CC BY
49
УДК: 678.029.42
К. Н. Слободкина, Л. Ф. Мустафин, Т. В. Макаров, С. И. Вольфсон
АДГЕЗИОННЫЕ СВОЙСТВА ЭЛАСТОМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ БУТАДИЕН-НИТРИЛЬНОГО КАУЧУКА И ТИОКОЛА, НАПОЛНЕННЫЕ ТЕХНИЧЕСКИМ УГЛЕРОДОМ
Ключевые слова: бутадиен-нитрильный каучук, тиокол, модификация, адгезия, технический углерод.
Разработаны эластомерные композиции на основе смеси бутадиен-нитрильного каучука и тиокола, наполненные техническим углеродом П-324.Изучено влияние тиокола на физико-механические и адгезионные свойства композиций.Установлено, что оптимальными физико-механическими и адгезионными характеристиками обладают композиции на основе БНКС-40, содержащие не более 20 мас. ч. жидкого тиокола НВБ-2.
Keywords: nitrile-butadiene rubber, thiokol, modification, adhesion, carbon.
Developed elastomer compositions based on a blend of NBR and thiokol filled with carbon black. The effect thiokol on physical and mechanical and adhesive properties of compositions based on nitrile rubber and thiokol. The optimal physico -mechanical and adhesive characteristics based compositions have BNKS -40 containing no more than 20 weight part liquidthiokol.
Современное развитие техники требует создания и широкого применения, герметизирующих эластомерных материалов, которые найдут применение в автомобильной и нефтеперерабатывающей промышленности [1].
Резины на основе бутадиен-нитрильного каучука характеризуется повышенной жесткостью, а введение стандартных пластификаторов ухудшает конечные свойства материала. Решением данной проблемы может стать модификация композиций олигомерами [2-4]. Это открывает широкие возможности для варьирования свойств эластомерных композиций, и появляется возможность снизить энергетические затраты при переработке за счет снижения вязкости и жесткости резиновой смеси при сохранении механических свойств материала.
В рамках данной работы были оценены физико-механические и адгезионные показатели на основе бутадиен-нитрильного каучука при варьировании соотношения бутадиен-нитрильный каучук-тиокол.
Объектами исследования являлись каучуки БНКС-40 АМН (ТУ 38.30313-2006) производства ОАО «Красноярский завод синтетического каучука» и жидкий полисульфидныйполимер марки НВБ-2 производства ОАО «Казанский завод синтетического каучука» (ТУ 38.50309-93). В качестве вулканизующих агентов были использованы п-хинондиоксим (п-ХДО) (ТУ 6-02-945-84) в сочетание с диоксидом марганца (ТУ 6-09-01-775-90). При вулканизации тиокола диоксидом марганца дополнительно использован дифенилгуанидин (ТУ 2491001-43220031-2006) совместно с тиурамом Д (ГОСТ 740-76), которые выступали в качестве активаторов вулканизации исследуемых систем.
Резиновые смеси были приготовлены в лабораторном смесителе-пластикордереБрабендер при 100°С, температура вулканизации составляла 150°С. Время вулканизации - 30 мин [5].
Определение прочности связи композиции с дюралюминием и сталью проводили по ГОСТ 209-
75, определение прочности при отслаивании проводили по ГОСТ 28966.2-91 и определение прочности при расслаивании по ГОСТ 28966.1-91.
Последнее время наблюдается устойчивое увеличение спроса на композиционные материалы герметизирующего назначения. Поэтому представлялось актуальным оценить физико-механические и адгезионные показатели композиций на основе бутадиен-нитрильного каучука при варьировании соотношения бутадиен-нитрильный каучук-тиокол.
В промышленности наиболее широкое распространение получили наполненные эластомерные композиции. Введение наполнителя в эластомерную композицию позволяет снизить экономические затраты при производстве за счет уменьшения массы каучука (и затрат на него), но в то же время наблюдается повышение механических эксплуатационных характеристик. Поэтому в рамках данной работы представлялось интересным оценить упруго-прочностные свойства и параметры вулканизационой сетки для наполненных техническим углеродом марки П-324 эластомерных композиций.
Таблица 1 - Упруго-прочностные свойства и характеристики вулканизационной сетки наполненных техническим углеродом композиций на основе кау-чуков БНКС-40 и их смесей с тиоколом*
Композиция, UxhM, Доля Гель о,
соотношение моль/ золь фрак- £ота, МПа о разр,
БНКС40/ см3, фрак- ции, % % 100 МПа
тиокол, % *10-5 ции, % %
БНКС-40 74,37 0,9 99,1 180 5,8 15,0
БНКС40 43,33 3,5 96,5 330 4,1 13,2
/тиокол 90/10
БНКС- 300 4 16,4
40/тиокол 37,99 2,9 97,1
80/20
БНКС-40 35,05 2,5 97,5 340 3,6 14,4
/тиокол 70/30
БНКС- 310 3,1 13,2
40/тиокол 31,82 13,5 86,5
60/40
*композиции вулканизованы при температуре 150°С.
В таблице 1 представлены упруго-прочностные свойства и характеристики вулканиза-ционной сетки наполненных композиций на основе БНКС-40 и их смесей с тиоколом.
Как видно, из таблицы 1при увеличении содержания в системе тиокола несколько повышаются эластические свойства композиции, при этом прочностные характеристики снижаются незначительно. Этот факт может быть обусловлен пластифицирующим влиянием тиокола в смеси, который, возможно, в дальнейшем при вулканизации образует сшитую структуру типа сетка в сетке, и тем самым удается улучшить эластические свойства композиции при несущественном снижении прочностных свойств.Также в данной системе присутствует технический углерод, который является усиливающим наполнителем, который также способствует повышению механических свойств композиций. Таким образом, в данной системе тиокол оказывает пластифицирующее действие, но в тоже время не снижает степень сшивания материала.
Также были оценены адгезионные показатели композиций на основе бутадиен-нитрильного каучука при варьировании соотношения бутадиен-нитрильный каучук-тиокол.
В таблице 2 представлены адгезионные показатели композиции к различным субстратам (стали марки Ст3, дюралюминию, резине на основе бутадиен-нитрильного каучука), в качестве адгезионной добавки была выбрана канифоль.
Таблица 2 - Адгезионные показатели наполненных композиций на основе бутадиен-нитрильного каучука и тиокола к различным субстратам (сталь марки Ст 3, дюраль, резина на основе бутадиен-нитрильного каучука)
Из представленных данных видно, что максимальной адгезией к субстратам обладают эластомерные композиции с соотношением каучук/тиокол 90/10. При этом адгезионные показатели повышаются к стали в 4 раза, к дюралю в 2 раза и резине в 2 раза. Дальнейшее увеличение содержание тиокола в смеси приводит к снижению адгезионных характеристик. В данном случае тиокол начинает выступать уже в качестве пластификатора. Более низкая адгезия к дюралюминию объясняется наличием оксидной пленки на поверхности субстрата, в результате чего отслаивание происходит преимущественно по оксидному слою.
Таким образом, установлено, что оптимальными физико-механическими и адгезионными ха-рактеристикамиобладают композиции на основе БНКС-40, содержащие не более 20 мас. ч. жидкого тиокола НВБ-2.
Литература
1. Кирпичников П. А., Аверко-Антонович Л. А., Химия и технология синтетического каучука: 2-е изд. пер. Л.: Химия, 1975. - 69 с.
2. Хозин В. Г., Усиление эпоксидных полимеров. Казань: БИК «Дом печати», 2004. - 446 с.
3. МинкинВ. СХакимуллин Ю. Н., ПалютинФ. М., Деберде-евТ. Р., Герметики на основе полисульфидных олигоме-ров.М.: Наука, 2007. - 303 с.
4. Синтез серосодержащих полимеров и их использование для модификации эластомеров: Обзор. М.: ЦНИИ-Энефтехим, 1992. - 53 с.
5. Особенности вулканизации и упруго-прочностные свойства композиций на основе смеси бутадиен-нитрильного каучука и тиокола /К. Н. Слободкина, Т. В. Макаров, Р. Ф. Сираева, С. И. Вольфсон// Вестник Казанского технологического университета. 2011. №14. С.114-118.
Композиция, соотношение БНКС40/тиокол Прочность при отрыве, МПа* Прочность при сдвиге, МПа Прочност ь при отслаива нии, кН/м
Сталь Дюраль Резина
БНКС-40 0,3 ад 0,2 ад 0,1 ад 0, 1 ад
БНКС-40 / тиокол 90/10 0,5 ад 0,4 ад 0,1 ад 0,1 ад
БНКС-40 / тиокол 80/20 0,8 ад 0,7 ад 0,35 ког 0,3 ког
БНКС-40 / тиокол 70/30 0,5 ад 0,45 ад 0,28 ког 0,25 ког
БНКС-40 / тиокол 60/40 0,4 ад 0,4 ад 0,25 ког 0,2 ког
* - содержание адгезионной добавки в композициях составляло 5 мас. ч.
© К. Н. Слободкина - асп. каф. химии и технологии переработки эластомеров КНИТУ, slobodkina87@mail.ru; Л. Ф. Муста-фин - магистрант той же кафедры; Т. В. Макаров - к. т. н., доц. той же кафедры; С. И. Вольфсон - д. т. н., проф. каф. химии и технологии переработки эластомеров КНИТУ.
© K. N. Slobodkina - thepostgraduate student of the department of Chemistry and Technology of Processing elastomers KNRTU, slobodkina87@mail.ru, L. F. Mustafin - the student of the department of Chemistry and Technology of Processing elastomersKNRTU, T. V. Makarov - Doctor of Science, associate Professor of the department of Chemistry and Technology of Processing elastomers KNRTU, S. I. Volfson - Doctor of Engineering Science, Professor of the department of Chemistry and Technology of Processing elastomers KNRTU.
