CC BY
0
УДК 678.11
ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ЭЛАСТОМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ,
УСТОЙЧИВЫХ К ДЕЙСТВИЮ АГРЕССИВНЫХ СРЕД
*
С. И. Левченко , В. Р. Пен
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: levchenko167@inbox.ru
Проведена разработка и оптимизация рецептур эластомерных композиций на основе комбинации эпихлоргидринового и бутадиен-нитрильной каучуков для изготовления промежуточного слоя топливных шлангов
Ключевые слова: эластомерные композиции, топливные шланги, адгезия, резиновая крошка
OPTIMIZATION OF THE COMPOSITION OF ELASTOMER COMPOSITIONS RESISTANT TO ACTION OF AGGRESSIVE ENVIRONMENTS
S. I. Levchenko *, V. R. Pen
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation * Е-mail: levchenko167@inbox.ru
The development and optimization of formulations of elastomeric compositions based on a combination of epichlorohydrin and butadiene-nitrile rubbers for the manufacture of an intermediate layer of fuel hoses has been carried out
Keywords: elastomer compositions, fuel hoses, adhesion, crumb rubber
Эластомерные композиционные материалы на основе комбинаций полярных каучуков широко используются для в автомобильной, авиационной, нефтеперерабатывающей промышленности. Благодаря набору уникальных свойств, таких как повышенная теплостойкость, стойкость к действию таких агрессивных сред, таких как масла, алифатические углеводороды, топлива, эти композиции нашли применение для изготовления топливных шлангов [1].
Топливные шланги представляют собой сложную многослойную конструкцию, состоящую из армирующих материалов и нескольких слоев резин. Внутренний слой состоит из резины на основе фторкаучука, промежуточный слой - из резины на основе комбинации нитрильного и эпихлоргидринового каучуков, и наружный изготавливается на основе эпихлоргидринового каучука. Такая конструкция обеспечивает высокие барьерные характеристики для агрессивных сред. Однако одним из основных и проблематичных параметров этих конструкций является прочность связи между слоями шланга [2, 3, 4, 5].
Известно, что введение в резиновую смесь для промежуточного слоя шлангов резиновой крошки из отходов фтористых резин повышает устойчивость к действию топлива, снижает себестоимость шлангов, но дает недостаточную адгезию к остальным слоям шланга [6], тем самым снижая надежность его эксплуатации.
Секция «Перспективные материалы и технологии»
С целью увеличение прочности связи между слоями, проведена разработка и оптимизация рецептуры резиновой смеси на основе комбинации эпихлоргидринового и бутадиен-нитрильной каучуков, взятых в соотношении 50:50, для промежуточного слоя топливных шлангов.
Увеличение адгезии промежуточного и внутреннего слоев шланга достигалось введением в состав смеси промежуточного слоя измельченной крошки из отходов резины на основе фтор каучуков СКФ-26ВС и СКФ-26OHM, модифицированной о,о'-бис(1,3,5-три-трет-бутил-циклогексадиен-2,5-он-4ил)-п-бензохинон - диоксимом (хиноловым эфиром), и содержащей гидроксид кальция. Крошка, фракцией 0,12-0,14 мм, получалась из отходов резины методом термомеханического сдвига и вводилась в резиновую смесь на вальцах. Были исследованы резиновые смеси с различными соотношениями модифицированной крошки, хинолового эфира и гидроксида кальция.
Определение вулканизационных характеристик, физико-механических показателей, относительной остаточной деформации при статическом сжатии, стойкости к воздействию «топлива», к термическому старению проводилось по стандартным методикам. Прочность адгезионного взаимодействия резин, используемых в различных слоях шлангов, определялась по ГОСТ 6768-75. Физико-механические показатели полученных резиновых смесей представлены в табл. 1.
Таблица 1
Свойства исследуемых резиновых смесей и резин_
Наименование показателя Норма Интервал изменения свойства
1. Вязкость по Муни ML, 100°С, усл. ед. 57-75 64,1 - 66,5
2. Подвулканизация, мин, не менее 10 10,2 - 12,3
3. Твердость, ед. Шор А, в пределах 65±5 66 - 68
4. Условная прочность при растяжении, МПа, не менее 8,5 9,8 - 11,2
5. Относительное удлинение при разрыве, %, не менее 200 240 - 210
6. Сопротивление раздиру, кгс/см, не менее 35 49 - 40
7. Температурный предел хрупкости, °С, не выше -34 выдерживают -34°С
8. Относительная остаточная деформация при 25% статической 50 46 - 44
деформации сжатия, 24 ч при температуре 125°С, %, не более
9.Стойкость к воздействию «топлива» в течение 72 ч при 23°С:
-изменение твердости, ед. Шор А, в пределах -20 +20 от -17 до -18
- изменение условной прочности при растяжении, %, не более -50 от -26 до -29
- изменение относительного удлинения при разрыве, %, не более -70 от -12 до -16
- изменение объема, %, в пределах -10 +15 от +6 до +11
10. Стойкость к термическому старению на воздухе в течение 72 ч при 125°С:
- изменение твердости, ед. Шор А, в пределах 0+15 от +14 до +12
- изменение условной прочности при растяжении, %, в пределах ±30 от +22 до +26
- изменение относительного удлинения при разрыве, %, не более -70 от -64 до -60
11. Прочность связи внутреннего слоя с промежуточным слоем, кгс/см, не менее 1,42 3,49 - 3,70
12. Прочность связи внешнего слоя с промежуточным слоем, кгс/см, не менее 1,42 3,10 - 3,25
Поскольку используемые в настоящей работе полимерные материалы и другие компоненты содержат в своем составе реакционноспособные функциональные группы, были основания предполагать возможность протекания химических превращений в процессе получения композиций, что вполне соответствует литературным данным [7, 8] .
Предполагалась, что в процессе вулканизации в результате разложения хинолового эфира происходит образование фрагментов, содержащих активные нитрозогруппы, которые вступают в реакцию с макромолекулами. Формируется пространственная структура макромолекул, связанных между собой поперечными связями, что приводит к увеличению адгезионного взаимодействия между слоями. Появление в композиции структуры с нитрозо - функциональными группами, имеющими высокую химическую активность, способствует образованию на границе раздела фаз поверхностного слоя крошки и каучуковой матрицы молекулярных связей, прежде всего, наиболее энергетически прочных связей химической природы. Образование дополнительных химических связей влечет за собой увеличение плотности упаковки полимерных цепей, повышение прочности связи между слоями. Наличие гидроокиси кальция в крошке и в составе фтористой резины, также увеличивает адгезию, а в сочетании с хиноловым эфиром придает дополнительный синергический эффект.
Анализ полученных результатов показал эффективность применения резиновой крошки из отходов резин на основе фторкаучуков, модифицированной хиноловым эфиром, и гидроксида кальция, в промежуточном слое топливных шлангов. Определены пределы оптимальных соотношений крошки, хинолового эфира и гидроокиси кальция в резиновых смесях. При этом физико-механические и технологические характеристики резиновой смеси на основе эпихлоргидринового и нитрильного каучуков соответствуют норме, наблюдается существенное увеличение прочности связи между слоями топливных шлангов, что способствует повышению сроков службы и надежности и их эксплуатации.
Библиографические ссылки
1. Дик Дж. С. Технология резины: рецептуростроение и испытание. СПб. : Изд-во Нот, 2010. 620 с.
2. Резиновые смеси для шлангов с пониженной топливопроницаемостью / В. М. Шишлянников, Корчагин П. А., Танков Д. Ю. и др. // Сборник докладов 11-й Всероссийской научно-практической конференции. М. : НИИШП, 2005. С.157-159.
3. Увеличение адгезии между слоями топливных шлангов / С. Я. Пичхидзе, Панова Л. Г., Адов М. В. и др. // Сборник докладов ХХ симпозиума "Проблемы шин и резинокордных композитов". М. : ООО НТЦ НИИШП, 2009. С. 249-253.
4. Нудельман З. Н. Фторкаучуки: основы, переработка, применение. М. : ООО ПИФ РИАС, 2007, 364 с.
5. Резиновая смесь на основе каучука СКФ-264 для внутренней камеры шлангов пониженной топливопроницаемости / Н. Г. Морозова, Мартюшов Г. Г., Кочеткова Г. В. и др. // Сборник докладов 12-й Всероссийской научно-практической конференции. М. : НИИШП, 2005. С. 157-159.
6. Применение крошки из отходов фтористых резин в составе топливных шлангов / В. М. Шишлянников, Краснов П. Л., Мартынова Н. С. и др. // Сборник докладов 12-й международной научно-практической конференции. М. : НИИШП, 2006. С. 186-189 .
7. Чалых, А. Е., Щербина А. А. Переходные зоны в адгезионных соединениях / А. Е. Чалых, А. А. Щербина // Клеи. Герметики. Технологии. 2005. № 8. С. 6-12.
8. Левченко С. И. Вулканизация каучуков общего и специального назначения хиноловыми эфирами / С. И. Левченко, Брыляков В. М., Черенюк И. П. и др. // Каучук и резина. 1981. № 12. С. 32-35.
© Левченко С. И., Пен В. Р., 2022
