В настоящее время на рынке присутствует большое разнообразие каучуков по свойствам и характеристикам. Но в самом общем виде их можно разделить на два крупных сегмента: каучуки общего назначения и каучуки специального назначения.

Каучуки общего назначения используются в тех изделиях, в которых важна сама природа резины и нет каких-либо особых требований к готовому изделию. Каучуки специального назначения имеют более узкую сферу применения и используются для придания резино-техническому изделию (шинам, ремням, обувной подошве и т.д.) заданного свойства, например, износостойкости, маслостойкости, морозостойкости, повышенного сцепления с мокрой дорогой и т.д. Чаще всего один каучук сочетает в себе несколько свойств, поэтому подбор каучуков в рецептуре резино-технического изделия для определенных областей является тщательной работой технологов.

Спецкаучуки применяются в резино-технической промышленности в гораздо меньших количествах по сравнению с каучуками общего назначения. Области применения каучуков общего назначения и специального назначения также имеют различия. Поэтому в данном обзоре будут подробно рассмотрены только каучуки общего назначения, которые имеют схожие способы получения, переработки и применения.
 
Свойства и преимущества применения основных типов синтетических каучуков

Свойства синтетических каучуков определяют их области применения. Создание рецептуры резино-технического изделия сопровождается подбором различных видов каучуков, наполнителей, мягчителей и др. Правильное сочетание всех компонентов  в рецептуре позволяет получить резино-техническое изделие с заданными свойствами. Представим основные свойства каучуков общего назначения.

Бутадиен-стирольный каучук

Бутадиен-стирольный каучук обладает отличным сочетанием функциональных свойств в различных областях применения. Этот каучук считают лучшим каучуком общего назначения благодаря отличным свойствам высокой стойкости к истиранию и высокому проценту наполняемости. С увеличением содержания звеньев стирола (α-метилстирола) в сополимере снижается эластичность каучука, ухудшается морозостойкость, но увеличиваются прочностные показатели. Характерной особенностью бутадиен-стирольных (α-метилстирольных) каучуков является низкое сопротивление разрыву ненаполненных вулканизатов. Эти каучуки имеют более высокую температуру стеклования по сравнению с натуральным каучуком и уступают натуральному каучуку по морозостойкости. Важным преимуществом бутадиен-стирольных каучуков перед натуральным каучуком является меньшая склонность к образованию трещин, более высокая износостокость, паро- и водонепроницаемость, лучшее сопротивление тепловому, озонному и световому старению. Хорошими диэлектрическими свойствами обладают каучуки с высоким содержанием стирола (количество стирола в смеси мономеров 50 вес. % и выше).

 Полибутадиеновый каучук

Большая часть полибутадиенового каучука в настоящее время производится 1,4-цис типа, но некоторые имеют смешанную структуру звеньев. Будучи ненасыщенным каучуком, он с легкостью вулканизуется с серой. Полибутадиеновый каучук обладает отличной стойкостью к низким температурам и к истиранию. Но при этом, он не обладает высокой прочностью при растяжении и обычно наполняется упрочняющими добавками. Он также имеет меньшую прочность на растяжение, плохую технологическую переработку и плохое сцепление с дорогой по сравнению с натуральным каучуком. Поэтому в рецептурах резинотехнических изделий он перемешивается с натуральным каучуком или бутадиен-стирольным каучуком.

Полибутадиеновые каучуки используются в большом количестве в смесях с другими эластомерами, для придания хорошего свойств гистерезиса и стойкости к истиранию. Смеси полибутадиена с бутадиен-стирольным или натуральным каучуками широко используются в легковых и грузовых шинах для улучшения устойчивости к растрескиванию. Кроме этого полибутадиеновый каучук используется как модификатор в смесях с другими эластомерами для улучшения морозостойких свойств, стойкости к тепловому старению, истиранию и растрескиванию.

Бутилкаучук

Бутилкаучук имеет уникальную способность удерживать воздух, что обеспечивает ему безусловный приоритет в шинной промышленности при производстве камер и диафрагм. Автомобильные камеры из бутилкаучука сохраняют исходное давление воздуха в 8-10 раз дольше, чем аналогичные камеры из натурального каучука, что повышает срок службы шины минимум на 10-18% по сравнению с натуральным каучуком. Каучук стоек к воздействию озона и имеет хорошую стойкость к полярным растворителям, водным растворам кислот и окисляющих реагентов. Он обладает хорошей стойкостью к животному и растительному маслу, но бутилкаучук нестоек к воздействию минеральных масел.

Прочность на разрыв бутилкаучука немного меньше по сравнению с натуральным каучуком, но при высоких температурах этот показатель одинаковый для обоих каучуков. Стойкость к истиранию хорошая, когда каучук тщательно наполнен (также как остаточная деформация сжатия), но упругость все же остается очень низкой. К недостаткам бутилкаучука относятся его низкая скорость вулканизации, неудовлетворительная адгезия к металлам, плохая совместимость с некоторыми ингредиентами, малая эластичность при обычных температурах, высокое теплообразование при многократных деформациях.

Некоторые из этих существенных недостатков бутилкаучука (такие, как низкая скорость вулканизации, препятствующая его применению в смесях с другими каучуками, низкая адгезия ко многим материалам, особенно металлам) устраняются частичным изменением химической природы полимера. Например, введением в макромолекулы каучука небольшого количества атомов галогенов. Бромбутилкаучук (от 1 до 3.5 вес. % брома) перерабатывается и смешивается с ингредиентами так же, как и бутилкаучук. Но при этом бромбутилкаучук вулканизуется значительно быстрее, чем бутилкаучук. Скорость вулканизации бромбутилкаучука сравнима со скоростью вулканизации натурального, бутадиен-стирольного и других каучуков, что делает возможным его применение в смесях с этими эластомерами. Близкими свойствами обладают и другие галогенированные бутилкаучуки, например, хлорбутилкаучук (1.1 - 1.3 вес. % хлора). Однако скорость вулканизации и свойства вулканизатов хлорбутилкаучука несколько ниже, чем бромбутилкаучука.

Этиленпропиленовые каучуки

Этиленпропиленовые каучуки самые легкие каучуки, которые имеют плотность от 0,86 до 0,87. Свойства зависят от содержания и вариации этиленовых звеньев в сополимерных звеньях. Этиленпропиленовый каучук не содержит двойных связей в молекуле, бесцветный, имеет отличную стойкость к воздействию тепла, света, кислорода и озона. Для насыщенных этилен-пропиленовых каучуков применяется перекисная вулканизация.  Каучук этилен-пропилен-диеновый, который содержит частичную ненасыщенность связей, допускает вулканизацию с серой. Он немного меньше устойчив к старению, чем этилен-пропиленовый каучук.

Насыщенный характер сополимера этилена с пропиленом сказывается  на свойствах резин на основе этого каучука. Устойчивость данных каучуков к теплу и старению намного лучше, чем у бутадиен-стирольного и натурального каучуков. Готовые резиновые изделия имеют также отличную стойкость к неорганическим или высокополярным жидкостям таким, как кислоты, щелочи и спирты. Свойства резины на основе данного вида каучука не изменяются после выдерживания ее в течение 15 суток при 25С в 75%-ной и 90%-ной серой кислоте и в 30%-ной азотной кислоте. С другой стороны стойкость к алифатическим, ароматическим или хлорсодержащим углеводородам достаточно низкая.

Все виды этилен-пропиленовых каучуков наполняются упрочняющими наполнителями, такими как сажа, чтобы придать хорошие механические свойства. Электрические, изоляционные и диэлектрические свойства чистого этилен-пропиленового каучука экстраординарны, но также зависят от выбора наполняющих ингредиентов. Их эластичные свойства лучше, чем у многих синтетических каучуков, но они не достигают уровня натурального каучука и бутадиен-стирольного каучука. Эти каучуки имеют два значительных недостатка. Они не могут быть перемешаны с другими простыми каучуками и неустойчивы к воздействию масла.

Наиболее сложными проблемами, сдерживающими использование этилен-пропиленовых каучуков в шинном производстве, являются неудовлетворительная прочность с кордом и невозможность совулканизации протекторных резин с резинами на основе других каучуков. После решения этих проблем потребление этилен-пропиленовых каучуков может значительно расшириться.

Цис-1,4-полиизопреновый каучук

Синтетический каучук цис-1,4-полиизопрен довольно легок (плотность 0,90 до 0,91). Полиизопреновый каучук на все 100% состоит из углеводородного каучука (за исключением маслонаполненных марок) в отличие от натурального каучука, который имеет в своем составе протеины, смолы и т.д. (до 6%).

Несмотря на химическую идентичность с натуральным каучуком, синтетический полиизопреновый каучук имеет небольшие различия с преимуществами и недостатками по сравнению с натуральным каучуком. В то время как натуральный каучук не очень однородный в цвете, вязкости и чистоте, синтетический полиизопрен более однородный, легок в переработке, светлее в цвете и более чистый. Но он имеет немного худшие характеристики в прочности сырого полимера (эта характеристика особенно важна при изготовлении шины) и в модуле. Полиизопреновый каучук обладает более высоким удлинением, чем натуральный каучук. Вот небольшие различия свойств вулканизованных каучуков.

 Сопоставление некоторых свойств каучуков основных видов каучуков

Сопоставление некоторых свойств каучуков общего и специального назначения представлены на диаграмме ниже. Ось абсцисс характеризует маслостойкость каучуков – ординат – теплостойкость.

Сопоставление некоторых свойств каучуков общего и специального назначения

(а) SBR - бутадиен-стирольный каучук, BR - бутадиеновый каучук, NR - натуральный каучук,  IIR - бутилкаучук, EPDM - этилен-пропилен-диеновый каучук, EPM - этилен-пропиленовый каучук, CR - хлоропреновый каучук, CO - эпихлоргидриновый каучук, ACM - акрилатный каучук, NBR - бутадиен-нитрильный каучук, CSM, EACM, CR, MQ, FMQ

Области применения отдельных видов синтетических каучуков

Бутадиен-стирольный каучук

Бутадиен-стирольный каучук, эмульсионный и растворный, остается основным в индустрии синтетических каучуков и занимает около 50% всего мирового потребления синтетических каучуков. Бутадиен-стирольный каучук обладает отличным балансом функциональных качеств во многих областях применения. Он находит широкое применение в шинах, автомобильных запчастях, уплотнителях, прокладках, уплотнительных кольцах, благодаря отличным свойствам высокой стойкости к истиранию и высокому проценту наполняемости.

75% объема потребления бутадиен-стирольного каучука приходится на сектор шин с максимальной долей потребления в легковых шинах. Значительное количество также используется для производства компонентов автомобилей и резино-технических изделий. Бутадиен-стирольный каучук с высоким содержанием стирола используются в изготовлении  подошвы в обувной промышленности.

Полибутадиеновый каучук

Полибутадиеновые каучуки используются в большом количестве в смесях с другими эластомерами, для придания резинам хороших показателей гистерезиса и стойкости к истиранию. Смеси полибутадиена с бутадиен-стирольным или натуральным каучуком широко используются в легковых и грузовых шинах для улучшения устойчивости к растрескиванию. Полибутадиеновый каучук также используется как модификатор в смесях с другими эластомерами для улучшения морозостойких свойств, стойкости к тепловому старению, истиранию и растрескиванию.

Значительное количество полибутадиена используется в резино-техническом производстве (РТИ общего назначения, не включая шины). Его вулканизаты имеют более высокую газонепроницаемость, чем натуральный каучук и сравнимую с натуральным каучуком электрическую стойкость и диэлектрическую прочность. Он также обладает отличными морозостойкими свойствами.

Полибутадиен также используется в смесях для лент, чтобы улучшить стойкость к истиранию и увеличить их долговечность. Типичным примером использования смеси полибутадиена с натуральным каучуком являются смеси для изготовления поверхности конвейерных лент. Использование полибутадиена улучшает стойкость к  порезам, разрывам и истиранию.

Полибутадиеновый каучук используется отдельно в нескольких областях промышленности для придания великолепной эластичности и стойкости к истиранию. Примером может служить производство твердых мячей для гольфа и изготовления высоко упругих игрушечных мячей. Также как модификатор стирола для изготовления ударопрочного полистирола (полибутадиен с низким содержание цис).

Основное потребление полибутадиенового каучука идет в шинном производстве  (для частичной замены натурального каучука в протекторе шин), в меньшей степени в каркасах и рецептурах боковин. Около 35% общего объема используется для ударопрочного полистирола, ABS (акрилонитрил-бутадиенстирольных пластиков) и других видов пластиков. Благодаря широкому применению полибутадиеновый каучук вышел на вторую позицию среди всего объема синтетических каучуков, следуя за бутадиен-стирольным каучуком.

Полиизопреновый каучук

Цис-1,4-полиизопреновый каучук используется в основном в шинах и шинных продуктах (66% от всего мирового потребления), прессованных и резино-технических изделиях (11%), лентах и прокладках (8%), ремнях и резиновых листах (8%), шлангах (4%) и сосках детских бутылочек, герметиках, обуви и спортивных изделиях (2%). Полиизопреновый каучук используется в сочетании с натуральным каучуком для изготовления каркаса шин легковых машин.

Бутилкаучук

Бутилкаучук имеет уникальную способность удерживать воздух, и эта способность сделала бутилкаучук идеальным для камер пневматических шин. Он также сделал возможным изобретение бескамерных шин. Стойкость к химическим реагентам позволяет его применять для защитной рабочей одежды. Его виброизоляционные свойства используются для уменьшения вибрации в моторных деталях и машинах, а также для изготовления бутиловых шин. Стойкость к тепловому воздействию сделала его подходящим материалом во многих промышленных областях применения. Другая успешная область применения бутилкаучука является использование его в качестве водного барьера.

Шины, камеры и другие шинные продукты являются самыми крупными областями использования бутилкаучука. Данные области потребляют приблизительно 83% от общего объема потребления бутилкаучука. Галогенированные бутилкаучуки используются как ланеры на бескамерных шинах. За ними следует область производства резино-технических изделий автомобильного назначения.

Производство адгизивов, герметиков, фармацевтических одежд, шлангов и жевательной резинки могут быть представлены как другие области использования бутилкаучука. Бутилкаучук занимает четвертое место среди синтетических каучуков: после бутадиен-стирольного, полибутадиенового и полиизопренового каучука.

Этилен-пропиленовый каучук

Сочетание свойств этилена и пропилена делают эти каучуки подходящими для производства тысяч видов резино-технических изделий для самых различных областей применения.

Основная область применения этилен пропиленового каучука является автомобильная область: (1) профили, шланги и прокладки, (2) строительство и конструкция профилей и кровельных мембран, (3) в кабельной изоляции и изоляционных покрытиях и (4) для производства прессованных резино-технических изделий. Небольшое количество этилен пропиленовых каучуков используется в качестве добавки к смазочным маслам для придания отличной термостабильности и для использования в смесях с термопластиками. Основными потребителями являются автомобильные производители по всему миру. Этот сектор использует около 41% от общего мирового потребления. Далее следуют потребители смесей термопластиков, которые используют около 28% мирового потребления. Далее следует строительство и конструкционная область, которая насчитывает около 21% мирового потребления. Около 12% мирового производства используется компаниями-производителями масел как добавку в смазочных маслах. Кабельная промышленность насчитывает около 6% мирового потребления для изоляции и оболочки кабелей. Фактически данный сектор рынка синтетических каучуков самый быстрорастущий в мире и занимает около 9% всего мирового объема.

Хлоропреновый каучук

Неопрен широко используется в изделиях электро-технического назначения как защитная оболочка в производстве провода и кабеля. Он используется в белых боковинах шин, прессованных и экструзионных изделиях для автомобильной индустрии, в строительстве различных конструкций и др.
Бутадиен-нитрильный каучук

Он находит применение в производстве строительных клеев (адгезивов), автомобильных прокладок, маслостойких покрытиях, специальных рабочих перчаток, конвейерных лент, тормозных накладок. Основными потребителями являются производители маслостойких прокладок, резино-технические изделия для работы в масляных средах, диафрагмы. Производители обуви/подошвы, производители прессованных изделий, также данный вид каучука используют в своем производстве изготовители пластиков и клеев.

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка синтетических каучуков можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок синтетических каучуков в России».

Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков
Тел.: (495) 672-70-46
E-mail: mail@akpr.ru
WWW: www.akpr.ru