Исследование влияния микрокремнезема мао-99 на свойства резин Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 678.7:544.7 DOI: https://doi.org/10.24411/2071-8268-2019-10105

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МИКРОКРЕМНЕЗЕМА МАО-99

НА СВОЙСТВА РЕЗИН

Н.Ф. УШМАРИН, нач. отдела, к.т.н. Чебоксарское производственное объединение им. В.И. Чапаева

(Россия, 420006, г. Чебоксары, ул. Социалистическая, д. 1) E-mail: rtilab.chapaew@mail.ru А.Н. ВАСИЛЬЕВ, доц., к.х.н. Чувашский государственный университет

(Россия, 420015, г. Чебоксары, Московский пр., д. 15) Н.И. КОЛЬЦОВ, зав. кафедрой, проф., д.х.н. Чувашский государственный университет

(Россия, 420015, г. Чебоксары, Московский пр., д. 15) E-mail: koltsovni@mail.ru Исследовано влияние нового кремнийкислотного наполнителя — обогащенного аморфного микрокремнезёма МАО-99 на реометрические и физико-механические свойства резиновых смесей и вулканизатов на основе кар-боцепных каучуков общего и специального назначения. Установлено, что микрозем МАО-99 влияет на кинетику и продолжительность вулканизации резиновых смесей. Показано, что резины, содержащие микрокремнезём МАО-99, по реометрическим, прочностным и эксплуатационным свойствам, не уступают резинам, содержащим белые сажи и аэросилы.

Ключевые слова: микрокремнезём МАО-99, реометрические, физико-механические свойства, резиновые смеси, вулканизаты.

THE EFFECT OF MICROSILICA MAO-99 ON THE RUBBER PROPERTIES

Ushmarin N.F., Cand.Sci. (Eng.), Cheboksary production association n.a. V.I. Chapaev (1, Sotsialisticheskaya ul., Cheboksary, 420006, Russian Federation). E-mail: rtilab.chapaew@mail.ru Vasiliev A.N., Cand.Sci. (Chem.), Docent. Chuvash State University (15, Moscow Aveny, Cheboksary, 420015, Russian Federation) Kol'tsov N.I., Dr Sci. (Chem.), Prof. Chuvash State University (15, Moskovskiy pr., Cheboksary, 420015, Russian Federation). E-mail: koltsovni@mail.ru Abstract. The effect of a new silica filler, enriched with amorphous silica MAO-99, on rheometric and physico-mechanical properties of three rubber mixtures and vulcanizates based on based of carbo-chain caoutchoucs generalpurpose and special-purpose was studied. It is established that the amorphous silica MAO-99 affects the kinetics and duration of vulcanization of rubber mixtures. It has been established that rubbers containing microsilica MAO-99, in terms of rheometric, strength, and performance properties, are not inferior to rubbers containing white soot and aerosil. Keywords: microsilica MAO-99, rheometric, physical and mechanical properties, rubber compounds, vulcanizates.

Известно, что резины, наполненные техническим углеродом, обладают высокими упруго-прочностными свойствами и изностойкостью [1]. Они характеризуются большими гистерезисными потерями, вызванными перестройкой адсорбционных связей технического углерода с молекулами каучука при наложении деформационных сил на резины [2,3]. С другой стороны резины, наполненные коллоидной кремниевой кислотой, обладают по сравнению с техническим углеродом меньшей прочностью, изностойкостью, но лучшим сопротивлением раздиру и старению, эластичностью и относительным удлинением [4,5]. Для устранения гис-терезисных потерь в наполненные техническим углеродом резины рекомендуется вводить кремнийкислот-ные соединения, которые обеспечивают образование прочных межфазовых связей и усиление матрицы каучука [6,7]. В связи с этим в данной статье исследовано влияние нового кремнийкислотного соединения — обогащённого аморфного микрокремнезёма МАО-99 на свойства резиновых смесей и вулканизатов на основе каучуков общего и специального назначения.

Экспериментальная часть

Резиновые смеси изготавливали на лабораторных вальцах ЛБ 320 150/150 с соблюдением одинаковых условий: масса навески, цикл смешения, порядок ввода ингредиентов в матрицу каучука, температура валков,

время вылежки до проведения последующих операций. Вулканизационные (реометрические) кривые резиновых смесей снимались на реометре MDR300 Basic при 150 и 170°С. Вулканизация стандартных образцов (пластин, шайб) резиновых смесей проводилась на двухэтажном вулканизационном прессе с электрообогревом согласно предусмотренных в рецептурных картах для каждого шифра резин. Физико-механические показатели вулканизатов определялись по действующим в резиновой промышленности стандартов: условная прочность при растяжении по ГОСТ 270-64; относительное удлинение при разрыве по ГОСТ 270-644; твёрдость по Шор А по ГОСТ 263-53; изменение показателей после старения по ГОСТ 9.024-74; стойкость к агрессивным средам по ГОСТ 9.030-74; относительная остаточная деформация сжатия (ОДС) по ГОСТ 9.029-74.

Результаты и их обсуждение

Для исследований были выбраны три различные по составу резиновые смеси, используемые для изготовления: беговой части протектора крупногабаритных шин; формовых изделий в маслобензостойком исполнении; уплотнительных элементов пакерно-якорного оборудования с повышенной термоагрессивостойкостью.

Для резиновой смеси для беговой части протектора крупногабаритных шин на основе комбинации натурального и изопренового каучуков (71:29) исследовалось

влияние замены кремнезема Асил А-300 на микрокремнезём МАО-99 в сочетании с техническим углеродом П 234 на свойства резины. В табл. 1 приведены варианты данной резиновой смеси. Таблица 1

Влияние наполнителей на свойства резиновой смеси для беговой части протектора крупногабаритных шин и их вулканизатов

Образцы, мас.ч.

Показатели Контрольный 1 2

Наполнители

Асил А-300 10 — —

Техуглерод П 234 45 45 40

МАО-99 — 10 15

Реометрические свойства резиновой смеси (150°Сх20 мин)

Минимальный крутящий момент, Smin, дН-м 2,17 2,22 2,02

Максимальный крутящий момент, Smax, дН-м 22,51 22,96 21,33

Время начала вулканизации, мин 2,36 2,08 2,43

Оптимальное время вулканизации мин 8,99 7,71 8,42

Физико-механические свойства вулканизатов (режим вулканизации 150°Сх30 мин)

Условная прочность при растяжении, МПа 22 20,6 19,5

Относительное удлинение при разрыве, ер, % 410 520 450

Сопротивление раздиру, В, Кн/м 102 105 92

Твёрдость, Н, ед. Шор А 75 77 73

Эластичность по отскоку Е, % 35 36 36

Относительное изменение

после выдержки вулканизата на воздухе (100°Сх24 ч), %:

Мр -16,7 -28,3 28,9

Аеп (100°Сх24 ч) -17,5 -18,9 -23,3

Из данных табл. 1 следует, что для второго образца резиновой смеси наблюдается возрастание минимального и максимального крутящих моментов и снижение времени начала и оптимума вулканизации по сравнению с контрольным вариантом резиновой смеси. Свойства вулканизатов опытных вариантов резиновой смеси, содержащие микрокремнезем МАО-99, несколько уступают характеристикам контрольного образца по условной прочности при растяжении и изменениям физико-механических свойств при термическом воздействии воздуха. Однако они обладают повышенным относительным удлинением при разрыве и эластичностью по отскоку, а второй образец — повышенным сопротивлением раздиру.

Для маслобензостойкой резиновой смеси ИРП-1226 на основе комбинаций бутадиен-нитрильных каучу-

ков БНКС-28АМН и БНКС-40АМН (75:25) изучалось влияние добавок микрокремнезёма МАО-99, а также частичной замены технического углерода П324 на микрокремнезём МАО-99 на реометрические и физико-механические свойства резины. В табл. 2 приведены результаты исследований опытных резиновых смесей для маслобензостойких формовых изделий.

Таблица2

Влияние наполнителей на свойства резиновой смеси для маслобензостойких формовых изделий и их вулканизатов

Образцы, мас.ч.

Показатели Контрольный 1 2 3 4

Наполнители

Техуглерод П 324 50 50 50 45 40

МАО-99 — 5 10 5 10

Реометрические свойства резиновой смеси (170°Сх20 мин)

Минимальный

крутящий момент, Smin, дН-м 2,37 2,82 3,34 2,71 2,07

Максимальный

крутящий момент, Smax, дН-м 34,31 29,37 29,43 27,08 29,59

Время начала вулканизации, мин 1,04 1,19 1,18 1,25 1,18

Оптимальное вре-

мя вулканизации мин 13,70 14,33 14,42 14,22 13,72

Физико-механические свойства вулканизатов (режим вулканизации 150°Сх30 мин)

Условная проч-

ность при растяжении, МПа 20,1 19,1 17,4 18,5 21,8

Относительное

удлинение при разрыве, ер, % 310 400 460 470 430

Твёрдость,Н, ед. Шор А 78 74 80 74 76

Сопротивление раздиру, В, Кн/м 71 92 77 88 76

Относительное

изменение после

выдержки вулка-

низата на воздухе (100°Сх24 ч), %:

Аер ОДС 5,2 8,1 7,9 -4,5 -2,3

-4,4 -27,6 -34,6 -22,9 -27,7

77,7 82,2 87,1 93,1 82,1

Изменение массы

(Аm) вулканиза-

тов после воздей-

ствия, %:

СЖР-3

(100°Сх24 ч) 12,1 13,6 14,5 14,9 12,2

смеси изоок-

тан + толуол (23°Сх24 ч) 21,8 22,3 23,7 24,5 22,4

ИНГРЕДИЕНТЫ

Как видно из данных табл. 2, введение микрокремнезёма МАО-99 в резиновую смесь ИРП-1226 приводит к уменьшению её максимального крутящего момента. При этом наблюдается увеличение минимального крутящего момента при сохранении содержания тех-углерода П 324. Однако, при уменьшении содержания техуглерода П 324 для вариантов, содержащих микрокремнезем МОА-99, наблюдается уменьшение минимального крутящего момента резиновой смеси. Наилучшими физико-механическими свойствами обладает вулканизат четвертого образца резиновой смеси ИРП-1226, который практически не уступает по этим показателям, а также стойкости к тепловому воздействию агрессивных сред вулканизату контрольного варианта резины ИРП-1226.

Для термоагрессивостойкой резиновой смеси для уплотнительных элементов пакеров на основе гидрированного бутадиен-нитрильного каучука Тербан 3406

Таблица 3

Влияние наполнителей на свойства термоагрессивостойкой резиновой смеси и вулканизатов для уплотнительных элементов пакеров

с перекисной системой вулканизации изучалась возможность замены одного из ингредиентов в комбинации кремнекислотных наполнителей Асил А-300 или Росил 175 на микрокремнезём МАО-99. В табл. 3 приведены результаты испытаний опытных вариантов резиновой смеси для уплотнительных элементов пакеров.

Из данных табл. 3 следует, что микрокремнезём МАО-99 уменьшает минимальный и максимальный крутящие моменты и увеличивает времена начала и оптимума вулканизации по сравнению с контрольным вариантом резиновой смеси для уплотнительных элементов пакеров. Использование микрокремнезема МАО-99 вместо Росила 175 приводит к уменьшению условной прочности при растяжении и твердости вул-канизата. При этом происходит увеличение относительного удлинения при разрыве и сопротивления раз-диру вулканизата. Замена Асила А-300 на микрокремнезем МАО-99 практически не оказывает влияния на условную прочность при растяжении, твердость и сопротивление раздиру вулканизата. По изменению физико-механических свойств после теплового воздействия агрессивных сред и массы на воздухе исследованные вулканизаты отличаются незначительно.

Таким образом, из проведённых исследований по применению микрокремнезёма МАО-99 в рецептурах резин на основе карбоцепных каучуков следует, что:

• при изготовлении резиновых смесей на вальцах технологические трудности не наблюдаются, микрокремнезём МАО-99 совмещается с каучуками аналогично техническому углероду и аэросилу;

• внешневидовые характеристики вулканизатов не ухудшаются;

• по реометрическим и физико-механическим свойствам резины, содержащие микрокремнезём МАО-99, не уступают резинам, содержащим активный технический углерод и кремнекислотные наполнители.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ / REFERENCES

1. Гришин Б.С. Теория и практика усиления эластомеров. Состояние и направления развития. — Казань: КНИТУ, 2016. — 420 с. [Grishin B.S. Teoriya i praktika usileniya elastomerov. Sostoyaniye i napravleniya razvitiya (Theory and practice of strengthening elastomers. Status and directions of development). Kazan', KNITU Publ., 2016, 420 p. (In Russ.)].

2. Гришин Б.С. Развитие представлений об усилении эластомеров. Сообщение 1 // Промышленное производство и использование эластомеров. 2016. — № 1. — С. 23-27. [Grishin B.S. Promyshlennoyeproizvodstvo i ispol'zovaniye elastomerov. 2016, no. 1, pp. 23-27. (In Russ.)].

3. Гришин Б.С. Развитие представлений об усилении эластомеров. Сообщение 2 // Промышленное производство и использование эластомеров. — 2016. — № 2. — С. 16-18. [Grishin B.S. Promyshlennoye proizvodstvo i ispol'zovaniye elastomerov. 2016, no. 2, pp. 16-18. (In Russ.)].

3. Осошник ИА., Шутилин Ю.Ф., Карманова О.В. Производство резино-технических изделий. — Воронеж: Изд-во Воронежской ГТА, 2007 — 972 с. [Ososhnik I.A., Shuti-lin YU.F., Karmanova O.V. Proizvodstvo rezino-tekhnicheskikh izdeliy (Manufacture of rubber products). Voronezh, Voronez-hskaya GTA Publ., 2007, 972 p. (In Russ.)].

4. Большой справочник резинщика. Под ред. Резничен-ко С.В., Морозова Ю.Л. Том 1. — М.: ООО «Издательский центр «Техинформ» МАИ», 2012. — 744 с. [Bol'shoy spravochnik rezinshchika. Ed. by Reznichenko S.V., Morozov Yu.L.

Образцы, мас.ч.

Показатели Контрольный 1 2

Наполнители

Асил А-300 20 20 —

Росил 175 40 — 40

МАО-99 — 40 20

Реометрические свойства резиновой смеси (170°Сх20 мин)

Минимальный крутящий момент, 8ш1п, дН-м 2,03 1,71 1,52

Максимальный крутящий момент, 8шах, дН-м 27,21 25,11 23,24

Время начала вулканизации, мин 0,56 0,71 0,84

Оптимальное время вулканизации мин 11,06 11,30 11,47

Физико-механические свойства вулканизатов (режим вулканизации 150°Сх60 мин)

МПа 17,6 16,3 17,4

^ % 250 300 200

Н, ед. Шор А 78 72 78

В, кН/м 31 39 33

Относительное изменение

после выдержки вулканизата на воздухе (100°Сх24 ч), %:

Мр -7,7 -6,1 -6,6

Аер -17,9 -24,2 -20,9

ОДС (150°Сх24 ч) 48 47,2 47,4

Изменение массы (Ат) вул-

канизатов после воздейст-

вия, %:

СЖР-3 (100°Сх24 ч) 26,3 28,2 26,1

смеси изооктан + толуол (23°Сх24 ч) 33,3 41,7 36,1

Part 1. Moscow, Izdatel'skiy tsentr Tekhinform MAI Publ., 2012, 744 р. (In Russ.)].

5. Дик Дж.С. Технология резины: рецептуростроение и испытание. — СПб: Изд-во Нот, 2010. — 620 с. [Dik Dzh. S. Tekhnologiya reziny: retsepturostroyeniye i ispytaniye. (Rubber technology: formulation and testing). St. Petersburg, Not Publ., 2010, 620 p. (In Russ.)].

6. Дик Дж.С. Как улучшить резиновые смеси. 1800 практических рекомендаций для решения проблем. — СПб.: ЦОП «Профессия», 2016. — 352 с. [Dik Dzh.S. Kak uluchshit' rezinovyye smesi. 1800 prakticheskikh rekomendatsiy dlya resheniya problem. (How to improve the rubber mixture. 1800 practical recommendations for problem solving). St. Petersburg, Professiya Publ., 2016, 352 p.].

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ/INFORMATION about the authors

Ушмарин Николай Филиппович, кандидат технических наук, начальник отдела Чебоксарского производственного объединения им. В.И. Чапаева Васильев Андрей Николаевич, доцент, кандидат химических наук Чувашского государственного университета, г. Чебоксары

Кольцов Николай Иванович, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой физической химии и высокомолекулярных соединений Чувашского государственного университета г. Чебоксары

Ushmarin Nikolay F., Cand. Sci. (Eng.), Cheboksary production association n.a. V.I. Chapaev

Vasiliev Andrey N., Cand.Sci. (Chem.), Docent of Chuvash State University, Cheboksary

Koltsov Nikolay I., Doctor of Chemical Sciences, Professor, Head of the Department of Physical Chemistry and High Molecular Compounds of Chuvash State University, Cheboksary

ЦЕНТР

ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПРОГРАММ

профессия

КНИГИ

ДЛЯ ПРОФЕССИОНАЛОВ

ВНИМАНИЮ СПЕЦИАЛИСТОВ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ НЕФТИ И ГАЗА1

Технология мономеров

для синтетических каучуков общего назначения

А.Г. Лиакумович

2016 г., 224 с., 165x235 мм.

Цена: 1200 рублей

В книге дано описание технологий производства важнейших мономеров для полимеров, главным образом для синтетических каучуков общего назначения - пропилена, бутадиена, изобутилена, изопрена, стирола, хлоропрена, акрилонитрила.

Пособие состоит из введения и восьми глав. Первая глава посвящена сырьевой базе промышленности синтетических каучуков, в остальных семи главах рассматриваются химические основы и технологии производства конкретных мономеров.

Издание представляет интерес для специалистов, работающих в области основного органического синтеза, газонефтехимии и промышленности синтетических каучуков.

www.epcprof.ru - заказ on-line и все книги издательства

по тел ./факсу: +7 (812) 313-54-14 почтой по адресу: 190020, Санкт-Петербург, а/я 140 по электронной почте: shop@epcprof.ru, ¡nfo@epcprof.ru