Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике   ElectricalSchool.info - большой образовательный проект на тему электричества и его использования. С помощью нашего сайта вы не только поймете, но и полюбите электротехнику и электронику!
Электрические и магнитные явления в природе, науке и технике. Современная электроэнергетика, устройство электрических приборов, аппаратов и установок, промышленное электрооборудование и системы электроснабжения, электрический привод, технологии автоматизации и многое другое.
Чтобы не тратить каждый раз свое время на поиски добавляйте наш сайт в закладки и подписывайтесь на наши странички в соцсетях!
 


 

 Школа для электрика / Справочник электрика / Электротехнические материалы / Каучук и каучуковые материалы: резина, эбонит, гуттаперча, балата


 

Каучук и каучуковые материалы: резина, эбонит, гуттаперча, балата



Каучук — общее имя, под которым продается продукт коагуляции млечного сока, выделяемого некоторыми тропическими растениями. К числу этих растений относится Бразильская гевея (Hevea brasiliensis) и родственные ей виды. Из гевей как дико растущих, так и плантационных получается около 9/10 мировой добычи каучука.

Плантационный каучук выше по своим качествам, нежели дико растущий. Продажный каучук носит различные названия, наиболее ценный сорт "пара-каучук". В химическом отношении главной составной частью каучука является углеводород состава (С10H16)n. В настоящее в больших объемах выпускается искусственный каучука, путем полимеризации изопрена (C5H8). Каучук растворим в бензине, бензоле, сероуглероде и др.

Природный каучук

Еще до открытия Бразилии местные индейцы имели "резиновые мячики", бутылки из небьющегося материала и пользовались для освещения на праздниках факелами, которые долго горели, но выделили много сажи и имели резкий запах. Они изготовлялись из молочно-белых "слез" дерева кауучу.

Пробы этого материала в виде каучуковых сухих лепешек привез на родину французский исследователь и ученый Шарль Мари де ла Кондамин в 1744 году во время английской морской блокады против Франции. Но промышленное значение каучук получил только после того, как американскому химику Чарльзу Нельсону Гудьиру в 1839 году удалось превратить каучук с серой под действием тепла из пластичного в эластичное состояние (резину).

В результате процесса вулканизации и изготовления эбонита, в 1848 году он стал основателем современной резиновой промышленности. В 1898 году в Акране (Огайо) была основана компания "Goodyear Tire & Rubber". Еще сегодня она относится к самым крупным производителям изделий из каучука и синтетической резины в мире.

Старая реклама компании Goodyear

Обработка каучука

В чистом виде каучук не применяется, а предварительно смешивается с различными веществами, из которых главную роль играет сера. Полученная смесь формуется и подвергается вулканизации. Смешение происходит путем перетирания каучука на вальцах, с постепенной подсыпкой того или иного вещества.

В состав каучуковой массы могут входить следующие вещества:

  • каучук;

  • суррогаты каучука (регенерат — старый каучук и фактисы — жирные масла, вулканизированные серой);

  • наполнители (окись цинка, мел, каолин и т. п.);

  • сера;

  • ускорители вулканизации;

  • смягчители, прибавляемые при большом проценте наполнителей (парафин, церезин, асфальт и пр.);

  • красители.

В электротехнике применяется мягкий каучук, с большим содержанием наполнителей (до 60% и выше), но с малым содержанием серы, и твердый каучук — роговой каучук, эбонит, с большим содержанием серы.

Изделия из каучука

Резина

Резина — смесь каучука с серой, обработанная при повышенной температуре. Чрезвычайно гибкий, эластичный, совершенно водонепроницаемый материал, обладающий высокими изоляционными свойствами. Изготовляется в виде листов различной толщины и широко используется для изоляции проводов. Отрицательные качества — малые теплостойкость и маслостойкость. 

Резиновая шина

Вулканизация

Для электротехнических изделий применяется исключительно горячая вулканизация. Температура вулканизации 160 - 170° С для твердого каучука и 125 - 145° С для мягкого. Время вулканизации зависит от рода изделий и их размера.

Для ускорения процесса вулканизации в смесь прибавляют особые вещества органического и неорганического происхождения - ускорители. К таким веществам принадлежат окиси некоторых металлов, а также некоторые сложные органические соединения. Ускорители не только сокращают время вулканизации в 4 - 6 раз, но и дают продукт более однородный и во всех отношениях лучших качеств.

Электроизоляционные перчатки

Свойства мятого каучука

Свойства каучука зависят от его сорта, рода наполнителей, количества серы, времени вулканизации и т. д. Увеличение содержания серы увеличивает диэлектричсекую постоянную и угол потерь. Из примесей наиболее вредно влияет на электрические свойства сажа, наименее — молотый кварц.

Удельное объемное сопротивление в среднем составляет 1014 - 1016 Ом х см. Диэлектричская постоянная от 2,5 до 3. Электрическая прочность составляет для сырого каучука - 24 кВ/мм, для каучука вулканизированного - 38,7 кВ/мм. Тангенс угла потерь для вулканизированного каучука 0,005 - 0,02. Удельный вес чистого каучука 0,93 - 0,97, каучуковой смеси - 1,7 - 2. Временное сопротивление при растяжении хорошего каучука - 120 кг/см2, при чем при разрыве каучук удлиняется в 7 раз.

Мягкий каучук идет, главным образом, на изоляцию проводников, на выделку трубок, лент, перчаток и т. д. При электромонтажных работах широко применяется изоляционная лента, представляющая собой обычную миткалевую ленту, покрытую с одной стороны каучуковой клейкой массой.

Каучук в электротехнической промышленности

Эбонит

Иначе называется твердым каучуком. Лучшие сорта эбонита содержат 75% чистого каучука и 25% серы. Некоторые сорта содержат, кроме того, регенерат и наполнители. Впрочем, наполнители иногда прибавляются для изменения свойств эбонита в желаемом направлении, например, для увеличения его теплостойкости.

Удельное объемное сопротивление лучших сортов эбонита доходит до 1016 - 1017 Ом х см. Поверхностное удельное сопротивление до 1015Ом. Однако, поверхностное сопротивление при длительном действии световых лучей значительно уменьшается. Для уменьшения этого эффекта поверхность эбонита должна быть хорошо полирована.

Старение происходит вследствие выделения из эбонита свободной серы, которая, соединяясь с кислородом воздуха и влагой, дает серную кислоту. Для восстановления поверхности,. эбонит промывается сначала нашатырным спиртом, а затем, многократно, дистиллированной водой.

Электрическая прочность эбоинта составляет от 8 до 10 кВ/мм при толщинах порядка 5 - 10 мм. Временное сопротивление при изгибе от 400 до 1000 кг/cм2. Временное сопротивление при ударном изгибе 5 - 20 (кг х см)/см2. Теплостойкость 45 - 55° С.

Предприятия, вырабатывающие эбонит, обычно выпускают несколько сортов его. Чем ниже сорт, тем больше в нем суррогатов каучука и наполнителей. Эбонит имеет весьма широкое применение в электротехнике. Эбонит продается в листах, прутках и трубах.

Использование эбонита

К специальным сортам эбонита принадлежат асбестонит и вулкан-асбест. Производство их несколько отличается от производства эбонита,а именно: так как асбестовое волокно совершенно размалывается вальцами, то каучук растворяют в бензияе и затем уже смешивают с асбестом и прочими наполнителями. Такие смеси могут содержать очень мало каучука, до 10%, вследствие чего теплостойкость этих изделий может быть поднята до 160° С.

Эбонитовый порошок используют для изготовления пластмассы, из которой прессуют различные изоляционные детали.

Синтетический искусственный каучук

В современной кабельной промышленности отдается предпочтение не натуральному каучуку, а его синтетическим видам и смесям. Эти смеси придают специфические свойства изолировочному слою и оболочке готовых продуктов (жилы, провода и кабеля). К смесям добавляют присадки, ускоряющие реакцию сшивания, а также цветные пигменты и присадки, защищающие готовый продукт от старения.

Существует несколько видов синтетического каучука - карбоксилатные, полисульфидные, этиленпропимновые и др. Электрические свойства синтетического каучука близки к свойствам естественного, но механические ниже. 

Искуственный каучук

Гуттаперча

Гуттаперча представляет продукт коагуляции млечного сока некоторых растений, произрастающих на островах Малайского архипелага.

Гуттаперча содержит 20 - 30% смол и 70 - 80% каучука с углеводородом и по химическому составу приближается к природному каучуку. Но, так как родственники не всегда похожи друг на друга, гуттаперча тоже ведет себя по-иному, чем натуральный каучук. При температуре 50 - 70 оС гуттаперча становится пластичной, но не эластичной, как каучук, и затвердевает при воздействии холода.

Гуттаперча не вулканизируется. Начинает размягчаться при 37° С, при 60° С становится совершенно пластичной и при 130° С расплавляется. Удельное объемное сопротивление 1014 - 1016 Ом х см.

Это один из самых древних электроизоляционных материалов. С 1845 года гуттаперчей изолировались телеграфные провода в Великобритании, в т.ч. для изоляции подводных линий.

Подводный телеграфный кабель 1864 года

Подводный телеграфный кабель 1864 года

В семидесятых годах XIX века появляются первые кабельные заводы за границей и в России. Эти заводы изготовливали главным образом изолированную проволоку для телеграфа и немногие из них — изолированный гуттаперчей подводный телеграфный кабель.

За применение новых сырьевых материалов, как, резины, гуттаперчи, балаты ратовал родившийся в Кельне Франц Клоут (1838 - 1910 гг.), ставший новатором и важнейшим основателем резиновой промышленности в Германии.

С гуттаперчей, как изоляционной облицовкой, эксперименты проводились и Вернером фон Сименсом, который хотел применить ее для подземного кабеля. При проведении трехлетних испытаний по поручению немецкого правительства оказалось, что гуттаперча разрушается натуральными агрессивными веществами земли и теряет через короткое время свои изоляционные качества в грунтовых водах.

В качестве изолятора жил силового кабеля гуттаперча продержалась сравнительно короткое время, так как изоляция на холоде становилась твердой, а под действием тепла мягкой, была дорогостоящей, а поэтому не могла стать идеальной (смотрите - Какие бывают кабельные изделия).

Покрытие кабеля гуттаперчей. Гринвич, 1865-66 годы. Картина Р. Ч. Дадли

Покрытие кабеля гуттаперчей. Гринвич, 1865-66 годы. Картина Р. Ч. Дадли

Жилы в то время укладывались в трубах из железа и свинца и были обмотаны лентами из хлопка, льна или джута. А в 1882 году появилась идея применения этих материалов для изоляции. Для этого на базе вазелина с добавлением природных смол для сгущения были созданы средства пропитки.

Употребляемый тогда гуттаперчевый пресс превратился в гидравлический свинцовый пресс, с помощью которого непосредственно на жилу накладывалась свинцовая облицовка и отпала необходимость применять железные трубы.

От коррозии облицовка защищалась джутом, пропитанным битумом, который обматывался вокруг кабеля. В качестве механической защиты применялись два оцинкованных железных листа, пропитанных битумом и уложенных внахлестку. Для полной защиты от коррозии их еще раз покрывали джутом, пропитанным битумом.

Битум относится к продуктам, оставлявшим на руках монтеров-прокладчиков подземного кабеля еще многие десятилетия черные следы. Поскольку он, известный как "земная смола" или "горная смола", добывался как "природный асфальт", а сегодня выделяется в основном при перегонке нефти в вакууме, применялся еще за 2500 лет до н.э. под названием "асфальта" жителями Мессопотамии для уплотнений между досками палубы их судов. Применялся он и как предшественник линолеума для изоляции полов от проникновения влаги.

Конвейерная лентаБалата

Балата — продукт, родственный каучуку и гуттаперче, добывается в Венесуэле. По свойствам близка к гуттаперче и применяется, как прибавка к ней и к каучуку. Балата содержит больше природных смол, чем каучук и гуттаперча и в отличие от резины не вулканизируется. В большом количестве она применяется в виде пропитки при изготовлении приводных ремней и конвейерных лент.

Смотрите также:

Провода и кабели с резиновой изоляцией: виды, достоинства и недостатки, материалы, технология производства