CC BY
501
Ф. М. Палютин, Г. А. Михайлова, Г. Ф. Панфилова,
Н. В. Шумилова
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ИНГРЕДИЕНТОВ
НА ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫЕ СВОЙСТВА СИЛОКСАНОВЫХ РЕЗИН
Исследовалось влияние различных типов и марок технического углерода на технологические, физико-механические и электрические свойства силокса-новых резин. Выбрана марка мелкодисперсной, высокоструктурной печной сажи для производства электропроводящей силиконовой резины. Выпущена опытная партия.
Силоксановые каучуки обладают хорошими электроизоляционными свойствами: имеют низкие диэлектрические потери и значения удельного объемного сопротивления
13 15
порядка 10 ^10 Ом-см. Введением различных электропроводящих наполнителей, например, графита, некоторых металлических порошков и специальных видов углеродных саж, можно в значительной степени снизить удельное электрическое сопротивление силиконовых эластомеров, т.е. придать им электропроводящие свойства. Такие резины применяются в производстве электронагревательных элементов в виде пластин, лент и профилей, пластичных электродов в электроизмерительной технике, замыкающих контактов различных радиосхем и других резинотехнических изделий. Благодаря своей инертности и нетоксичности силиконовые электропроводящие резиновые смеси применяются для изготовления резинотехнических изделий в медицинской технике. От многих других материалов силиконовая резина отличается более высокой гибкостью, коррозионной стойкостью, небольшим удельным весом и хорошей работоспособностью в интервале температур от -70°С до +150°С с сохранением стабильных электрических и физико-механических свойств.
Ранее на нашем предприятии выпускались резиновые смеси марок СЭТ и СТЭП на основе полиметилфенилвинилсилоксанового и полиметилвинилсилоксанового каучуков. В составе их рецептур использовалась ацетиленовая сажа, которая обеспечивала электропроводность силоконовой резины благодаря своей чрезвычайно высокой структурности. Однако такая же проводимость может быть достигнута применением специальных мелкодисперсных печных саж с малым содержанием летучих на поверхности, т. е. саж, способных образовывать цепочки контактирующих частиц. Промышленность выпускает печные сажи, специально удовлетворяющие этим требованиям.
В данной работе оценивалось влияние различных марок печной сажи на технологические, физико-механические и электрические свойства силоконовых резин. За основу был выбран серийно выпускаемый полидиметилвинилметилсилоксановый каучук СКТВщ-1. Электрическую проводимость резин-сравнивали по величине удельного объемного сопротивления, которое должно было быть не более 4 Ом-см. Было выявлено, что оптимальная проводимость достигается соответствующим выбором марки сажи, ее концентрацией и тщательным диспергированием. Слабо диспергированные сажи приводят к снижению прочности при разрыве, относительного удлинения и электрической прочности и появлению деффектов в изделиях - мест, в которых может произойти электрический пробой. Но следует иметь в виду, что слишком длительное диспергирование может привести к сниже-
нию проводимости, т. е. к увеличению удельного объемного сопротивления. Это происходит, вероятнее всего, из-за сдвига и разрушения цепочечных и разветвленных сажевых структур, обеспечивающих проводимость.
Результаты исследований показали, что при использовании печной сажи с удельной поверхностью менее 80 м2/г и средней структурностью (П-514, П-803) получаются резины с низким уровнем физико-механических показателей и удельным объемным сопротивлением 3,5-10 Ом-см независимо от степени наполнения резиновых смесей. При использовании печной сажи с низкой дисперсностью, но высокой структурностью П-705 (П-30В) возможно получение силоксановых резин с удельным объемным сопротивлением 2,1^2,7 Ом-см при условии их наполнения в количестве 70^90 масс.ч., но при этом смесь становится нетехнологичной. При использовании саж с высокой дисперсностью и средней структурностью (П-234, П-324) резины обладают хорошей электропроводностью - удельное объемное сопротивление составляет 1,6^2,8 Ом-см, но этом показатель нестабилен во времени. В процессе хранения резиновых смесей удельное сопротивление увеличивается до 15 Ом-см за 3 месяца.
Наиболее оптимальные результаты по физико-механическим и электрическим показателям получились при использовании в качестве основного наполнителя печной сажи марок П-366Э и П-367Э. Эти мелкодисперсные (удельная внешняя поверхность 110^130 и 130^150 м /г соответственно) и высокоструктурные сажи с содержанием летучих не более
0,9% имеют удельное объемное сопротивление не более 0,6 Ом-см. С увеличением содержания сажи в резиновой смеси электрическое сопротивление резин падает, стремясь к предельному значению сопротивления чистого наполнителя.
В данной работе также были изучены свойства силиконовых резин, содержащих в качестве электропроводящих наполнителей графит и грален. Было выявлено, что при содержании до 10^12 масс.ч. в комбинации с печной сажей графит не оказывает заметного влияния на физико-механические и электрические показатели. При увеличении его содержания в резиновой смеси прочностные характеристики резины снижаются, а удельное объемное сопротивление возрастает. При введении в силиконовый каучук волокнистого углеродного наполнителя - гралена удельное объемное сопротивление снижается пропорционально степени наполнения, относительное удлинение при этом также уменьшается, а твердость возрастает. При содержании гралена 50 масс.ч. резиновая смесь становится трудноперерабатываемой. Использование в смесях на основе силиконового каучука термических и капальных саж не привело к положительным результатам. Смеси, содержащие эти типы саж, не вулканизовались даже в присутствии повышенных дозировок перекиси дикумила.
Также были изучены электрические и физико-механические свойства резин из силиконового каучука, содержащих электропроводящие наполнители в комбинации со светлыми наполнителями - белой сажей У-333, аэросилами А-175 и А-300, окисью цинка. Все эти наполнители при введении в резиновую смесь в незначительных количествах не оказывают заметного влияния на показатели резины, а при содержании их более 5^10 масс.ч. снижаются и электрические и прочностные свойства.
По результатам проведенных исследований была разработана рецептура токопроводной силоксановой резиновой смеси с заменой ацетиленовой сажи на мелкодисперсную высокоструктурную печную. Выпущена опытная партия. Результаты физико-механических и электрических показателей представлены в таблице 1.
Одним из наиболее важных свойств электропроводящей резины из силоксанового каучука является хорошая морозостойкость и теплостойкость. Изделия из данной резины
Таблица 1 - Физико-механические и электрические показатели токопроводной си-локсановой резиновой смеси
Показатели Нормы ТУ на резино- Марка сажи, используемой при изготовлении резиновой смеси
вую смесь СТЭП П-366Э П-367Э П-366Э (опытная партия)
Удельное объемное сопротивление, Ом-см Не более 4 0,56-1,2 0,66-1,0 3,4
Условная прочность, кгс/см2 Не менее 30 39-49 35-40 40
Относительное удлинение при разрыве, % Не менее 100 127-193 136-178 216
Твердость по Шору А, усл.ед. Не менее 50 68-74 69-76 74
сохраняют работоспособность при температуре до -58°С, но и при более низких температурах образцы не становятся хрупкими. Морозостойкость оценивалась по коэффициенту эластического восстановления после сжатия на 20% при заданной температуре. Электропроводящая резина из силиконового каучука может быть использована при высоких температурах (вплоть до 200°С).
Экспериментальная часть
Образцы резиновой смеси с различными наполнителями готовились в лабораторных вальцах на основе полидиметилвинилсилоксанового каучука СКТВщ-1. Прессование проводилось при температуре 150°С, термостатирование - при температуре 200°С. Удельное объемное сопротивление измерялось на пластинах толщиной 1 мм. Для определения морозостойкости готовились микроцилиндры.
Литература
1. Д.П. Федюкин, Ф.А. Махлис. Технические и технологические свойства резин. М.: «Химия», 1985.
2. Ю.Ф. Шутилин. Справочное пособие по свойствам и применению эластомеров. Воронеж, 2003.
3. А.В. Салтыков, З.Е. Бузун. Общая технология резины. М.: «Химия», 1982.
4. Наполнители для полимерных композиционных материалов/ Под ред. П.Г. Бабаевского. М.: «Химия», 1981.
© Ф. М. Палютин - канд. хим. наук, ген. дир. ОАО «КЗСК»; Г. А. Михайлова - зав. лаб. ЦЗЛ ОАО «КЗСК»; Г. Ф. Панфилова - зав. сектором ЦЗЛ ОАО «КЗСК»; Н. В. Шумилова -зав. сектором ЦЗЛ ОАО «КЗСК».
