CC BY
130
УДК 678.7-139-9: 678.742.3:678.762.2
C. И. Вольфсон, Н. А. Охотина, О. А. Панфилова, Е. В. Новикова, Р. Р. Миннегалиев
ДИНАМИЧЕСКИ ВУЛКАНИЗОВАННЫЕ ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТЫ НА ОСНОВЕ СМЕСИ
КАУЧУКОВ РАЗНОЙ ПОЛЯРНОСТИ И ПОЛИПРОПИЛЕНА
Ключевые слова: динамически вулканизованных термоэластопластов, бинарные и тройные смеси, каучуки разной
полярности, полипропилен.
Исследованы упруго прочностные свойства и устойчивость к действию агрессивных сред динамически вулканизованных термоэластопластов на основе двойных и тройных смесей каучуков разной полярности и полипропилена.
Keywords: dynamically vulcanized thermoplastic elastomers, binary and trinary blends, rubbers of different polarity, polypropylene.
The stress-strain properties and aggressive medium stability of dynamically vulcanized thermoplastic elastomers based on binary and trinary blends of different polar rubbers and polypropylene were investigated.
Введение
Термопластичные вулканизаты (ТПВ) или динамически вулканизованные термоэластопласты (ДТЭП) - класс уникальных полимерных композиционных материалов, одновременно обладающих свойствами эластомеров (эластичность, прочность) и термопластов (формуемость, способность к многократной вторичной переработке). Технология изготовления ТПВ в сравнении с традиционными резинами, предусматривающая совмещение стадии смешения и энергоемкой стадии вулканизации, позволяет до минимума сократить время изготовления материала и занимаемые оборудованием производственные площади [1].
В различных отраслях промышленности широко используются ДТЭП на основе бинарных смесей полиолефин + каучук, но расширяются исследования по получению материалов на основе тройных и более смесей, что позволяет изменять свойства термоэластопластичных материалов для удовлетворения самых различных требований.
В настоящей работе было исследовано влияние соотношения компонентов полимерной фазы ДТЭП на основе изопренового и бутадиен-нитрильного каучуков и полипропилена на их свойства.
Экспериментальная часть
Основными компонентами эластомерной фазы динамически вулканизованных термоэластопластов являлись синтетические изопреновый каучук СКИ-3 и бутадиен-нитрильный каучук БНКС-28 АМН, а в качестве жесткой фазы - полипропилен марки «Бален» 01030.
Композиты изготавливались в смесительной камере пластикордера Брабендер с объемом рабочей камеры 350 см3 в две стадии: на первой стадии получались резиновые смеси на основе каучуков и компонентов вулканизующей группы, на второй стадии смешивались расплав полипропилена и резиновые смеси.
Прохождение процесса вулканизации и всего процесса смешения контролировалось по изменению крутящего момента от времени на
пластограммах смешения. Композиты различного состава затем пропускались через щелевую экструзионную головку для получения полос материала, из которых затем изготавливались образцы для дальнейших испытаний. Физико-механические испытания ДТЭП проводились в соответствии с ГОСТ 270-75 на приборе РМИ-250 при скорости растяжения 500 мм/мин. Стойкость композиций к действию агрессивных сред оценивалась согласно ГОСТ
Р ИСО 1817-2009.
Результаты и их обсуждение
На первом этапе исследований были изготовлены динамически вулканизованные термоэластопласты на основе бинарных смесей изопреновый каучук - полипропилен (СКИ-3/ПП) и бутадиен-нитрильный каучук - полипропилен (БНКС-28/ПП) с соотношением компонентов 70:30. Результаты физико-механический испытаний, а также степень набухания образцов композиции в бензине представлены в табл. 1.
Таблица 1 - Свойства ДТЭП на основе бинарных смесей изопренового и бутадиен-нитрильного каучуков и полипропилена
Наименование f300, МПа Л, МПа в, % AG, % Н, усл ед
СКИ-3/ПП 10,9 11,3 400 150 82
БНКС-28/ПП - 5,9 185 15 85
- условное напряжение при удлинении 300 %; ^ - условная прочность при растяжении; е - относительное удлинение при разрыве; ДО - степень набухания Н - твердость по Шор А
Из данных табл. 1 следует, что свойства полученных ДТЭП существенно отличаются. Так, композиты на основе смеси хорошо совместимых неполярных СКИ-3 и ПП имеют достаточно высокий уровень деформационно-прочностных свойств. Поскольку бутадиен-нитрильные каучуки обладают неудовлетворительной совместимостью с
полипропиленом, о чем говорят термодинамические расчеты, представленные в работе [2, 3], термоэластопласты на основе бинарной смеси БНКС-28/ПП обладают более низким уровнем упруго-прочностных свойств, чем композиции на основе СКИ-3/ПП.
Основное отличие ДТЭП заключается в устойчивости к действию неполярного растворителя бензина. Этот показатель существенно лучше для композитов, содержащих полярный эластомерный компонент - бутадиен-нитрильный каучук [4].
Для сохранения повышенной масло- и бензостойкости, но улучшения упруго-прочностных характеристик, были изготовлены и исследованы динамически вулканизованные термоэластопласты на основе тройных смесей изопренового и бутадиен-нитрильного каучуков и полипропилена (СКИ-3/БНКС-28/ПП) с изменяемым соотношением компонентов эластомерной фазы.
Свойства полученных композиций представлены в табл. 2 и на рис. 1.
Таблица 2 - Свойства ДТЭП на основе тройной смеси СКИ-3/БНКС-28/ПП
Соотношение СКИ/БНКС/ПП f2оо, МПа fзоо, МПа & МПа £ , % Н, усл ед
70: 0:30 8,6 10,9 11,3 400 82
65: 5:30 5,6 6,3 8,8 375 82
60:10:30 6,0 8,0 8,9 370 82
55:15:30 5,3 6,8 7,8 360 83
0:70:30 - - 5,9 185 85
У2оо - условное напряжение при удлинении 200 %
Как следует из данных табл. 2, замена 5-15 % мас. каучука СКИ-3 на бутадиен-нитрильный каучук приводит к снижению прочности на 20-30 % и относительного удлинения на 6-10 %. Как и следовало ожидать, с увеличением содержания полярного каучука БНКС-28 АМН степень набухания ДТЭП в бензине снижается (рис. 1).
А
О
50 \-,-,->—
о < 10 15
Содержание ЕНКСЩ %
Рис. 1 - Влияние содержания полярного каучука в составе эластомерной фазы ДТЭП на степень набухания в бензине АИ-92, (23±2) °С, 72 ч
По результатам проведенных исследований для расширенных испытаний была наработана и испытана опытная партия термоэластопласта с
соотношением компонентов полимерной фазы СКИ-3/БНКС-28/ПП = 60:10:30.
Термостарение на воздухе проводилось при 100°С в течение 72ч, а сопротивление действию агрессивной среды оценивалось по степени набухания в бензине и моторном полусинтетическом масло Лукойл, при нормальной температуре в течение 72 ч. Результаты испытаний представлены в табл.3.
Таблица 3 - Свойства опытной партии ДТЭП на основе СКИ-3/БНКС-28/ПП=60:10:30
Наименование показателей Свойства
Условное напряжение при удлинении 200 %, МПа 6,3
Условное напряжение при удлинении 300 %, МПа 8,1
Условная прочность при растяжении, МПА 9,2
Относительное удлинение при разрыве, % 370
Степень набухания (23 °С, 72 ч), % бензин моторное масло 112 38
Твердость по Шор А, усл. ед. 82
Изменение свойств после теплового старения (100 °С, 72ч), % по прочности по относительному удлинению -15 -2,7
Из данных табл. 3 видно, что ДТЭП на основе тройной полимерной смеси с соотношением компонентов СКИ/БНКС/ПП = 60:10:30 обладает хорошими деформационно-прочностными
свойствами, высокой устойчивостью к тепловому старению на воздухе и удовлетворительным сопротивлением набуханию к топливу и маслу.
Таким образом, проведенные исследования показали, что использование комбинации неполярного и полярного каучуков в составе динамически вулканизованных термоэластопластов позволяет получать композиции, обладающие достаточной маслобензостойкостью без
значительного снижения уровня упруго-прочностных свойств.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках проектной части государственного задания в сфере научной деятельности 10.863.2014/К
Литература
1. Вольфсон С.И. Динамически вулканизованные термоэластопласты: получение, переработка, свойства/ С.И. Вольфсон. - М.: Наука, 2004. - 170с.
2. Вольфсон С.И. Расчет термодинамических и адгезионных характеристик компонентов динамических термоэластопластов / С.И. Вольфсон, А.И. Нигматуллина, Н.А. Охотина, Р.К. Сабиров // Журнал прикладной химии. - 2012. - т. 85, вып.6. - С. 925-931.
3. Нигматуллина А.И. Расчет структурных характеристик нанокомпозитов на основе динамических термоэластопластов/А.И. Нигматуллина, С.И. Вольфсон, Н.А. Охотина// Вестник Казанского технологического
университета. 2013. Т. 16, № 8. С.145-147.
4. Вольфсон С.И. Влияние органофильных бентонитовых глин на маслобензостойкость термопластичных вулканизатов/ С.И. Вольфсон, О.А. Панфилова, А.А. Никифоров, Р. В. Карпунин, К. А. Семенов// Вестник Казанского технологического университета. - 2014. -Т. 17, № 10. - С. 90-93.
©С. И. Вольфсон - д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой химии и технологии переработки эластомеров КНИТУ; Н. А. Охотина - канд. техн. наук, проф. той же кафедры, okhna@ mail.ru; О. А. Панфилова - асп. той же кафедры; Е. В. Новикова - магистрант той же кафедры; Р. Р. Миннегалиев - магистрант той же кафедры.
© S. I. Volfson- Doctor of Science, Professor, the Head of Chemistry and Processing Technology of Elastomers Department, KNRTU; N. A. Okhotina- PhD, Professor of Chemistry and Processing Technology of Elastomers Department, KNRTU, okhna@ mail.ru; O. A. Panfllova- PhD student of Chemistry and Processing Technology of Elastomers Department, KNRTU; E. V. Novikova -Master's Degree students of Chemistry and Processing Technology of Elastomers Department, KNRTU R. R. Minnegaliev - Master's Degree students of Chemistry and Processing Technology of Elastomers Department, KNRTU.
