Вакуумная резина: марки, формы, характеристики

Вакуумная резина: марки, формы, характеристики

Вакуумная резина – это специальный тип резиновой смеси (ряд похожих марок), который предназначен для эксплуатации в условиях вакуума. В основном изделия из такого материала представляют собой уплотнения для различных вакуумных систем. Главное общее преимущество этих РТИ – высокая стойкость к повышенному давлению, но каждая марка отличается своими техническими характеристиками.

Основные свойства вакуумных резин

Стандартные марки резиновых смесей для изготовления вакуумных РТИ – 7889, 51-2062, 9024. Их общие свойства:

• Повышенная стойкость к высокому давлению и температуре.
• Малые показатели остаточной деформации.
• Хорошая упругость, высокое сопротивление сжатию.
• Низкое газовыделение в условиях вакуума.

Формы поставок материала:

• Листы (пластины, рулоны).
• Шнуры (круглое, прямоугольное, квадратное сечение).
• Трубки.

• белый (вариации от белоснежного до светло-серого или светло-бежевого) для марок 7889 и 51-2062;
• черный – для марки 9024.

Технические характеристики отдельных марок

Параметры	7889	51-2062	9024
Рабочая температура (кратковременно)	-50…+80 °C (-50…+90 °C)	+8…+70 °C (-30…+90 °C)	-20…+90 °C (-30…+90 °C)
Относительное удлинение при разрыве	550 %	550 %	300 %
Условная прочность при растяжении	16,7 МПа (170 кгс/см кв.)	14,7 МПа (150 кгс/см кв.)	9,81 МПа (100 кгс/см кв.)
Остаточная деформация после сжатия	20 %	40 %	60 %
Твердость по Шору А	45–60 ед.	40–55 ед.	58–72 ед.
Температурный предел хрупкости	—	—	-32 °C

Вакуумная резина 7889

7889 – марка резиновой смеси (производится не по ГОСТ, а по ТУ 38105116-81). Используется для изготовления формованных и неформованных РТИ, эксплуатируемых в условиях многократных и статических деформаций. Сырье для производства этой резины – натуральный каучук, который модифицируется разнообразными добавками.

Пластины, шнуры и трубки из вакуумной резины

• Изделия из марки 7889 более эластичные, устойчивые к воздействию щелочей и кислот, снижают газовыделение при повышении температуры. Не устойчивы к влиянию масел и органических веществ. Широко используются в атомной энергетике и других узконаправленных отраслях.
• Пластины из 51-2062 не обладают специфическими свойствами марки 7889, они более универсальны и стоят дешевле. Также неустойчивы к воздействию масел, могут эксплуатироваться с кислотами и щелочами. При установке в системах с температурой выше допустимой в дополнение к РТИ марки 51-2062 рекомендуют использовать фторопластовые прокладки.
• Для пластин из марки 9024 характерно высокое газовыделение при повышении температуры, меньшая эластичность, но отличная устойчивость к маслам и высоким температурам. Стоят такие РТИ дороже, чем 7889 и 51-2062.

Листовые вакуумные резины изготавливаются двух типов:

• І – формованные (пластины, листы);
• ІІ – неформованные (рулоны).

Шнуры производятся по ТУ 38105108-76, трубки – по ТУ 38105881-85. Их характеристики соответствуют характеристикам пластин из таких же смесей.

Технические характеристики пластин из вакуумной резины разных марок

Параметры	7889	51-2062	9024
Предел прочности при растяжении	1670 Н/см кв.	1470 Н/см кв.	981 Н/см кв.
Относительное удлинение при разрыве	550 %	550 %	350 %
Остаточное относительное удлинение после разрыва, не более	20 %	—	17 %
Остаточная деформация после сжатия на 45% первоначальной высоты в течение 100 ч при 70 °С, не более, 96 ч. 40%	10 %	20-40 %	15 %
Набухание в вазелиновом масле в течение 24 ч при 70° С, не более	90 %	—	5 %
Морозостойкость, не ниже	8 °С	8 °С	-40 °С
Термостойкость	70 °С	70 °С	100 °С
Постоянная газопроницаемости при 20 °С	1,3×10-7 см кв./атм×с	—	4,2×10-8 см кв./атм×с
Постоянная газопроницаемости при 50 °С	4,5 х10-7 см кв./атм×с	—	1,7 х10-7 см кв./атм×с
Среда эксплуатации	вода, пыль, воздух	вода, пыль, воздух	масла, пыль, воздух, вода

Применение РТИ из вакуумной резины

Шнуры и трубки используются как уплотнения в пазах соответствующей геометрии. Из листов легко изготовить уплотнительные элементы различной конфигурации. Они отлично поддаются резке вручную и на ЧПУ оборудовании. Цельные листы вакуумной резины можно использовать как настилы и демпферные покрытия. Прокладки применяются в подвижных и неподвижных соединениях (между элементами трубопроводной арматуры, между фланцами, в дверках и пр.). С помощью трубок можно также соединять отдельные элементы вакуумных систем.

Все изделия из вакуумной резины предназначены для эксплуатации в разреженных средах – в вакуумных насосах, печах, прессах и других системах. В таких условиях нельзя использовать другие марки резины, так как в вакууме они выделяют газ и меняют технические характеристики. Из-за этого падает герметичность соединений. РТИ из вакуумных резиновых смесей сохраняют эксплуатационные свойства даже в сильно разреженных средах.

Примеры производственных процессов, в которых используются такие уплотнения:

• высокочистые производства (фармацевтика, медицинские расходные материалы и элементы оборудования);
• оборудование систем для проведения исследований и опытов, требующих идеальных условий (химическая, нефтегазовая, фармацевтическая отрасль);
• обработка электронных плат;
• производство оптических линз;
• создание вакуумных упаковок (пищевая промышленность и др.);
• кристаллизация растворов, сушка веществ без нагрева (например, дегазация пороха);
• вакуумная плавка металлов;
• прессовка материалов (например, композиты для рекламных конструкций, мебели, машино- и автомобилестроения);
• приборостроение;
• оборудование систем водоочистки;
• вакуумные и криотехнологии, холодильная техника;
• строительство.

Безвоздушные шины: перспективный курьез

Общий облик автомобильного колеса с центральным диском и шиной, заполненной воздухом, сформировался достаточно давно и подтвердил свою эффективность. Однако регулярно предпринимаются попытки кардинальной перестройки такой конструкции с целью повышения ее технических или экономических характеристик. Определенной популярностью в этом контексте пользуется т.н. безвоздушная шина с упругими элементами и без сжатого газа..

Долгая история

Первые варианты безвоздушных шин появились едва ли не в начале прошлого века. Зачастую поводом к появлению таких проектов становился дефицит материалов. Конструкторы пытались заменить труднодоступную и недешевую резину более выгодным деревом или металлом. К настоящему времени проблема дефицита была решена, и новые проекты связаны только с желанием повысить характеристики ходовой части.

Ранние проекты безвоздушных шин чаще всего предлагали металлический диск и внешний обод с протектором, соединенные набором пружин разных форм и конфигураций. В разное время использовались цилиндрические или листовые пружины. Такие конструкции в целом решали поставленные задачи, но получались слишком сложными и неудобными в эксплуатации. Как следствие, они не шли в крупную серию и не получали широкого распространения.

Относительный успех пришел к безвоздушным шинам только с развитием космических программ. Оказалось, что планетоходы по типу советского «Лунохода» или американского LRV следует оснащать колесами без камер и воздуха. Так, изделие LRV из состава системы Apollo получило упругую шину из металлической сетки с приклепанным протектором. Такая конструкция была легкой, гасила удары, не требовала обслуживания и отличалась высокой живучестью.

Часть конструкций безвоздушных шин на тех или иных этапах привлекла внимание военных и даже дошла до полигонных испытаний. В последние годы вновь наблюдается интерес к таким разработкам, причем речь идет не только о проектах для армий. Ведущие производители шин рассматривают безвоздушную конструкцию в качестве реальной альтернативы традиционным колесам.

Впрочем, до сих пор ни один из известных образцов не дошел до массового производства и эксплуатации в военной или гражданской сфере. Революции в области ходовых частей мешают объективные факторы.

Современные образцы

Рассмотрим некоторые современные конструкции безвоздушных шин, созданные в последние десятилетия. Так, в прошлом широкую известность получил проект Airless:Resilient NPT компании Resilient Technologies. Он разрабатывался с 2002 г. и дошел до испытаний в конце десятилетия. Используя современные полимерные материалы, недоступные в далеком прошлом, американские инженеры смогли создать весьма интересную конструкцию.

Шина Airless:Resilient NPT является единой конструкцией, включающей центральный диск для монтажа, внешний обод с протектором и особый каркас между ними. Последний выполнен в виде решетчатой структуры из неправильных шестиугольников и трапеций. Вес автомобиля распределяется между относительно жестким ободом и решеткой. При этом упругость конструкции позволяет гасить удары.

В ходе испытаний удалось показать, что шина Airless:Resilient NPT по амортизации сопоставима с традиционной пневматической. Она не боится проколов и может использоваться при повреждении 30% элементов каркаса. Также был получен небольшой выигрыш в массе. Тем не менее, изделие было достаточно сложным в изготовлении, требовало особых материалов и имело ряд других недостатков. Вследствие этого шины от Resilient Technologies до сих пор не попали в армию.

В 2005 г. компания Michelin представила концепт шины Tweel (Tire + Wheel). В этой конструкции центральный диск и внешний обод соединяются при помощи V-образных «спиц», проходящих по всей ширине шины. Разработчик говорил о сокращении массы в сравнении с традиционными изделиями, увеличении ресурса и т.д.

После испытаний и доводки шина Tweel получила развитие. Появились модификации этого изделия под технику разных классов. В 2012 г. начались поставки таких шин, предназначенных для строительной и сельскохозяйственной техники. В дальнейшем появились новые модели такой продукции с иной конфигурацией упругих элементов.

Свой вариант безвоздушной шины имеет и компания Bridgestone. Она предлагает соединять диск и обод изогнутыми «спицами», расположенными крест-накрест. Такая амортизация позволила повысить упругость при сохранении прочих характеристик. Однако готовые образцы имели ограниченную грузоподъемность, уменьшавшую сферы применения.

Известны и другие варианты безвоздушных шин разного рода, дошедшие до испытаний или даже до производства. Поиск новых решений продолжается. Конструкторы пробуют разные материалы, конфигурации упругих элементов и т.д. Впрочем, имеют место лишь ограниченные успехи.

Плюсы и минусы

Безвоздушная шина с интегрированными упругими элементами имеет несколько важных преимуществ перед традиционным пневматическим колесом. Именно они обуславливают повышенный интерес к таким конструкциям, наблюдаемый до сих пор.

Главный плюс – повышенная живучесть. Безвоздушная шина не имеет воздушной камеры и не боится проколов. Ей также не страшны боковые удары. В зависимости от архитектуры, сохраняется работоспособность даже при серьезных повреждениях несущей структуры. Отсутствует необходимость в подкачке и отслеживании давления, что упрощает эксплуатацию. Имеется возможность отказа от крупного и относительно тяжелого диска колеса. В итоге колесо в сборе получается легче, что сокращает неподрессоренную массу.

Однако имеется ряд проблем, из-за которых подобные шины не получают распространения. В первую очередь, это повышенная требовательность к материалам. Требуется резина или полимер с достаточной упругостью, высокой жесткостью и прочностью к нагрузкам разного рода. Также имеются высокие требования по поглощению механической энергии и ее преобразованию в тепловую с последующим рассеиванием.

Все это усложняет и удорожает производство. Кроме того, большинство шин имеют ограничение по скорости движения – обычно не более 70-80 км/ч. Дальнейший разгон увеличивает механические нагрузки, а также приводит к неприемлемому перегреву.

В отличие от пневматических шин, безвоздушные имеют постоянную жесткость, и для ее изменения необходимо менять колеса. При этом на жесткости и других характеристиках может негативно сказаться попадание грязи внутрь конструкции через открытые боковины. Пневматические конструкции с этих точек зрения гораздо выгоднее.

В итоге безвоздушные шины пока находят применение в основном в сфере легкой техники с ограниченными скоростями движения и нагрузками. Их ставят на гольф-кары, некоторые багги, компактную строительную технику и т.д. Также налажено производство шин для велосипедов, самокатов и др. легких изделий. Обеспечение более крупных образцов пока под вопросом.

Перспективный курьез

Специфическое сочетание технических, эксплуатационных и экономических характеристик, а также ряд существенных ограничений пока не позволяют безвоздушным шинам выйти на широкий рынок и составить серьезную конкуренцию традиционным конструкциям. В итоге рынок шин не меняется – хотя разные фирмы регулярно представляют различные «перспективные» изделия.

Однако нельзя не отметить, что отдельные изделия оригинальной конструкции все же вышли на рынок и даже нашли своих покупателей. Успехи наблюдаются в нескольких достаточно узких нишах, тогда как завоевание основных секторов рынка оказывается невозможным. Объективные предпосылки к изменению такой ситуации отсутствуют.

Таким образом, разнообразные варианты безвоздушных шин с интегрированными элементами упругости в целом сохраняют статус курьезного решения важной технической проблемы – без особых перспектив в контексте реального применения.

С другой стороны, подобные проекты могут иметь положительные результаты, не связанные с непосредственным использованием готовой продукции. Разработкой таких шин сейчас занимаются признанные лидеры отрасли, обладающие хорошей научно-технической базой. В ходе проработки безвоздушных шин могут создаваться новые материалы, технологии и конструкции. А они могут найти применение при развитии и совершенствовании традиционных шин, имеющих реальные практические и коммерческие перспективы.