CC BY
58
УДК 621.315.616.7
A.M. Чайкун, И.С. Наумов, О.А. Елисеев
ФТОРСИЛОКСАНОВЫЕ РЕЗИНЫ: НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ
Представлены фторсилоксановые резины отечественного и иностранного производства, нашедшие широкое применение в изделиях авиационной техники. Даны их основные эксплуатационные характеристики и особенности применения.
Ключевые слова: резины, фторсилоксановые резины, высокомолекулярные каучуки.
Foreign and home-made fluoro-silicone rubbers widely used in aviation are presented. Their main operational characteristics and features of application are given.
Key words: rubbers, flouro-silicone rubbers, high-molecular rubbers.
В ряде случаев к резинам на основе специальных каучуков, работающих в экстремальных условиях авиации и космонавтики, помимо общих требований (эластичность, износостойкость, атмосферо- и озоностойкость) предъявляются дополнительные требования одновременной стойкости к агрессивным средам, таким как топлива и масла, в сочетании с работоспособностью в широком диапазоне положительных (250°С) и отрицательных (-60°С) температур. Известно, что резины на основе фторкаучуков, обладая высокой топ-ливостойкостью и атмосферостойкостью, недостаточно морозостойки. Резины на основе силок-сановых каучуков работоспособны на воздухе в широком температурном диапазоне, однако имеют низкую топливо- и маслостойкость. Проблема была решена при разработке высокомолекулярных фторсилоксановых каучуков, которые имеют сбалансированное сочетание стойкости к агрессивным средам с работоспособностью в широком температурном диапазоне эксплуатации [1-7].
Фторсилоксановые каучуки можно рассматривать как силоксановые, у которых заместитель в боковой цепи у атома кремния заменен на три-фторпропильную группу. Гибкость основной си-локсановой цепи обусловливает их высокую морозостойкость, большое значение энергии полярной связи -Si-O- в основной цепи (—450 кДж/моль) придает им высокую термическую стойкость, а наличие фтора обеспечивает топливостойкость. Организация промышленного производства эластомеров с трифторпропильны-ми группами была осуществлена в различных странах, но наиболее успешно и широко - в США и СССР для авиационной и космической промышленности. Основные марки фторсилоксановых каучуков: LS 63u фирмы «Toray Silicone» и Silastic LS-420 компании «Dow Cornin », a также отечественные марки СКТФТ-50 и СКТФТ-100. Отечественная технология синтеза высокомолекулярных фторсилоксановых каучуков была разработана во ВНИИСК им. C.B. Лебедева.
Самыми распространенными представителями
фторсилоксановых каучуков являются: линейный полимер полиметил(3,3,3 -трифторпропилсилок-сан) и его сополимер с диметилсилоксановыми звеньями. Они обладают термостойкостью, близкой к термостойкости силоксановых каучуков, и маслостойкостью на уровне каучука СКН-40. Поэтому, несмотря на высокую стоимость, они используются для обеспечения сочетания масло-стойкости с очень высокой морозостойкостью (в основном при изготовлении уникальных изделий).
Особый интерес с точки зрения морозостойкости представляют резины на основе сополимера СКТФТ-50 с содержанием 50% (мольн.) 3,3,3-трифторпропилметилсилоксановых и 50% (мольн.) диметилсилоксановых звеньев. Они не кристаллизуются до температур -90°С и не требуют дополнительного введения пластификаторов, улучшающих морозостойкость, т. е. не теряют морозостойкость при длительной эксплуатации. Менее морозостойки резины на основе каучука СКТФТ-100. Их рекомендуется эксплуатировать при температурах до -50°С, так как при более низких температурах активно развиваются процессы микрокристаллизации. Морозостойкость изменяется при изменении содержания трифтор-пропильных звеньев. Так, значения коэффициента морозостойкости по эластическому восстановлению (Кв) при температуре -55°С резин из каучуков, содержащих 0, 25, 50, 75 и 100% (мольн.) трифторпропильных звеньев составляют 0,85; 0,55; 0,46 и 0,2 соответственно, а Кв резин из каучуков марок СКТФТ-50 и СКТФТ-100 составляют 0,6 и 0,2 [1, Т. 2, С. 96]. Несмотря на это резины на основе высокомолекулярных фторсилоксановых каучуков являются наиболее морозостойкими материалами для эксплуатации в топливах и других углеводородных средах.
Следует отметить, что все свойства резин на основе высокомолекулярных фторсилоксановых каучуков находятся в прямой зависимости от содержания в них трифторпропильных звеньев, связанных с атомом кремния в основной цепи. При повышении содержания трифторпропильных зве-
Свойства фторсилоксановых резин*
Показатели Значения показателей для пентасилов марок
ФС-402 ФС-602 ФС-608 ФС-611 ФС-751 ФС-802
Плотность, г/см3 1,40 1,44 1,45 1,49 1,57 1,55
Твердость по Шору А 40 62 75 69 78 80
Условная прочность при растяжении, МПа 8,3 9 8 7 6,6 7,6
Относительное удлинение приразрыве, % 350 300 270 200 130 170
Сопротивление раздиру, кН/м 16 20 23 16 12 18
Остаточная деформация после сжатия (испытание при 174°С, 22 ч), % 8 12 10 8 25 15
* Каталог продукции ООО «Пента». М. 2012.
ньев повышается температура стеклования (снижается морозостойкость), возрастают стойкость к жидким углеводородным средам и гидролитическая стабильность, снижаются диэлектрические характеристики и термостойкость.
На основе фторсилоксановых каучуков отечественной промышленностью производятся серийные резины марок 51-1434 (температура эксплуатации: -60°С), 51-1570 и 51-1479 (температура эксплуатации: -70°С). Выпускаются также резины марок серии ФС: ФС-55-1 и ФС-55-2 - для изделий, предназначенных для работы при температуре -60°С; ФС-55 и ФС-55-3 - для изделий, предназначенных для работы при температуре -55°С. Как и для ряда высокомолекулярных силоксано-вых каучуков, при необходимости продолжительной эксплуатации изделий из резин на основе каучука СКТФТ-100 следует проверять их длительную морозостойкость.
Основные свойства резин из фторсилоксановых каучуков:
Условная прочность при растяжении........6-8 МПа
Относительное удлинение при разрыве . . . . -150-250% Коэффициент морозостойкости по эластическому
восстановлению при температуре -60°С......0,25-0,4
Относительная остаточная деформация после сжатия
(испытание на воздухе при 200°С, 24 ч).......20-45%
Изменение массы образца в топливе ТС-1 (выдержка при 150°С, 24 ч).................10-15%.
В последнее время в ООО «Пента» разработаны и серийно выпускаются фторсилоксановые резины новых марок (см. таблицу).
С учетом высокой стоимости фторсилоксановых резин эти материалы нашли ограниченное применение в промышленности. Однако, обладая высокой морозостойкостью в сочетании со стойкостью к действию топлив и других углеводородных сред, резины на основе высокомолекулярных фторсилоксановых каучуков применяют в основном в конструкциях авиационной и космической техники. Так, уплотнения контактных узлов при стыковке космических кораблей или многие уплотнители крыльевых, топливных отсеков и агрегатов самолетов выполнены из фторсилоксановых резин.
Дальнейшее развитие фторсилоксановые резины получат при создании и использовании в качестве полимерной основы новых высокомолекулярных каучуков нелинейной структуры, каучуков с фторалкильными радикалами с повышенной степенью фторирования, фторсилоксановых блок-сополимеров, позволяющих применять литьевые технологии при изготовлении резинотехнических изделий. Кроме того, в последние годы с развитием мировых технологий наблюдается существенное снижение стоимости фторсилоксановых резин, что в недалеком будущем обеспечит их доступность и широкое применение во многих отраслях промышленности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Большой справочник резинщика: В 2 ч. М.: Техин-
форм. 2012. 1385 с.
2. Нудельман З.Н. Фторкаучуки: основы, переработка,
применение. М.: «ПИФ РИАС». 2007. 383 с.
3. Каблов E.H. Стратегические направления развития
материалов и технологий их переработки до 2030 г. /В сб.: Авиационные материалы и технологии: Юбилейный науч.-технич. сб. (приложение к журналу «Авиационные материалы и технологии»). М.: ВИ-АМ. 2012. С. 7-17.
4. Елисеев O.A., Краснов Л.Л., Зайцева Е.И., Савенкова A.B.
Переработка и модифицирование эластомерных
материалов во всеклиматических условиях /В сб.: Авиационные материалы и технологии: Юбилейный науч.-технич. сб. (приложение к журналу «Авиационные материалы и технологии»). М.: ВИАМ. 2012. С. 309-314.
5. Махлис Ф.А., Федюкин Д.Л. Терминологический справочник по резине. М.: Химия. 1989. 400 с.
6. Технология резины: Рецептуростроение и испытания: Пер. с англ. /Под ред. Дика Дж. С. С.-Пб.: Научные основы и технологии. 2010. 620 с.
7. Швейцер Ф.А. Коррозия пластмасс и резин. С.-Пб.:
Научные основы и технологии. 2010. 637 с.
