Немецкие синтетические каучуки, шины и специальная резина
Тема синтетических каучуков в истории Второй мировой войны — одна из самых недооценных. Если про нефть еще что-то писали в духе «это война моторов», то вот про каучук и резину из него, без которого ни один вид боевой техники, ни один автомобиль не смог бы никуда поехать и ни в каком бою участвовать, обычно ничего не говорится.
Со своей точки зрения, могу сказать, что Вторая мировая война была войной не только моторов и нефти, но и синтетического каучука, который составил подавляющую часть потребления сырья для производства резины, автопокрышек, изоляции и другой разнообразной продукции в главных воюющих странах. И дело тут было не только в автаркии, как неправильно говорят про Германию, но и в том, что ни по количеству, ни по качеству натуральный каучук уже не удовлетворял потребностям воюющих держав. Чтобы в этом вопросе разобраться получше, надо смотреть не только сам по себе синтетический каучук, но и его марки со сферой их применения. Были как массовые марки, в основном шедшие на автопокрышки, но были и специальные марки, без которых не могло обойтись, к примеру, авиастроение.
В качестве примера — марки немецкой буны, потому что они достаточно хорошо описаны в литературе без всякого рода умолчаний, псевдосекретности и искажений.
Буна S и тонкости производства автопокрышек
Первым и главным товарным синтетическим каучуком была Буна S, получаемая эмульсионной сополимеризацией дивинила и стирола. Однако, в силу того, что на разных заводах несколько отличались рецептуры и степень полимеризации, были введены марки. Завод в Шкопау производил Буну S1, а завод в Гюльсе — Буну S2. Во время войны эти два завода давали почти весь объем буны этого типа. Например, на пике производства в 1943 году всего в Германии выпускалось 117,6 тысяч тонн синтетических каучуков, из них 110,5 тысяч тонн — типа Буна S, из которых на S1 приходилось 67,7 тысяч тонн, а на S2 — 34,6 тысяч тонн.
Основные сферы применения — автомобильные шины, поскольку Буна S имела более высокое сопротивление тепловому старению и истиранию по сравнению с натуральным каучуком, а также изоляция электрических кабелей, в силу высокой термостойкости и сопротивления старению.
Немецкая Буна S отличалась от американского дивинил-стирольного синтетического каучука тем, что получалась очень жесткой и перед изготовлением вулканизационных смесей проходила процесс термопластикации, то есть контролируемого нагрева до 130 градусов в течение 30-40 минут, при которых увеличивалась пластичность. Эта процедура делалась уже на заводах, производивших автопокрышки, таких фирм как Continental, Fulda, Dunlop, Phoenix, и была первой стадией превращения каучука в готовое изделие.
Пластичность нужна была для обработки на вальцах, когда в каучук добавляли сажу. Сажу наносили на пластины каучука и прокатывали через вальцы, которые вжимали сажу в каучуковую массу.
Поскольку при прокатке на вальцах Буна S сильно разогревалась, сам процесс шел при температуре 110-130 градусов, и могла начать вулканизироваться самопроизвольно, ее смазывали маслом, обычно льняным, а сами вальцы охлаждались изнутри водой.
Листы каучука несколько охлаждались, после чего на них наносился порошок серы и других вулканизирующих агентов, и снова прокатывались через вальцы.
Далее, немаловажным свойством каучука была клейкость, то есть способность листов ее склеиваться между собой. Буна S этим качеством не обладала, что серьезно затрудняло изготовление автопокрышки. Из натурального каучука сырую или «зеленую» покрышку можно было банально склеить из нескольких полос, к которым приклеивали и прокатывали на вальцах целлюлозные волокна, армирующие покрышку изнутри. Буна S такого сделать не позволяла.
Немцы разработали другую технологию. У них не было достаточно хлопкового, целлюлозного волокна, которое было заменено вискозным волокном, получаемым из древесины. Но вискоза имела довольно высокую влажность (стандартно 12-15 %), интенсивно впитывала влагу и поэтому очень плохо соединялась с буной. Вискозное волокно сначала пропитывалось смесью латекса (латекс — очень мелкая эмульсия каучука в воде; немцы делали латекс из всех сортов синтетического каучука), резорцина и формальдегида в специальной погружной ванне. Затем волокно обкладывалось с двух сторон тонкими листами буны и пропускалось через каландровочные вальцы. Получалась полоса, в которую были запрессованы вискозные волокна.
Дальше нужно было сделать обод шины, усиленный стальной проволокой. Прочная проволока из углеродистой стали с резиной не соединяется. До войны проволоку покрывали сплавом меди и цинка, которые при вулканизации образовывали прочное соединение с серой резины. Но во время войны, ввиду дефицита меди и цинка, применяли для тех же целей покрытие свинцом или фосфатирование проволоки, что, впрочем, ухудшило качество соединения.
Дальше несколько жил проволоки, обычно от 4 до 12 штук, прогоняли через экструдер, в котором на проволоку наносилась очень твердая смесь каучука, сажи и серы, готовая к вулканизации. На следующей стадии, на вращающемся шаблоне обрезиненную проволоку формировали в обод. К этому ободу затем приклеивали клинообразную резиновую полосу, игравшую важную роль в формировании покрышки.
Затем в монтажный барабан изнутри укладывали полосу с волокном, края которой выступали внутрь, аккуратно ставили ободья с резиновым краем в соответствии с размерами. И вот теперь нужно было полосу склеить с ободьями.
Вот тут возникала проблема клейкости синтетического каучука, который почти не склеивался. Немцы в качестве клея использовали фенолформальдегидную смолу — корезин, которую они получали конденсацией изобутилфенола с ацетиленом. Рабочие с помощью шприца наносили эту смолу на склеиваемые части и спрессовывали их вместе с помощью тяжелого ручного ролика. Работа требовала навыка, поскольку жесткая буна часто не склеивалась и заготовка шины могла выскочить из барабана.
После того как шина в основном была склеена, на нее наклеивали и прикатывали роликом толстую полосу на внешней стороне или «беговую поверхность».
Примерно так выглядела выклеенная «зеленая» автопокрышка
Наконец, «зеленую» шину помещали в двухстороннюю стальную форму, в которой был вырезан профиль внешней поверхности шины. Внутрь заготовки помещали толстый резиновый шланг, который под давлением до 20 атмосфер накачивали водой или паром, чтобы шина хорошо впечаталась в стальную форму. Форма нагревалась до 140-150 градусов, и в ней происходил процесс вулканизации «зеленой» шины.
Это форма для вулканизации. Фото не немецкие, но какие есть. Самое важное и интересное в промышленности почему-то не фотографируют
Корезин... проскочили, да? Неинтересно? Можно много рассказывать про стратегические решения, про полководческий гений, можно спорить про толщину танковой брони и калибры пушек. Только вот факт в том, что если бы у немцев не было 100 тонн корезина в год, Вермахт становился практически небоеспособным из-за отсутствия автопокрышек и, как следствие, автомобильных перевозок. Это небольшой заводик, на котором работают несколько химиков, десяток инженеров, полсотни квалифицированных рабочих, выпускающий химикат, без которого поражение в войне почти неминуемо.
Нельзя сказать, что немцев все устраивало. Обстановка вынуждала их интенсивно улучшать качество своей буны. Летом 1942 года, когда обнаружился недостаток льняного масла, немецкие заводы синтетического каучука вынуждены были разработать новую марку — Буна S3, при изготовлении которой использовался дипроксид, едкая щелочь и смесь жирных кислот, получаемых из продуктов синтеза Фишера-Тропша.
Новый продукт оказался несколько лучше прежних марок. Буна S3 неплохо подошла для изготовления автомобильных шин, поскольку при такой же прочности и износостойкости новая марка имела лучшую клейкость, что упрощало процесс формирования шины. По немецким данным, шины из Буна S3 были на 35 % лучше самых высококачественных шин из натурального каучука. В самом конце войны была разработана Буна S4 — модификация марки S3, с более высокой пластичностью, которую можно было обрабатывать на вальцах без предварительной термопластикации. О ней мало что известно, поскольку ее было выпущено очень немного.
Специальные марки буны
Буна S решила основные проблемы с каучуком, заменив натуральный каучук в шинном производстве, тем более что его поставки, даже контрабандные, с середины 1943 года совершенно прекратились. Впрочем, в шинном производстве все еще использовался натуральный каучук, для клиновых полос, приклеиваемых к ободу, который добывался регенерацией старых шин и изделий из натурального каучука.
Но дальше, поскольку есть особые требования к резине, пришлось создавать специальные марки синтетических каучуков. Они производились в сравнительно небольших объемах, но имели исключительное значение для производства военной техники.
Среди них была Буна SW (мягкая) — пластичный синтетический каучук с низким содержанием стирола, из которых изготовляли изделия, работающие при низких температурах, в частности, авиационные кабели и прокладки. При температуре −40 градусов С Буна SW имела прочность на разрыв 350 кг/см², а также могла удлиняться на 400 % при растяжении. Натуральный каучук при таких условиях совершенно терял пластичность и прочность. Для авиации, особенно высотной, это имело исключительное значение.
Открываем капот Bf-109 — и сразу в глаза бросаются резиновые патрубки, трубки, кабеля... На каждый самолет приходилось, наверное, не менее 30 кг разнообразной резины, то есть синтетического каучука разных марок
Буна SR — смесь двух марок Буна S и Буна R (вариант Буна S, только со степенью полимеризации, доведенной до 90-95 %, вместо обычных 55-60 %). Эта смесь отличалась высокой морозостойкостью, и из нее изготовляли камеры для автомобильных шин, а также резиновые детали для кораблей, подводных лодок и торпед.
Буна SS — синтетический каучук с высоким содержанием стирола (53 % вместо обычных 27-30 %), в силу чего он имел меньшую стойкость к износу, эластичность и морозостойкость, но при этом легко обрабатывался на каландрах и имел самые высокие изоляционные свойства среди всех марок немецкой буны. Потому сфера применения — производство автомобильных камер и изоляция электрических кабелей.
Были еще две специальные марки: Буна SSE для фармакологии и Буна SSGF — для пищевой промышленности.
В 1943 году было выпущено этих специальных марок: Буна SW — 193 тонны, Буна SS – 334 тонны, Буна SSE — 118 тонн, Буна SSGF — 337 тонн.
Также была еще одна линейка синтетического каучука, производившегося для специальных нужд. На основе той же самой технологии сополимеризации при активном перемешивании и добавлении различных веществ, регулирующих процесс полимеризации, немцы разработали два сорта сополимеров дивинила и акрилонитрила, которые сначала были известны как Буна N и Буна NN, а потом их переименовали в пербунан и пербунан-экстра соответственно.
Эти полимеры и резина из них оказались очень стойкими к маслам и растворителям, в силу чего из них делали специальные резинотехнические изделия: прокладки, резиновые подвески, амортизаторы, сцепления и т. д. Также из этих сортов синтетическогго каучука изготовляли ленты для шахтных угольных конвейеров и специальные шины для колес хвостовой части самолета. В 1943 году на заводе в Леверкузене пербунана было выпущено 3341 тонна, а пербунана-экстра — 221 тонна.
Помимо этого, из всех перечисленных марок синтетического каучука изготовлялся латекс, который шел на производство клея, прорезиненной ткани, разных специальных изделий. Вплоть до самого конца войны немецкие химики работали над новыми марками синтетического каучука, не только дивинил-стирольного, но и из других компонентов, проводили исследования и испытания, получали неплохие экспериментальные образцы, которые затем стали трофеями победителей и сделали свой вклад в дальнейшее развитие синтетического каучука.
Информация