CC BY
1МОЛОДЕЖНАЯ СЕКЦИЯ 4. МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ
DOI: 10.24412М-37269-2024-1 -266-268
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ КАУЧУКОВ НЕПОЛЯРНОЙ ПРИРОДЫ НА МОРОЗОСТОЙКОСТЬ ХЛОРОПРЕНОВЫХ РЕЗИН
Белослюдцева Д.Я.1, Федорова А.Ф.2
1 Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, г. Якутск
2 Федеральный исследовательский центр Якутский научный центр СО РАН,
Институт проблем нефти и газа СО РАН (ИПНГ СО РАН), г. Якутск
При создании современных морозостойких резин для применения в арктических зонах применяют комбинацию каучуковразной природы. Исследованы свойства эластомерных композиций на основе хлоропренового и бутадиенового каучуков с добавлением бутадиенстироль-ного каучука. Установлено, что такая комбинация каучуков позволяет получить материал с удовлетворительным комплексом физико-механических и низкотемпературных свойств.
Резины на основе хлоропренового каучука обладают такими механическими свойствами, как высокая прочность и упругость [1-3]. Однако они недостаточно морозостойки и могут использоваться при температурах от плюс 90 до минус 25 °С. Для повышения низкотемпературных характеристик материала можно использовать смеси каучуков [4-6]. Актуальность данной работы заключается в необходимости разработки морозостойких резин, способных сохранять свои механические свойства в экстремально низкотемпературных условиях Арктики. Учитывая стратегическое значение арктического региона и возрастающий интерес к его освоению, создание материалов, устойчивых к суровым погодным условиям, является приоритетной задачей. В связи с этим целью работы являлось исследование влияния неполярных каучуков на низкотемпературные характеристики хлоропреновых резин.
Объектом исследований являлся хлоропреновый каучук (ХПК) марки Denka S-40 производства компании Denki Kaqaku Koqyo (Япония), так как он хорошо сбалансирован по физическим свойствам, мало кристаллизуется, а также устойчив к воздействию внешних факторов окружающей среды, таких как тепло, озон, масло и пламя. Поскольку хлоропреновый каучук представляет собой полимер регулярной структуры, способный к кристаллизации, для создания морозостойких резин на его основе широко используют смеси каучуков. Для повышения морозостойкости материала выбран полибутадиеновый каучук (СКД) марки В-Т завода изготовителя АО «Воронежсинтезкаучук» партии № 0119-1473. Дивинил-стирольный синтетический каучук (ДССК) марки 1810Ф завода изготовителя АО «Воронежсинтезкаучук» партии № 1519-0005 использовали для предотвращения кристаллизации. Соотношение каучу-ков в эластомерных композициях представлено в таблице 1.
Таблица 1. Соотношение каучуков в резиновых смесях
Ингредиент Обозначение резиновых смесей
РС1 РС2 РС3 РС4 РС5
Содержание, мас.ч.
ХПК Denka S40 100,0 90,0 80,0 90,0 80,0
СКД B-Ti - 8,0 16,0 6,7 13,3
ДССК 1810Ф - 2,0 4,0 3,3 6,7
Кроме того, резиновые смеси содержали в своем составе серу, ^№-дифенилгуанидин, тетраметилтиурамдисульфид, оксид магния, оксид цинка, технический углерод П-803, стеариновую кислоту. Резиновые смеси готовили при температуре, не превышающей 100 °С, в течение 40 мин на вальцах См350 150/150 (Китай). Были исследованы следующие показатели резин: вулканизационные характеристики (ГОСТ Р 54547); упруго-прочностные свойства (ГОСТ 270-75), плотность (ГОСТ 267-73), твердость по Шору А (ГОСТ 263-75), стойкость к воздействию углеводородных сред (ГОСТ 9.030-74), износостойкость при абразивном истирании (ГОСТ 23509-79), относительная остаточная деформация сжатия (ГОСТ 9.029-74), температурный предел хрупкости (ГОСТ 7912-74); коэффициент морозостойкости при растяжении (ГОСТ 408-78).
По результатам исследования вулканизационных характеристик образцы резин в виде пластин и столбиков вулканизованы в вакуумном гидравлическом прессе Y1000D (КНР) при температуре 150 °С в течение 25 мин.
Результаты физико-механических испытаний показали, что условная прочность при растяжении всех исследованных вулканизатов практически одинакова, изменение прочности не превышает 10%. Напряжение при 100% удлинении по мере увеличения содержания в резиновых смесях бутадиенового и бутадиенстирольного каучуков постепенно повышается, относительное удлинение при разрыве снижается, кроме смеси РС5. Твердость образцов резин с введением СКД и ДССК увеличивается на 8-17% и составляет 64-71 единиц по Шору А, также увеличивается объемный износ резин (от 9 до 22%). Минимальными значениями остаточной деформации сжатия характеризуются резины с максимальным содержанием ДССК, а именно смеси РС3 и РС5.
Один из недостатков резин на основе хлоропренового каучука связан с ограниченным температурным диапазоном эксплуатации изделий из этого материала, особенно в контексте низкой морозостойкости. Включение в состав резины бутадиенового и бутадиен-стирольного каучуков позволяет значительно увеличить устойчивость к низким температурам (таблица 2).
Таблица 2. Низкотемпературные характеристики резиновых смесей
Показатель РС1 РС2 РС3 РС4 РС5
Температура хрупкости, °С -33 -37 -59 -39 -61
Температура стеклования, °С -37,8 -40,7 -42,4 -40,4 -41,8
Коэффициент морозостойкости при растяжении при минус 45 °С 0,01 0,031 0,193 0,033 0,362
Температура хрупкости резины на основе хлоропренового каучука составляет -33 °С. Однако после добавления 16,0 мас.ч. СКД и 4,0 мас.ч. ДССК (смесь РС3) температура хрупкости снижается до -59 °С, а при введении 13,3 мас.ч. СКД и 6,7 мас.ч. ДССК (смесь РС5) достигает -61 °С. Это обусловлено высокой морозостойкостью СКД и предотвращением кристаллизации добавлением ДССК. Также резина, полученная из смеси хлоропренового, бутадиенового и бутадиенстирольного каучуков, обладает пониженной температурой стеклования. Это свойство позволяет материалу сохранять эластичность и механические характеристики при низких температурах, что особенно важно для использования в условиях сильного холода, таких как арктические зоны. Кроме того, резиновые смеси РС-3 и РС-5 с максимальным содержанием ДССК из всей серии исследованных резин характеризуются повышенным коэффициентом морозостойкости при разрыве. Этот показатель указывает на способность материала сохранять прочность и сопротивляться разрушению под воздействием низких температур, что делает его пригодным для эксплуатации в экстремально холодных условиях.
Таким образом, показано, что введение бутадиенового и бутадиенстирольного каучу-ков в резиновые смеси на основе хлоропренового каучука позволяет получить морозостойкий материал с удовлетворительным комплексом физико-механических свойств при следующих соотношениях каучуков ХПК/СКД/ДССК (мас.ч.): 80,0/16,0/4,0 и 80,0/13,3/6,7.
Литература
1. Ильин В.М., Резова А.К. Производство хлоропреновых каучуков в мире // Каучук и резина. 2014. № 6. С.52-56.
2. Захаров Н.Д. Хлоропреновые каучуки и резины на их основе. М.: Химия, 1978. 272 с.
3. Большой справочник резинщика. Ч.2. Резины и резинотехнические изделия/ Под ред. С.В. Резинченко, Ю.Л. Морозова. Москва: ООО «Издательский центр «Техинформ» МАИ», 2012. 649 с.
4. Гришин Б.С. Резиновая промышленность России - от настоящего, через прошлое к будущему //Промышленное производство и использование эластомеров. 2015. № 1. С. 3-9.
5. Бузник В.М., Василевич Н.И Материалы для освоения арктических территорий - вызовы и решения // Лаборатория и производство. 2020. № 1 (11). С. 98-107.
6. Чайкун А.М., Елисеев О.А., Наумов И.С., Венедиктов М.А. Особенности построения рецептур для морозостойких резин // Авиационные материалы и технологии. 2013. № 3. С. 53-55.
DOI: 10.24412/^-37269-2024-1 -268-271
ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА, МОДИФИЦИРОВАННОГО 2-МЕРКАПТОБЕНЗТИАЗОЛОМ
И ОКСИДОМ МЕДИ
Васильев А.П.1, Дьяконов А.А.1' 2, Данилова С.Н.1, Макаров И.С.1, Оконешникова А.В.1, Охлопкова А.А.1
1 Северо-Восточный федеральный университет, г. Якутск 2 Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН, г. Якутск
В данной работе приведены результаты исследования триботехнических свойств сверхвысокомолекулярного полиэтилена, наполненного нано-СиО и 2-меркаптобензтиазолом в разных массовых соотношениях. Показано, что введение наполнителей в полимер приводит к повышению износостойкости в 2,95-3,27раз при трении по стали 45 и на 48-57% при трении по абразивной бумаге. Разработанные материалы могут найти применение в качестве деталей узлов трения машин и техники.
Введение. В настоящее время все большее внимание уделяется применению полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе полимерной матрицы с самосмазывающимися свойствами в качестве деталей узлов трения. Особенно актуальным является применение ПКМ в техники и технологическом оборудовании, эксплуатирующихся в суровом климате Арктики и северных территорий РФ. Среди полимерных материалов с высокой морозостойкостью, химической стойкостью и отличными антифрикционными свойствами выделяется сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ). Полимерная матрица СВМПЭ часто используется в сочетании с наполнителями, которые обеспечивают улучшение триботехниче-ских характеристик [1-3]. Для модификации триботехнических свойств полимеров наиболее предпочтительными являются нанонаполнители, имеющие по крайней мере один размер в диапазоне от 1 до 100 нм [4]. С целью разработки композиционных материалов триботехни-ческого начначения в качестве наполнителя особенно примечателен оксид меди (СиО). Оксид меди обладает рядом существенных преимуществ, так он легко синтезируется, а наночастицы СиО обладают более превосходными свойствами в отношении износостойкости и снижения трения, чем другие наночастицы, такие как оксид алюминия, циркония, железа и кобальта [5, 6]. Ускоритель вулканизации каучука 2-меркаптобензотиазол (МБТ) представляет собой би-циклическую гетероатомную молекулу, широко используемую в производстве шин, резиновой обуви и других резиновых изделий [7]. Благодаря высокой химической активности потенциально может повысить его совместимость с неорганическими наполнителями при введении
