. Распыл бакелита, вводимый в эбонитовые смеси, отчасти может заменить эбонитовую пыль, но ведет к повышению твердости и теплостойкости.

В производстве эбонитовых изделий применяют следующие ос­новные группы эбонитовых смесей: для поделочного формового эбонита и для клеевых эбонитовых изделий.

Поделочный эбонит (пластины, стержни и трубки) используется для изготовления различных телефонных, телеграфных и радиоде­талей. Различают два вида поделочного эбонита: диэлектрический и технический. Смесь для эбонитов первого вида состоит из кау­чука, серы, ускорителей и мягчителей. Такой эбонит хорошо обра­батывается и полируется. Эбониты второго вида, применяемые в тех случаях, когда от материала не требуется диэлектрических свойств, содержат меньшее количество каучука и имеют разные количества наполнителей. У эбонитов этого вида понижены проч­ность, способность полироваться и обрабатываться.

Эбонитовые смеси, применяемые для изготовления аккумуля­торных баков, деталей к ним и других формованных или литых изделий, относятся к наполненным смесям. Аккумуляторные баки по условиям их работы должны иметь теплостойкость не ниже 50 °С, что достигается прибавлением в смесь пемзы, каолина или асбестита. Применение последнего весьма значительно повышает теплостойкость эбонита. Подобные смеси (вулкан-асбест) находят применение для изготовления вулканизационных форм (матриц) в производстве ковриков из мягкой резины. Введение ингредиен­тов, повышающих теплостойкость, одновременно увеличивает твер­дость эбонита. Для обработки таких изделий необходимы инстру­менты из быстрорежущей стали или с наконечниками из твердых сплавов.

Для клееных эбонитовых изделий применяют соответственно смеси, менее наполненные.

Особенности вулканизации эбонита. Сложилось и долгое время держалось представление об эбоните, как о предельно структури­рованном продукте, в котором все двойные связи насыщены серой. Вычислявшийся, исходя из этого положения, коэффициент вулка­низации эбонита представлялся в несколько раз большим, чем коэффициент вулканизации мягкой резины. Исследования послед­него времени показали, что хотя для эбонита характерно наличие достаточно густой сетки, однако в нем далеко не все двойные связи насыщены; одновременно имеет место содержание значительного количества химически, но не мостично связанной серы.

А. С. Кузьминский и Л. В. Боркова показали, что во всех эбонитах, образующихся из смеси каучука с серой, происходит как расходование, так и образование двойных связей. Распад двойных связей идет тем быстрее, чем выше температура вулка­низации. На первых стадиях вулканизации эбонита образуются полисульфидные связи, содержащие до 25 атомов серы; в дальней­шем степень сульфидности снижается.

Эбонитовые смеси в зависимости от наполнения вулканизуют при   120—170 °С.    Кинетические    кривые   образования   связанной серы имеют монотонный ход, значительно убыстряющийся в случае добавки ускорителей процесса эбонитообразования. Одновременно с присоединением серы изменяется ряд физико-механических свойств продукта. На рис. 93 показана для эбонита из натураль­ного каучука зависимость сопротивления разрыву от времени вул­канизации. Характерно наличие максимума и минимума на кривой сопротивления разрыву. Когда количество связанной серы достигает 10—15%, получается гибкий кожистый, но непрочный продукт. Дальнейшая вулканизация ведет к постепенному образо­ванию твердого, пружинящего продукта с увеличивающимся со­противлением разрыву. Физические свойства отдельных образцов эбонита зависят от состава смеси и длительности вулканизации, но характер кривых сохраняется. Перевулканизация эбонита вы­зывает повышенную хрупкость его. В этом состоянии эбонит скло­нен трескаться и расщепляться. В нормально вулканизованном продукте сопротивление разрыву достигает 7,0 кН/см2, при очень небольшом относительном удлинении; последнее снижается по мо­нотонно падающей кривой.