Расширенное руководство по полимерам. Свойства реактопластов. PIB, PI (IR)

IR (изопреновый каучук, иногда сокращаемый, как PI, то есть собственно полиизопрен) является ближайшим химическим «родственником» натурального каучука (NR). Таким образом, синтетический каучук, наиболее близкий к дублированию химического состава натурального каучука, — это как раз синтетический полиизопрен. Одним существенным недостатком полиизопрена является отсутствие устойчивости к деформации перед вулканизацией, то есть в течение периода времени во время обработки до отверждения. Изопреновый каучук может использоваться взаимозаменяемо с натуральным во всех продуктах, кроме самых требовательных.

Изопреновые каучуки обладают свойствами хорошей адгезии, высокой неармированной прочности, хорошей стойкости к истиранию и характеристик, которые обеспечивают хорошую производительность в динамических применениях. Тем не менее, из-за наличия некоторых примесей, натуральные каучуки в целом несколько лучше: например, низкий гистерезис и высокая прочность на разрыв отличают именно натуральный каучук, а не полиизопрен. Кроме того, растворители, бензин и озон легко могут разрушить полиизопрен. Его предел прочности на разрыв находится в диапазоне от 24 до 31 МПа (от 3500 до 4500 фунтов на квадратный дюйм), а его относительное удлинение составляет от 550 до 650%. Тем не менее сферы эксплуатации полиизопрена примерно такие же, как и для натуральных каучуков.

Продолжая сравнение этих двух материалов, отметим, что натуральный каучук, получаемый из дерева гевеи, является единственным не синтетическим каучуком. Этот природный эластомер, извлекаемый из сока бразильской гевеи, выращенной на плантациях, является полностью биоразлагаемым и состоит в основном из цис-1,4-полиизопрена. Синтетическим эквивалентом является полиизопрен (IR), который может быть получен полимеризацией 2-метил-1,3-бутадиена с катализаторами Циглера-Натта. Как натуральный каучук, так и полиизопрен часто смешивают с другими ингредиентами, такими как масла, наполнители, сшивающие агенты и антиоксиданты, что обеспечивает изменение свойств эластомера в сторону универсальности.

Натуральный и синтетический полиизопрен являются недорогими эластомерами с хорошей усталостной стойкостью и, следовательно, являются отличным выбором для динамических применений при низких температурах и температуре окружающей среды. Прочность на растяжение, относительное удлинение и сопротивление истиранию натурального каучука превосходны в диапазоне рабочих температур от -50 °C до + 100 °C. Химически подобный синтетический полиизопрен имеет более низкую прочность, чем натуральный каучук, но лучше показывает себя при низких температурах. В тех случаях, когда требуется соответствующая консистенция и хорошая технологичность, синтетический полиизопрен часто является лучшим выбором. Поскольку полимеризация изопрена проводится в строго контролируемых условиях, состав, структура и получающиеся свойства изменяются очень мало, в то время как натуральный каучук содержит встречающиеся в природе примеси, а молекулярная масса изменяется в зависимости от условий роста каучукового дерева. Оба имеют заметное влияние на физические свойства и технологичность резины. Как правило, синтетический каучук обладает превосходной устойчивостью к старению и атмосферным воздействиям и его легче обрабатывать благодаря его более низкой вязкости. Он также часто более совместим с другими каучуками, такими как SBR и EPDM.

Натуральный и синтетический каучук различаются своей микроструктурой: натуральный каучук почти полностью состоит из цис-1,4 полимера, тогда как синтетический изопрен представляет собой смесь цис-1,4, транс-1,4 и 3,4 полимера. Количество цис-1,4 обычно находится в диапазоне от 90 до 98%. Увеличение цис-1,4 обычно снижает температуру стеклования, увеличивает кристалличность и улучшает механическую прочность. Таким образом, прочность на разрыв и сопротивление разрыву у синтетического полиизопрена обычно несколько ниже, чем у натурального каучука. Хотя натуральный каучук (NR) и полиизопрен (IR) можно использовать с водой, полярными органическими веществами (органические кислоты, спирты, кетоны) и некоторыми разбавленными кислотами и щелочами, другие эластомеры, такие как EPDM (последний активно используется в производстве уплотнений для труб, фитингов и трубопроводной арматуры), являются более предпочтительными для этих применений. Как натуральные, так и синтетические изопреновые резиновые смеси подвергаются воздействию неполярных растворителей, топлива и масел на нефтяной основе. Они также имеют низкую термостойкость и подвержены воздействию озона из-за наличия двойных связей в основной цепи полимера, а потому подвержены термическому и окислительному разложению. Разрушение обычно происходит из-за разрыва цепи и вызывает снижение механических свойств.

Основными производителями полиизопренового каучука являются такие предприятия, как Firestone, Eni, Cray Valley, LG Chem, GoodYear и Lanxess. Производят этот материал и некоторые российские заводы. Из-за своей выдающейся прочности и отличной деформации при сжатии изопреновый каучук является предпочтительным материалом для многих технических применений. Типичные области применения включают антивибрационные опоры, приводные муфты, шины, пружины, подшипники, резиновые ленты и клеи. Типичный диапазон рабочих температур составляет от -50 °C до + 100 °C. Добавим, что из полиизопрена также изготавливают и уплотнения для трубопроводных систем бытового и коммерческого применения. В промышленных же трубопроводах чаще используют более надёжные материалы, такие, как EPDM, NBR, FPM, а для особой химической стойкости — термопластичный PTFE и некоторые другие.