CC BY
104
C. И. Вольфсон, Н. А. Охотина, А. И. Нигматуллина,
Р. К. Сабиров
ИССЛЕДОВАНИЕ УПРУГО-ГИСТЕРЕЗИСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИНАМИЧЕСКИХ ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТОВ
Ключевые слова: динамический термоэластопласт, полипропилен, бутадиен-нитрильный каучук, монтмориллонит.
Исследованы упруго-гистерезисные свойства динамических термоэластопластов на основе бутадиен-нитрильного каучука и полипропилена с использованием динамического анализатора полимеров RPA.
Keywords: dynamic thermoelastoplastic rubber, polypropylene, butadiene-nitrile rubber, montmorillonite.
The elastic-hysteresis properties of dynamic thermoelastoplastic rubbers based on butadiene-nitrile rubber and polypropylene were studied with the use of a dynamic RPA polymer analyzer.
Особый интерес для потребителей представляют динамические термоэластопласты ДТЭП на основе бутадиен-нитрильных каучуков (БНКС) и полипропилена (IIII) как материала используемого для производства автодеталей и в нефтяной промышленности. Однако при смешении полярной эластомерной фазы и неполярной термопластичной фазы в паре БНКС -1111 имеет место плохая совместимость полимеров, вследствие чего материал имеет невысокие упругопрочностные и термические характеристики. Одним из возможных путей улучшения комплекса свойств композиций на основе БНКС - 1111 является введение в него природного наноразмерного наполнителя -органоглины, в частности, монтмориллонита [1]. В этой связи представляется интересным и важным изучить влияние монтмориллонита (ММТ) на упруго-гистерезисные свойства ДТЭП, характеризующие их структуру, и установить наличие корреляции последних с физико-механическими, термическими и эксплуатационными свойствами.
Экспериментальная часть
В настоящей работе исследовались динамические термоэластопласты, получаемые смешением бу-тадиен-нитрильного каучука БНКС-18АМН (ТУ 38.30313-98) и полипропилена марки Бален 01030 (ТУ 2211-074-05766563-2005) при соотношении каучука и полиолефина 70:30 по разработанному режиму в смесительной камере пластикордера Брабендер при 180°С.
В качестве наполнителя использовался промышленный продукт марки С1о18Йе 15А фирмы
Rockwood (США), представляющий собой природный № - монтмориллонит, модифицированный четвертичными аммониевыми солями: [(RН)2(CH3)2N]+CГ где R - остаток гидрированных жирных кислот С:6-С18 с исходной катионной обменной емкостью 125 экв/100г. Средний размер исходных частиц порошка С1о18Йе 15А составлял 11,63 мкм, межслоевой интервал dool=31,5А°, плотность 1660 кг/м3. ММТ вводился либо полипропилен, либо в каучук в количестве 1-3 мас. ч. на 100 мас. ч. полимерной фазы.
Оценка упруго-гистерезисных характеристик модифицированных ДТЭП проводилась на динамическом реометре RPA 2000 фирмы «Альфа Технолод-
жис» (США). Образец подвергается циклическому сдвиговому деформированию в герметичной испытательной камере, биконические полуформы которой дают возможность быстро и точно регулировать температуру с точностью ± (0,3)°С. Крутящий момент передается через образец от колеблющейся нижней полуформы на высокочувствительный датчик регистрации крутящего момента, расположенного в верхней полуформе. Сигнал с датчика поступает в компьютер, который обрабатывает поступающую информацию и с помощью преобразования Фурье разделяет крутящий момент G* на две составляющие: действительный G' и мнимый G", характеризующие эластические и пластические свойства материала соответственно. Затем рассчитываются модуль упругости S', модуль потерь S" и соотношение пластической и эластической составляющих или тангенс угла механических потерь tg 5.
Деформационно-прочностные характеристики динамических термоэластопластов определяли в соответствии с ГОСТ 270-75 на приборе Inspect mini при скорости растяжения 50 мм/мин.
Обсуждение результатов
Данная работа является продолжением исследований, проводимых на кафедре химии и технологии переработки эластомеров, в области получения, модификации и исследования свойств динамических термоэластопластов [1-3].
Испытания ДТЭП, модифицированных орга-нофильным монтмориллонитом, проводились по двум режимам: при постоянной температуре (100°С) и частоте деформирования (1 Гц) и изменяемой величине деформации от 1 до 10% и при постоянной температуре (100°С) и величине деформации (1 %) и изменяемой частоте деформирования от 0,1 до 10 Гц. Исследовалось влияние дозировки наполнителя и способа его введения в ДТЭП от условий деформирования. Результаты испытаний в виде зависимостей модуля упругости, модуля потерь и тангенса угла механических потерь от степени деформации представлены на рис. 1 а, б, от частоты деформирования - на рис. 1 в, г.
Степень деформации, %
0 5 10
Частотадеформации, Гц
модифицированные 1,0 и 3,0 мас. ч. монтмориллонита, введенных в каучук.
Таблица 1 - Упруго-прочностные характеристики динамических термоэластопластов
Показатели Содержание ММТ, мас. ч.
0 1 3
Введение ММТ в полипропилен
Условная прочность при разрыве, МПа 4,0 4,6 4,74
Относительное удлинение при разрыве, % 159 196 204
Модуль упругости, МПа 80,1 109,6 110,0
Введение ММТ в каучук
Условная прочность при разрыве, МПа 4,0 4,82 5,0
Относительное удлинение при разрыве, % 159 185 219
Модуль упругости, МПа 80,1 107,0 108,4
1 - 0 мас. ч. ММТ; 2 - 1 мас. ч. ММТ в каучуке;
3 - 1 мас. ч. ММТ в ПП;
4 - 3 мас. ч. ММТ в каучуке; 5 - 3 мас. ч. ММТ в ПП
Рис. 1 - Влияние содержания ММТ и способа его введения в ДТЭП на модуль упругости 8', модуль потерь 8” и tg б а, б - при изменении степени деформирования; в, г - при изменении частоты деформирования
Из приведенных данных видно, что более высокие значения модуля упругости 8' и более низкие значения модуля потерь 8" и тангенса механических потерь tg 5 характерны для ДТЭП, полученных при введении 1 мас. ч. ММТ в каучук, и по изменению упруго-гистерезисных характеристик композиции располагаются в ряд: ДТЭП+1 мас. ч. ММТ в каучуке> ДТЭП+1 мас. ч. ММТ в полипропилене> ДТЭП+3 мас. ч. ММТ в каучуке> ДТЭП+3 мас. ч. ММТ в полипропилене.
Уменьшение модуля потерь и тангенса угла механических потерь в наполненных системах свидетельствуют о более равномерном распределении наполнителя, что должно отражаться на улучшении технологических свойств материалов в вязкотекучем состоянии и упруго-прочностных свойств в высокоэластическом состоянии. Это подтвердилось результатами деформационно-прочностных испытаний, представленных в табл. 1.
Как следует из данных табл.1, более высокие упруго-прочностные характеристики имеют ДТЭП,
Выводы
Таким образом, введение органофильного
слоистого наполнителя в динамические термоэласто-пласты на основе бутадиен-нитрильного каучука и полипропилена способствует улучшению упруго-гистерезисных и упруго-прочностных свойств композиций.
Литература
1. Нигматуллина А.И. Свойства динамических термоэластопластов, содержащих модифицированный полипропилен и слоистый наполнитель/ А.И. Нигматуллина, С.И. Вольфсон, Н.А. Охотина, М.С. Шалдыбина// Вестник Казанского технологического университета, 2010, № 9, С. 329-333.
2. Вольфсон, С.И. Динамические термоэластопласты, модифицированные монтмориллонитом/ С.И. Вольфсон, Н.А. Охотина, А.И. Нигматуллина, Р.К.Сабиров, В.В. Власов, Л.В. Трофимов// Каучук и резина, 2010, № 3, С. 11-14.
3. Нигматуллина, А.И. Оценка совместимости наночастиц органоглины с компонентами динамических термоэласто-пластов на основе полипропилена и бутадиен-нитрильных каучуков/ А.И. Нигматуллина, С.И. Вольфсон, Н.А. Охо-тина, С. В. Крылова// Вестник Казанского технологического университета, 2009, № 6, С. 204-207.
Работа проведена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы, государственный контракт №П866.
б
а
в
г
© С. И. Вольфсон - д-р техн. наук, проф., зав. каф. ХТПЭ КНИТУ; Н. А. Охотина - канд. техн. наук, проф. той же кафедры, [email protected]; А. И. Нигматуллина - канд. техн. наук, асс. той же кафедры, [email protected]; Р. К. Сабиров - докторант той же кафедры, начальник отдела по вопросам нефтегазохимического комплекса Кабинета Министров Республики Татарстан.
