Известно, что конкретных сроков старения шин их производители практически никогда не разглашают. Считается, что за 2-3 года процессы старения не приводят к катастрофическим изменениям в резиновой смеси шин, а через это время практически каждый автомобилист обязательно поменяет комплект шин на новый. Но возможны разные ситуации - эти 2-3 года шины могут просто провести на складе недобросвестного продавца или на оптовом складе, шины могут использоваться на автомобилях с малым годовым пробегом - различных кемперах, и.т.д. В результате, довольно часто шины эксплуатируются и спустя 5 или даже 10 лет с момента их выпуска. Чем это грозит? Попробуем разобраться.

Основных факторов, ведущих к возрастному разрушению шин два - озон из атмосферы, который приводит к нарушению молекулярных связей между молекулами каучука и, как факт, - к утрате эластичности, и возрастные трещины, возникающие из-за контакта шин с жирами и маслами, а также просто от длительной эксплуатации. В результате шины "дубеют", что приводит к резкому ухудшению всех без исключения их качеств. Особенно опасно ухудшение ходовых качеств на мокрой дороге. Исследования ADAC при испытаниях старых шин на скорость вращения выявили факт увеличения риска "взрыва" шин. Через несколько лет анализ тяжёлых аварий, связанных с разрывами шин на высокой скорости, проведённый DEKRA, выявил, что в 100 (!!!) процентах случаев виной являлся возраст шин. Итог - рекомендация: максимальный срок эксплуатации обычных среднескорсотных дорожных шин, эксплуатирующихся в стандартных условиях - шесть лет . Но это только в случае если шины не испытывают высокие нагрузки. Если испытывают, то максимум - 4 года. И никаких средств для придания "черноты".

Для зимних шин ситуация ещё более сложная - при низких температурах разрушение межмолекулярных связей идёт быстрее, поэтому уже на 2-ой или 3-ий сезон шины даже при бережной эксплуатации "стеклянеют" и терят часть своих качеств из-за старения. ADAC заявляет, что уже через 2 года зимняя шина не может считаться новой и на 100 процентов пригодной к эксплуатации.

Обозначение даты изготовления шины можно найти после надписи DOT на боковине. Четыре цифры указывают на неделю и год изготовления. Например, обозначение 1105 показывает, что шина была выпущена на 11 неделе 2005 года. Помните, что если не соблюдались условия хранения шины, то её старение наступит даже раньше сроков, указанных ADAC. Поэтому лучше делать покупки в солидных магазинах с хорошей репутацией - такими как компания АВТОЭКСПЕРТ. Покупая шины в нашем магазине, Вы можете быть уверены, что Вы покупаете по настоящему новые шины, хранящиеся в подобающих условиях .

И главное - помните, что если Ваши шины старше 4-х лет, то пора задуматься об их замене, даже если физического износа не наступило. Такие шины могут быть опасны, особенно на высокой скорости.

Каучуки и их вулканизаты, как всякие ненасыщенные соедине­ния, способны к различного рода химическим превращениям. Важ­нейшей реакцией, которая непрерывно происходит при хранении и эксплуатации резиновых изделий, является окисление резины, ведущее к изменению ее химических, физических и механических свойств. Только эбонит, превращающийся в полностью насыщен­ное соединение за счет присоединения к макромолекулам каучука предельно возможного количества серы, представляет собой хи­мически инертный материал. Совокупность всех изменений, про­исходящих в резине в процессе длительного окисления, принято называть ее старением.

Старение принадлежит к категории сложных многостадийных превращений, на определенных этапах которого значительно умень­шаются эластичность, износостойкость и в некоторой степени прочность резины. Иначе говоря, с течением времени работоспо­собность резиновых изделий, а следовательно, и надежность рабо­ты автомобилей снижаются. К разряду наиболее неблагоприятных изменений резины, возникающих вследствие старения, относится необратимое снижение ее эластичности. В результате повышенная хрупкость резины, в первую очередь ее поверхностных слоев, обу­словливает появление в деформируемых деталях трещин, посте­пенно углубляющихся и в конце концов приводящих к разруше­нию изделия.

Последствия старения резины аналогичны последствиям от пониже­ния температуры, с той лишь разницей, что последние по своему харак­теру являются временными и частично или полностью устранимыми с помощью нагревания, тогда как первые никакими способами нельзя осла­бить и тем более устранить.

Борьба со старением ведется различными методами. Очень эф­фективной является добавка противостарителей (ингибиторов), 1... 2 % которых по отношению к содержащемуся в резине каучуку замедляют процесс окисления в сотни и тысячи раз. С той же це­лью некоторые резиновые изделия выпускаются с заводов в гер­метичной упаковке (в полиэтиленовых чехлах).

Однако технологических средств оказывается недостаточно, поэтому дополнительно приходится применять ряд эксплуатаци­онных мер. С повышением температуры старение усиливается, причем от нагревания на каждые 10 °С скорость старения возрастает в два раза. Замечено также, что окисление резины интенсивнее на тех участках, которые испытывают большее напряжение. Следовательно, необходимо содержать резиновые изделия по возможнос­ти в недеформированном состоянии.

Колеса и шины

Автомобильные колеса различают по их назначению, типу при­меняемых шин, конструкции и технологии изготовления.

Основные параметры колес некоторых автомобилей отечествен­ного производства приведены в табл. 11.2.

Пневматические шины легковых автомобилей подразделяются по способу герметизации внутреннего объема, расположению нитей корда в каркасе, отношению высоты к ширине профиля, типу протектора и ряду других специфических особенностей, вызванных их назначением и условиями эксплуатации.

По способу герметизации внутреннего объема различают ка­мерные и бескамерные шины.

Камерные шины состоят из покрышки, камеры с вентилем и ободной ленты, надеваемой на обод. Размер камеры всегда несколь­ко меньше внутренней полости покрышки во избежание образо­вания складок в накаченном состоянии. Вентиль представляет со­бой обратный клапан, позволяющий нагнетать воздух в шину и препятствующий выходу наружу. Ободная лента предохраняет ка­меру от повреждений и трения о колесо и борт покрышки.

Таблица 11.2

Основные параметры колес некоторых отечественных легковых

Автомобилей

Рис. 11.9. Бескамерная шина авто­мобиля:

1 - протектор; 2 - герметизирую­щий воздухонепроницаемый резино­вый слой; 3 - каркас; 4 - вентиль; 5 - глубокий обод

Бескамерные шины (рис. 11.9) отличаются наличием воздухо­непроницаемого резинового слоя, наложенного на первый слой каркаса (вместо камеры), и имеют следующие преимущества (по сравнению с камерными):

меньшую массу и лучший теплообмен с колесами;

повышенную безопасность при движении машины, так как при проколе воздух выходит только в месте прокола (при мелком про­коле достаточно медленно);

упрощенный ремонт в случае прокола (нет необходимости в демонтаже).

В то же время монтаж и демонтаж бескамерных шин усложнен­ные и требуют большей квалификации, и зачастую возможны толь­ко на специальном шиномонтажном станке.

Бескамерные шины применяются для колес с ободами специ­ального профиля и повышенной точности изготовления.

Камерные и бескамерные шины по расположению нитей корда в каркасе покрышки могут быть как диагональной, так и радиаль­ной конструкции.

Маркировка шин

Диагональные и радиальные шины различаются не только кон­струкцией, но и маркировкой.

Например, в обозначении диагональной шины 6,15-13/155-13:

6,15 - условная ширина профиля шины (В) в дюймах;

13 - посадочный диаметр (d) шины (и колеса) в дюймах;

155 - условная ширина профиля шины в мм.

Вместо последнего числа 13 может быть указан посадочный диа­метр в мм (330).

Радиальные шины имеют единое смешанное миллиметрово­дюймовое обозначение. Например, в маркировке 165/70R13 78S Steel Radial Tubeless:

165 - условная ширина профиля шины (В) в мм;

70 - отношение высоты профиля шины (Я) к ее ширине (В) в процентах;

R - радиальная;

13 - посадочный диаметр в дюймах;

78 - условный индекс грузоподъемности шины;

8 - скоростной индекс шины (максимально допустимая ско­рость движения автомобиля) в км/ч.

Для повседневной езды по российским дорогам целесообразно ограничиться отношением Н/В не ниже 0,65, причем это касается довольно больших шин, т.е. шин для автомобилей типа ГАЗ-3110 «Волга». На моделях ВАЗ лучше не применять шины с Н/В ниже 0,70, а на автомобиле ВАЗ-111 «Ока» и вовсе нецелесообразна ус­тановка каких-либо иных шин кроме заводских размером 135R12.

Современные скоростные сверхнизкопрофильные шины с Н/В= = 0,30...0,60 пригодны для работы только на гладких шоссейных дорогах с хорошим качеством покрытия, которых в нашей стране практически нет.

Каждый российский изготовитель шин имеет свой фирменный знак или же, как например Московский шинный завод, знак мо­дели «ТАГАНКА».

Маркировка шины включает в себя букву (или буквы), кодиру­ющие предприятие-изготовитель (например, К - Кировский шин­ный завод; Я - Ярославский шинный завод и др.) и цифры (циф­ру) внутризаводского индекса этой шины.

На боковине шины ставится ее серийный номер и кодируется другая, достаточно полезная (в случае выставления рекламации) информация (табл. 11.3).

РТИ или резино-технические изделия имеют особые показатели, благодаря которым остаются очень востребованными. Особенно современные. Они имеют улучшенные показатели упругости, непроницаемости для иных материалов и веществ. Также обладают высокими показателями электроизоляционных и иных качеств. Не удивительно, что именно РТИ все чаще применяются не только в автомобилестроении, но и авиации.

Когда средство передвижения эксплуатируется активно и имеет большой пробег, техническое состояние РТИ значительно снижается.

Немного об особенностях износа РТИ

Старение каучука и некоторых видов полимеров происходит в условиях, на которые влияет:

• тепло;
• свет;
• кислород;
• озон;
• напряжения/сжатия/растяжения;
• трения;
• рабочая среда;
• эксплуатационный срок.

Резкий перепад условий, особенно климатических, имеет непосредственное влияние на состояние РТИ. Их качество ухудшается. Поэтому все чаще используются полимерные сплавы, которые не боятся понижений градусов и их повышения.

При снижении качества резино-технических изделий, они быстро выходят из строя. Часто именно весенне-летний период, после зимнего холода, является переломным. При повышении температуры на градуснике, скорость старения РТИ увеличивается в 2 раза.

Чтобы обеспечить потерю эластичности, для резино-технических изделий достаточно пережить значительное и резкое похолодание. Но если накладки и втулки изменяют свои геометрические формы, появляются мелкие порывы и трещины, это приведет к отсутствию герметичности, что, в свою очередь, влечет к поломкам систем и соединений в авто. Минимум, что может проявиться – это течь.

Если сравнивать каучуковые изделия, лучше неопрен. Более подвержены изменениям каучуковые РТИ. Если не защищать и те, и другие от солнца, ГСМ, кислотных или агрессивных жидкостей, механических повреждений, они не смогут пройти даже минимальный, определенный производителем, эксплуатационный срок.

Особенности разных РТИ

Свойства полиуретановых и каучуковых резино-технических изделий – совершенно разные. Поэтому и условия для хранения будут отличаться.

Полиуретан отличается тем, что он:

• пластичен;
• эластичен;
• не подвержен крошению (в отличие от резиновых изделий);
• не застывает, как каучук, при понижениях температуры;
• не теряет геометрических форм;
• при упругости, достаточно тверд;
• устойчив к абразивным веществам и агрессивным средам.

Полученный путем жидкого смешивания, этот материал получил широкое распространение в автомобилестроении. Синтетический полимер сильнее каучука. При однородном составе полиуретан оставляет свои свойства в разных условиях, что упрощает условия и характеристики его применения.

Как видно из выше изложенного материала, полиуретан выигрывает по свойствам у резинотехнических изделий. Но он не применяется повсеместно. Кроме того, появляются силиконовые сплавы. И что лучше – понимает далеко не каждый водитель.

Полиуретан технологически изготавливается дольше. 20 минут уходит на выпуск резинового РТИ. И 32 часа – на полиуретан. Но резина – материал, рожденный путем механического смешивания. Это влияет на ее неоднородность состава. А также влечет потерю эластичности и однородность компонентов. Именно резиновые шланги и герметичные накладки при хранении застывают и становятся жестче, растрескиваются на поверхности и становятся мягкими внутри. Их срок – всего 2 – 3 года.

Уход и хранение

От состояния и качества РТИ зависит очень важный процесс – контроль над управлением. Чтобы понимать важность резино-технических изделий, надо знать, что нарушения в их структуре ведут у следующим последствиям:

• повышенному износу шин при большой нагрузке по причине неправильной работы некоторых систем и соединений;
• неравномерности в пути торможения;
• ощутимым нарушениям в обратной связи с управлением через руль;
• разрушениям деталей-соседей или в близлежащих узлах.

РТИ необходимо хранить:

1. Складывать свободно, чтобы не было чрезмерной нагрузки или уплотнения;
2. Контролировать необходимый температурный режим в пределах от нуля до плюс 25 градусов по Цельсию;
3. В условиях, где нет повышенной влажности, выше 65%;
4. В помещениях, где нет люминисцентных ламп (лучше их заменить на приборы освещения накаливания);
5. В условиях, где нет поступления озона в большом количестве или аппаратов, вырабатывающих его;
6. Обращая внимание на наличие/отсутствие прямых лучей солнца (никакого попадания УФ напрямую не может быть также, как условий, создающих тепловой перегрев для резино-технических изделий).

При колебаниях температуры в холодный период и жаркое время года, необходимо понимать, что гарантийный срок хранения РТИ сужается до цифры, равной 2 месяца.

Московский Авиационный Институт

(Технический Университет)

Кафедра материаловедения

Курсовая работа

по материаловедению

на тему:

"Резины, стойкие к старению"

Проверил: Вишневский Г.Е.

Выполнил: Павлюк Д.В.

Введение

Атмосферное старение резин

Защита резин от атмосферного старения

Изменение механических свойств резин при термическом старении

Термическое старение резин при сжатии

Защита резин от радиационного старения

Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ.

Резиной называется продукт специальной обработки (вулканизации) каучука и серы с различными добавками.

Резина отличается от других материалов высокими эластическими свойствами, которые присущи каучуку - главному исходному материалу резины. Для резиновых материалов характерна высокая стойкость к истиранию, газо- и водонепроницаемость, химическая стойкость, электроизолирующие свойства и небольшая плотность.

По условиям эксплуатации к резине предъявляются раз­личные требования. Резиновая обкладка транспортерных лент, пе­редающих руду или каменный уголь, при низкой температуре должна быть морозостойкой и хорошо противостоять истиранию;

резиновая камера в рукавах для нефтепродуктов должна быть стойкой к набуханию; резиновая обкладка железнодорожных ци­стерн для перевозки соляной кислоты-стойкой к ее химическому действию и т. д.

Особые требования предъявляются к резиновым изделиям, при­меняемым в самолетах, в конструкциях которых имеются сотни разнообразных резиновых деталей. Такие изделия, наряду с ком­пактностью и малым весом, должны быть эластичны и прочны. Очень важно сохранение деталями их свойств в широких пределах температур и в ряде случаев при воздействии различных жидких и газовых сред. При полете со скоростью 3600 км/ч даже на высоте 5000 м температура нагрева обшивки доходит до +400 °С; детали же находящиеся в узлах двигателей, должны сохранять свои свой­ства при температуре, доходящей до +500 ˚С. В то же время ряд деталей подвергается воздействию температур порядка минус 60 °С и ниже. Поскольку габариты деталей самолетов оставаться практически постоянными в продолжение всего срока службы, малые остаточные деформации сжатия являются необхо­димым качеством таких резин. Еще большие требования предъ­являются к резинам для ракетостроения.

Наряду с широко применяемыми в резиновом производстве каучуками об­щего назначения - натуральным (НК) и бутадиен-стирольными (СКС-ЗОА, СКС-30, СКМС-30 и др.) используются и специальные:

хлоропреновые каучуки (А, Б, С, НТ), бутадиен-нитрильные (СКН-18, СКН-26, СКН-40, СКН-40Т), бутилкаучук, химически стойкие фторкаучуки (СКФ-32-12, СКФ-62-13), теплостойкие кремнийорганические полимеры (СКТ). Осваиваются стереорегулярные каучуки: полибутадиеновый (СКД) и изопреновые (СКИ). Ведутся поиски новых каучуков на основе соединений, содержащих бор, фосфор, азот и другие элементы.

Резина как конструкционный материал в ряде ее свойств суще­ственно отлична от металлов и других материалов. Важнейшая особенность ее состоит в способности к перенесению под действием внешней нагрузки значительных деформаций без разрушения. К ос­новным особенностям резины также относятся: малые величины модулей при сдвиге, растяжении и сжатии; большое влияние дли­тельности действия приложенной нагрузки и температурного фак­тора на зависимость напряжение-деформация; практически по­стоянный объем при деформации; почти полная обратимость де­формации; значительные механические потери при циклических деформациях.

Вулканизаты мягкой резины под влиянием ряда складских или эксплуатационных факторов, действующих изолированно или чаще комплексно, изменяют свои технически ценные свойства. Измене­ние сводится к снижению эластичности и прочности, к появлению затвердения, хрупкости, трещин, изменению окраски, увеличению газопроницаемости, т. е. к большей или меньшей потере изделиями их технической ценности. Влияние кислорода воздуха, и в особен­ности озона, ведет к старению и утомлению резины. Этому способствуют: тепло и свет, напряжения, возникающие при динамическом или статическом нагружении, включая и нерациональное складирование, влияние агрессивных сред или каталитическое действие солей металлов.

Низкие температуры ведут к снижению эластичности резины, к повышению ее хрупкости. Эти изменения углубляются с длитель­ностью охлаждения. Однако с возвращением к нормальным температурам первоначальные свойства восстанавливаются. Влияние размеров и особенностей формы изделия в резине сказывается зна­чительно больше, чем в других конструкционных материалах. Ста­билизация в резине ее технически ценных свойств, борьба с явле­ниями старения, утомления и замерзания представляют в настоя­щее время одну из важных задач современной технологии резины.

АТМОСФЕРНОЕ СТАРЕНИЕ И ЗАЩИТА РЕЗИН

Проблема увеличения долговечности резиновых изделий непос­редственно связана с повышением сопротивления резни различным видам старения. Одним из наиболее распространенных и разруши­тельных видов старения является атмосферное старение резин кото­рому подвержены практически все изделия, контактирующие при эксплуатации или хранении с воздухом.

Атмосферное старение представляет собой комплекс физических и химических превращений резни, протекающих под воздействием атмосферного озона и кислорода, солнечной радиации и тепла.

Изменение физико-механических свойств резин

В атмосферных условиях так же, как и при тепловом старении, резины постепенно теряют свои эластические свойства независимо от того, находятся ли они в напряженном или ненапряженном состоя­нии. Особенно интенсивно старятся резины на основе НК со светлы­ми наполнителями. Быстро (через 1-2 года) наступает заметное изменение свойств у резин из бутаднен-ннтрильного, бутадиенстирнльного каучуков и из наирита. Наиболее стойкими являют­ся резины на основе СКФ-26, СКЭП, СКТВ и бутилкаучука.

Существенно влияет на скорость изменения свойств резин в атмос­ферных условиях солнечная радиация, ускоряя в некоторых случаях процесс в пять и более раз.

В саженаполненных резинах такая разница в скорости старения является в первую очередь результатом сильного нагревания поверх­ности резин под действием прямых солнечных лучей. Поскольку тем­пература оказывается важнейшим параметром, влияющим на все протекающие процессы, представлялось необходимым создать на­дежный метод ее экспериментального определения.

Исследование температуры резин на открытом воздухе показало, что суточное изменение ее, так же как и изменение температуры воздуха (при отсутствии облачности), приближенно описывается синусоидальными кривыми. Перегрев по сравнению с воздухом (при температуре воздуха 26 °С) достигает 22 °С у черной и 13 ° С у белой резины.

Ход изменения температуры резины в течение суток следует за ходом изменения величины солнечной радиации, и перегрев резины является функцией последней. Наряду, с этим перегрев зависит от теплообмена между резиной и воздухом. Это позволяет, исходя из потока солнечной радиации и используя уравнение теплообмена для системы плоская пластина - газ, определять температуру поверх­ности резин расчетным путем. В частности, зная абсолютные макси­мумы температуры в разных географических точках, можно рассчи­тать максимальную температуру, до которой в этих местах будет нагреваться поверхность резины. Для Москвы эта температура рав­на 60 °С (абсолютная максимальная 37 °С), для Ташкента 81 °С (абсо­лютная максимальная 45°С).

Повышение температуры поверхности резины даже на 20-25 °С может вызвать резкое изменение скорости старения. Таким образом, этот параметр необходимо принимать во внимание при оценке сроков старения резин в атмосферных условиях.

Определение температуры резин, находящихся на воздухе под различными светофильтрами, показало, что нагрев резины происхо­дит практически полностью за счет инфракрасной части солнечной радиации, оказывающей решающее влияние на скорость старения саженаполненных резин. Так, за 140 суток экспозиции резин из НК в г. Батуми сопротивление разрыву падает в среднем (в %): на открытом воздухе - на 34, под фильтром, пропускающим 70% инфра­красных и не пропускающим ультрафиолетовых лучей,-на 32, под фильтром, пропускающим 40% инфракрасных лучей, а также не­большое количество ультрафиолетовых,- на 24, под фольгой - на 20.

На основании изложенного можно заключить, что изменение физико-механических свойств ре­зин в условиях атмосферного ста­рения обусловлено главным обра­зом процессом теплового старения, протекающим под действием тепла и атмосферного кислорода. В соответствии с этим эффективное снижение скорости изменения фи­зико-механических свойств резин при атмосферном старении также, как и при тепловом старении, может быть достигнуто с помощью противостарителей главным обра­зом у резин на основе НК.

Изменение физико-механичес­ких свойств резин в атмосферных условиях может оказывать влияние на долговечность резиновых изделий в случае их длительного пребывания на воздухе в ненапря­женном состоянии или при достаточно малых напряжениях. Сущест­вен этот процесс также для деформированных резин, хорошо защи­щенных от действия озона или изготовленных из озоностойких каучуков, длительно эксплуатирующихся на воздухе.

Изменение поверхности резин

В атмосферных условиях значительные изменения претерпевает поверхность резин, и в первую очередь поверхность светлых резин из НК. Помимо сравнительно быстрого изменения цвета поверхност­ный слой сначала размягчается, а затем постепенно становится жест­ким и приобретает вид тисненой кожи. Одновременно поверхность покрывается сеткой трещин.

Процесс разрушения поверхности протекает главным образом под влиянием фотохимических реакций, вызываемых действием ультрафиолетовых лучей. Это доказывается, в частности, сравнением изменения поверхности резин в атмосферных условиях под разными светофильтрами: при отсутствии УФ лучей (отрезаются лучи с λ < < 0,39 мк) изменение поверхности оказывается несравненно мень­шим, чем под действием лучей с длинами волн до 0,32 мк.

Такое явление характерно для резин со светлыми наполнителями, потому что последние (окиси цинка, титана, магния, литопон и др.) в отличие от углеродных саж способны поглощать УФ лучи и являют­ся вследствие этого сенсибилизаторами химических реакции в резине.

Растрескивание и разрушение резин

Растрескивание резин в атмосферных условиях протекает с отно­сительно большой скоростью и является вследствие этого наиболее опасным видом старения.

Основным условием образования трещин на резине является одно­временное воздействие на нее озона и растягивающих усилий. Прак­тически такие условия в той или иной степени создаются при эксплу­атации почти всех резиновых изделий. Согласно современным пред­ставлениям, образование зародышевых озонных трещин на поверх­ности резин связывается или с одновременным разрывом под действи­ем озона нескольких ориентированных в одном направлении макро­молекул, или с разрывом структурированной хрупкой пленки озонида под влиянием напряжений. Проникновение озона в глубь микро­трещин ведет к дальнейшему их разрастанию и разрыву резин.

Исследование кинетики растрескивания резин на открытом воз­духе при постоянной деформации растяжения (интенсивность рас­трескивания оценивалась в условных единицах по девятибалльной системе) показывает, что различные резины отличаются между собой не только по времени появления видимых трещин τ у и време­ни разрыва τ р, но и по отношению скоростей процессов образования и разрастания трещин.

Важнейшими факторами, определяющими атмосферостойкость резин, а также весь ход процесса растрескивания, являются:

 реакционная способность резин по отношению к озону;

 величина растягивающих напряжений;

 воздействие солнечной радиации.

Защита резин от растрескивания

Для предохранения резин от растрескивания применяются два вида защитных средств: антиозонанты и воски.

В отличие от анткоксидантов, оказывающих умеренное защитное действие на тепловое старение резин, эффективность влияния антиозонантов и восков на озонное старение весьма велика.

Антиозонанты.

К числу типичных и наиболее эффективных антиозонантов относятся соединения класса N,N"-замещенных-n-фени-лендиамина и производных дигидрохинолина. Защита от действия озона осуществляется также некоторыми дитиокарбаматами, произ­водными мочевины и тиомочевины, n-алкокси-N-алкиланилином и др.

Механизм действия антиозонантов в последние годы привлекает внимание многих ученых. В результате исследования влияния анти­озонантов на кинетические закономерности озонирования и растрескивания каучуков и резин. сложилось несколько разных представлений по этому вопросу.

Широко обсуждается образование сплошного защитного слоя на поверхности резин за счет мигрирующего антиозонанта, продуктов его реакции с озоном и продуктов реакции озона с каучуком, в которой участвует антиозонант.

Предполагается, что последний тип реакций приводит или к устра­нению разрыва макромолекул, или к сшиванию их обрывков.

Образование поверхностного слоя антиозонанта или продуктов его взаимодействия с озоном, обеспечивающего эффективную защи­ту резин, можно ожидать лишь в случае, если они находятся в смолообразном состоянии и могут создавать при миграции сплошной равномерный слой. Действительно, согласно опытам, озоностойкость резины из НК, содержащей кристаллический антиозонант N-фенил-N"-изопропил-n-фенилендиамин (ФПФД), в ряде случаев оказывает­ся до начала миграции антиозонанта на поверхность даже несколько выше, чем после образования слоя выцветшего ФПФД. Это связано, по-видимому, с тем, что, хотя отдельные кристаллические образования антиозонанта и могут оказывать некоторое защитное действий на резины, в промежутках между такими образованиями на резине должны появляться «слабые» места, обусловленные обедне­нием поверхностного слоя резины антиозонантом за счет его выцве­тания и отсутствием чисто механической защиты за счет кристаллов антиозонанта.

Решающее значение миграции антиозонантов кристаллической структуры на поверхность с точки зрения эффективности их защит­ного действия может быть поставлено под сомнение, так как защит­ное действие антиозонантов обычно проявляется уже при дозиров­ках, не превышающих предела их растворимости в резине. Так, N-фенил-.N"-изопропил-n-фенилендиамин является эффективным в ре­зинах из НК и других неполярных каучуков при концентрации 1- 2 вес. ч. на каучук. Вероятно, основную роль в защите резин играет антиозонант, растворенный в поверхностном слое резины.

Механизм защитного дейст­вия, основанный на сшивании обрывков макромолекул или на устранении их распада, пред­ставляется вероятным, однако требует дальнейших экспери­ментальных подтверждений.

Весьма распространенной является концепция, согласно которой антиозонанты на по­верхности резин связывают озон, препятствуя его взаимо­действию с резиной.

Проведенные нами исследо­вания действия антиозонантов на реакцию каучука с озоном (в растворе ССl4) показали, что антиозонанты не влияют на характер кинетической кривой озонирования каучука и прак­тически не изменяют энергии активации процесса. В присутствии антиозонанта уве­личивается лишь общее количе­ство поглощенного озона. Однако, как следует из данных о накопле­нии кислородсодержащих групп, скорость реакции самого каучука с озоном при этом снижается. Одновременно снижается также скорость деструкции макромолекул. В этих условиях происходит одновременное озонирование каучука и антиозонанта.

Исследования кинетики озонирования самого антиозонанта (в рас­творе) показало, что энергия активации этой реакции для ФПФД несколько выше, чем для каучука (1,4 ккал/моль), и скорость взаи­модействия этого антиозонанта с озоном во всей интересующей облас­ти температур превышает скорость озонирования каучука (при весо­вом соотношении каучука и антиозонанта 100: 5).

Все это дает основание полагать, что реакция антиозонанта с озо­ном на поверхности резин играет определенную роль в защите резин от озонного старения. Однако скорость реакции для разных антиозонантов не коррелируется с их эффективностью при растрескивании резин, поэтому процесс не является определяющим в защитном действии разных соединений.

Изложенное позволяет заключить, что в настоящее время нет общепризнанной и в достаточной мере обоснованной точки зрения на механизм действия антиозонантов. Этот вопрос требует серьезно­го изучения. Однако этот механизм, надо полагать, различен для разных типов соединений, и, вероятно, один тип антиозонантов дей­ствует не по одному, а по разным механизмам.

Защитное действие антиозонантов растет с увеличением их концентрации. Однако практически применение антиозонантов в кон­центрациях, значительно превышающих предел их растворимости, не представляется возможным, поэтому используются комбинации, состоящие из. двух антиозонантов преимущественно разной химичес­кой структуры. Наиболее эффективные системы антиозонантов, состо­ящие из ФПФД, параоксинеозона (ПОН), ацетонанила и ряда других.продуктов, увеличивают τ u в атмосферных условиях в несколько раз.

Воски.

Некоторые смеси углеводородов парафинового, изопарафинового и нафтенового ряда, представляющие собой продукты, по свойствам подобные воскам, осуществляют физическую защиту резин от атмосферного старения. Оптимальными защитными свойствами обладают воски с длиной молекулярной цепи в 20-50 углеродных атомов. Эффективны воски в основном только в статически напря­женных резинах. Защитное действие восков основано на их способ­ности образовывать на поверхности резин сплошную пленку, пре­пятствующую взаимодействию резины с озоном. Сущность явления образования пленки сводится к следующему: при охлаждении резин после процесса вулканизации введенный в резиновую смесь воск об­разует в резине пересыщенный раствор, из которого в дальнейшем происходит его кристаллизация. Кристаллизация вещества из пересыщенного раствора в полимере может осуществляться как в объеме, так и на его поверхности («выцветание»). Последнее приводит к обра­зованию защитной пленки.

Эффективность защитного действия восков связана в первую очередь с озонопроницаемостью этой пленки, определяемой толщи­ной пленки и основными физико-химическими характеристиками воска. Наряду с этим эффективность воска в большой степени зави­сит от температуры эксплуатации резин; обычно с повы­шением температуры эксплуатации защитное действие воска ухуд­шается. Чем выше температура плавления воска (в определен­ных пределах), тем в большем интервале температур при прочих равных условиях он может работать. При повышении температуры эксплуатации резин необходимо применение восков с более высокой температурой плавления. Имеются данные, свидетельствующие о том, что эффективная защита осуществляется при условии, если температура эксплуатации резин на 15-20 °С ниже температуры плавления воска. Эта величина уменьшается при повышении дози­ровок воска и применении смешанных восков.

С учетом того, что температура плавления не может служить однозначной характеристикой специфического воскообразного состо­яния вещества с широким температурным интервалом размягчения, были предложены новые характеристики восков-температура начала и температура полного размягчения, определяющиеся при изучении термомеханических свойств восков. Использование этих параметров позволило установить, что в отличие от вышеуказанного, по данным ускоренных лабораторных испытаний, защитное действие ряда восков с увеличением температуры (от 25 до 57 °С) возрастает.

Зависимость эффективности защитного действия ряда восков от их дозировки при атмосферном старении статически напряженных резин описывается или кривой насыщения, или экстремальной кри­вой.

Предел эффективной концентрации воска связан, по-видимому, с большой степенью пересыщения раствора воска в резине, способствующей интен­сивной кристаллизации воска в объеме, что может оказывать лишь отрицательное влияние на однородность и, следовательно, на стойкость резин к атмос­ферному растрескиванию. С учетом данных об эффективно­сти защитных восков, а также их отрицательного влияния на ряд технологических свойств резин рекомендуется применять воски в количествах, не превы­шающих трех весовых частей. Наибольший эффект зашиты резин достигается совместным применением антиозонантов и восков, причем действие таких компози­ций больше аддитивного действия обоих компонентов. Это можно объяснить тем, что при наличии пленки воска на поверхности рези­ны антиозонант диффундирует в нее при любом содержании его в в резине. Количество перешедшего в пленку антиозонанта будет определяться законом распределения. Расчет показывает, что при введении в резину 2 вес. ч. ФПФД (меньше предела растворимости) содержание его в мономолекулярном поверхностном слое резины бу­дет на два порядка меньше, чем в образовавшейся на резине пленке воска толщиной 10 мк (растворимость этого антиозонанта в парафине около 0,1 %). Таким образом, воск способствует резкому увеличению содержания на поверхности резины антиозонанта, равномерно рас­пределенного в сплошной пленке.

Особенности старения резин в тропиках

Основными особенностями тропического климата, характерного для низких географических широт (от 0 до 30°), являются:

высокий общий уровень солнечной радиации, мало изменяющий­ся в течение года. Большое количество прямой солнечной радиации и большое содержание ультрафиолетовых лучей в солнечном спектре; более высокая по сравнению с другими климатическими зонами среднегодовая температура. Особенно характерно большое колебание суточных температур. В связи с этим в сухих тропиках наблюдается и более высокая среднемаксимальная годовая темпера­тура (средняя из максимальных температур в каждом месяце); высокое значение относительной влажности (во влажных тропи­ках), что играет роль главным образом для резин из полярных каучуков. Следствием высокой влажности является наличие различных микроорганизмов, вызывающих в некоторых случаях появление пле­сени на резинах.

Хотя концентрация озона в тропиках меньше, чем в других кли­матических зонах, в результате его сочетания с интенсивной солнечной радиацией и высокой температурой воздуха старение резин в тропиках протекает значительно быстрее, чем в умеренном кли­мате. Резины из нестойких каучуков, не содержащие специальных защитных агентов растрескиваются в условиях тропического кли­мата в течение 2-3 месяцев, а иногда и через несколько суток Те же резины, защищенные эффективными антиозонантами и восками не претерпевают изменений в течение нескольких лет. Сопоставление скоростей старения резин в некоторых климатических зонах показывает, что скорость старения последовательно возрастает при экспозиции в следующих пунктах: Москве, Батуми, Ташкенте Индонезии. Ускорение процесса зависит от типа резины и колеблется в больших пределах, так, в Индонезии по сравнению с Батуми старение ускоряется в 2,7-8 раз, а по сравнению с Москвой в 25 раз.

ИЗМЕНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РЕЗИН ПРИ ТЕРМИЧЕСКОМ СТАРЕНИИ

Термостойкость - способность резин сохранять свойства при действии повышенной температуры. Обычно этим термином обозначают сопротивление термическому старению, в процессе которого происходит изменение химической структуры эластомера. Изменение свойств резин при термическом старении необратимо.

Температурная зависимость скорости старения часто формально подчиняется уравнению Аррениуса, что позволяет прогнозировать степень изменения показателей свойств. Максимально допустимая температура длительного(более 1000 ч) и кратковременного (168 ч) использования резин на основе различных каучуков на воздухе (снижение прочности при растяжении до 3,5 МПа или относительного удлинения при разрыве-до 70%) составляет (°С): АК-более 149 и 177, ФК (аминная вулканизация)-177 и более 177, БНК (пероксидная вулканизация)- более 107 и 149, БНК («кадматная» вулканизация)-135 и 149, ЭХГК-121 и 149, ББК-121 и 149, БК (смоляная вулканизация)-135 и 149, ЭПТ (пероксидная вулканизация)-149 и более 149 соответственно.

Ниже рассмотрены особенности термического старения и влияние состава резиновой смеси на изменение механических свойств резин на основе различных каучуков при статическом нагружении. Для характеристики сопротивления термическому старению можно воспользоваться соотношениями (в %):

,
,

где f 0 ε и f ε  условное напряжение при заданном удлинении в процессе растяжении образца с заданной скоростью; f 0 p и f p – прочность при растяжении; ε 0 р и ε р  относительное удлинение при разрыве до и после старения.

Резины на основе изопренового каучука. (ПИ)

При одинаковой вулканизующей системе минимальным сопротивлением термическому старению обладают резины на основе ПИ. При 80-140°С обычно протекают в основном реакции деструкции пространственной сетки вулканизата, а при 160 °С - реакции сшивания макромолекул каучука. Изменение механических свойств в большей степени обусловлено деструкцией макромолекул, интенсивность которой возрастает на воздухе. При этом значение f p и В снижается в большей степени чем ε p . Энергия активации, рассчитанная по скорости снижения f p , ε p и В тиурамного вулканизата НК, содержащего технический углерод, составляет 98-103 кДж/моль.

Насколько долго прослужат автомобильные шины, зависит от эксплуатации, технического состояния автомобиля и вашего стиля управления. Профессиональное техническое обслуживание и постоянные проверки обеспечат безопасное движение.

Шины напрямую контактируют с дорогой, поэтому очень важно поддерживать качество шин в нормальном состоянии, ведь именно от их качества зависит безопасность, экономичность топлива и комфорт. Необходимо не только правильно подбирать шины, но и следить за их состоянием для предупреждения их преждевременного старения и износа.

Основные причины повреждения и износа автомобильных шин

Неприятных сюрпризов на дороге, которые в итоге приводят к повреждению и износу шин, всегда предостаточно: камни, ямы, стекло. Их мы не можем ни предусмотреть, ни предотвратить. Но вот проблемы, возникающие из-за большой скорости, давления воздуха и перегрузки, полностью зависят от владельца автомобиля и вполне решаемы.

1. Движение с большой скоростью

Внимательно следите за скоростным режимом! При движении на большой скорости риск повреждения и износа шин наиболее вероятен, ведь шины сильнее нагреваются, и быстрее теряется давление в них.

2. Давление воздуха в шинах

Избыточное и недостаточное давление в шинах снижает срок использования шин и приводит их к преждевременному износу (перегрев шины, снижение уровня сцепления с дорожным покрытием), поэтому необходимо контролировать достаточное давление в шинах.

3. Перегрузка

Следуйте рекомендациям производителей относительно нагрузки! Чтобы избежать перегрузки шин, внимательно изучите на боковине шины индекс нагрузки. Это максимальное значение, и превышать его не нужно. При перегрузке также происходит сильный перегрев шины, а соответственно, ее преждевременное старение и износ.

Как уберечь шины от преждевременного старения и износа

Даже самые качественные и дорогие шины недолговечны. Износ и старение шины - лишь дело времени, но в наших силах увеличить сроки использования шин до максимума. Что же сделать, чтобы продлить жизнь шинам и уберечь их от износа? Вот несколько простых советов:

Периодически проверяйте состояние шин. Проверка отнимает всего-то несколько минут, зато позволяет сэкономить средства. Проверять состояние шин нужно раз в неделю.

После пяти лет использования шин, тщательно проверяйте их раз в год.

Проверяйте давление в шинах примерно раз в месяц. Правильное давление – это гарантия безопасности движения и сохранения характеристик шин. В руководстве по эксплуатации автомобиля можно найти то самое правильное давление, причем давление нужно проверять лишь в холодных шинах.

Проверяйте глубину протектора, уровень износа шин хотя бы один раз в месяц.

Размер глубины протектора меньше 1.6 мм указывает на значительный износ шин, и их нужно поменять.

Периодически проверяйте регулировку углов установки колес во время планового технического обслуживания или незадолго до официального технического обслуживания. Неправильные углы установки не всегда заметны, обычно они меняются при наезде на ямы и бордюры.

Производите балансировку колес при их перестановке (раз в полгода). Не путайте такие понятия, как «регулировка углов установки колес» и «балансировка колес». При регулировке устанавливается правильное геометрическое положение колес, а при балансировке колеса устанавливаются так, чтобы вращение было без вибрации. Балансировка уберегает колеса от преждевременного старения и износа, обеспечивает сохранность подвески и подшипников колес.

Переставляйте шины. Избежать быстрого износа шин поможет их перестановка. Каждые 6-7 тыс. мыль их можно переставлять, не забывайте также про «запаску». Переставляя шины, вы сэкономить средства и продлите срок их использования, ведь шины будут изнашиваться более равномерно.

При замене шин меняйте вентили. Вентиль – важная деталь, обеспечивающая герметичность шины. Высокое давление и существенные нагрузки при вращении колеса воздействуют на вентиль. Поэтому при замене шин необходимо менять и вентили, это продлит срок службы шины и сбережет от износа. Экономия на вентилях напрямую влияет на срок службы ваших шин.

Когда нужно поменять шины?

Еженедельная проверка шин (осмотр глубины протектора, давления воздуха в шинах, имеющихся повреждений на боковинах шин, появление следов неравномерного износа) позволяет реально оценить степень износа и старения шин. Если в вашу голову закрались сомнения в безопасности использования шин, то обратитесь к опытному специалисту для консультации по поводу дальнейшей эксплуатации.

Шина подлежит замене в случае:

Прокола (возможны не только внешние, но и скрытые повреждения)

Сильного износа протектора

Наличия следов старения и «усталости» (трещины с внешней стороны, на бортовой и плечевой зоне, деформация шины и т. д.). Такие шины не обеспечивают должного сцепления.

Повреждения шины

Неравномерного износа по краям, в центре, на отдельных участках

Несоответствия автомобилю (необходима установка колес одного типа)

Срок службы шин

Сроки службы шин сильно отличаются, поэтому предугадать, сколько будет служить та или иная шина, практически невозможно. В состав шины входят различные ингредиенты и материалы резиновой смеси, влияющие на сроки эксплуатации. Погодные условия, условия использования и хранения также могут продлить или сократить срок службы шин. Поэтому чтобы увеличить сроки эксплуатации шин, уберечь их от износа и старения, следите за их внешним видом, поддержанием давления в шинах, появлением следующих эффектов: шум, вибрация или увод в сторону автомобиля при движении, и конечно, правильно храните их.

Правила хранения автомобильных шин

Даже если шины лежат и не используются или используются редко, они стареют. Желательно не хранить ненакачанные или демонтированные шины долгое время в штабелях. Также нельзя хранить на шинах какие-либо посторонние, особенно тяжелые предметы. Избегать нахождения рядом с шинами раскаленных предметов, пламени, искрообразующих источников и генераторов. При взаимодействии с шинами рекомендуется пользоваться защитными перчатками.

Шины хранятся в сухом помещении с хорошей вентиляцией, с постоянной поддерживаемой температурой, которое защищено от осадков и воздействия прямых солнечных лучей. Во избежание изменения структуры резины не храните рядом с шинами химические средства и растворители. Избегайте хранения вблизи шин острых металлических, деревянных и других предметов, которые могут их повредить. Чёрная резина боится переизбытка тепла и мороза, а чрезмерная влажность приводит к ее старению. Шины нельзя мыть под сильной водяной струей, достаточно мыла или специального средства.

Из всего сказанного напрашивается вывод, что сберечь шины от износа и старения поможет правильное хранение, эксплуатация и всесторонняя проверка их состояния.