CC BY
37
ным и технологическим свойствам таких материалов [5-7].
На данный момент набирают обороты акриловые технологические добавки, самыми распространенными из которых являются сополимеры акрилонитрил-бутадиен-стирола (АБС) [8]. АБС характеризуется широким многообразием состава, молекулярной структуры, методов производства и переработки [9-11]. Как правило, он состоит из двух фаз: бутадиенового каучука и стирол-акрилонитрильного пластика (САН). Фаза бутадиена представляется как равномерно распределенное ядро в жесткой САН матрице [12, 13]. Вследствие сочетания прочностных свойств и морозостойкости бутадиена, а также жесткости и термостабильности САН матрицы, АБС широко используется как модификатор физико-механических и тепло-физических свойств ПВХ. При этом ПВХ больше взаимодействует с САН, чем с бутадиеном. Из этого следует, что взаимодействие между САН и ПВХ является определяющей при создании смесей ПВХ/АБС [14-17].
Для придания особых свойств и снижения стоимости конечного изделия из-за уменьшения расхода полимера в композиции на основе ПВХ вводят волокнистые наполнители. Большинство исследований направлено на совмещении ПВХ со стекловолокном, хотя есть отличная альтернатива в виде базальтовых волокнистых наполнителей. Область применения базальтовых волокон близка к стеклянным [18, 19]. Базальтовое волокно увеличивает площадь контакта с полимерной матрицей, которая связывает между собой волокна, также позволяет повысить термостойкость и прочность в более широком диапазоне отрицательных и положительных температур [20].
В композициях, состоящих из смесей разных по природе полимеров, наполнитель может влиять на формирование межфазных слоев неоднозначно, что должно отразиться на формирование структуры в процессе переработки. В связи с этим, целью работы явилось исследование особенностей создания полимерных смесей на основе ПВХ и АБС в присутствии коротковолокнистого наполнителя -базальтовой фибры.
Материалы и методы
В исследованиях был использован суспензионный ПВХ марки С-6359-М по ГОСТ 1433278, комплексный стабилизатор - двухосновный стеарат свинца (ДОСС), стабилизатор-смазка -стеарат кальция (Ст. Са) по ТУ 6-09-4104-87.
В качестве модификатора ударной прочности и перерабатываемости был выбран
АБС-20П (АО «Пластик», Россия), который имеет температуру размягчения порядка 100 оС и показатель текучести расплава при 220 оС и 10 кгс не менее 5-12 г./10 мин.
Состав ненаполненных экспериментальных композиций представлен в таблице 1.
Таблица 1.
Состав ненаполненных экспериментальных композиций
Table 1.
Composition of unfilled experimental compositions
В качестве наполнителя использовалась коротковолокнистая модифицированная базальтовая фибра компании CEMMIX (ТУ 20.59.59001-90557835-2017), замасленная водорастворимым щелочестойким К-В42. Сред-ний диаметр волокна 8-10 мкм, средняя длина -100-500 мкм. В рецептуры таблицы 1 вводи-лось 7 мас.ч. базальтовой фибры на 100 мас.ч. ПВХ..
Предварительное перемешивание ненаполненных и наполненных порошкообразных компонентов осуществлялось на лабораторном смесителе ЛДУ-3 МПР с пропеллерной насадкой в течение 4 мин при 700 об/мин.
На лабораторном экструдере LabTech Scientific LTE 16-40 были получены плоские профили размером 2^22 мм или более (в зависимости от коэффициента разбухания расплава) и длиной 20-25 см. Температурный режим регулировался по десяти зонам цилиндра со скоростью вращения шнеков 16, 20 и 25 об/мин, оптимальная загрузка двигателя составляла 30-50 % от максимальной.
Пленочные образцы готовились на лабораторных вальцах ЛБ 200 100/100 Э при температуре валков 160-170 °С для жёстких образцов в течение 3-4 мин. Каждая серия образцов готовилась одновременно при одинаковом температурном режиме при одной и той же толщине зазора между валками ~ 0,010-0,020 см.
Показатель текучести расплава (ПТР) определялся на пластометре Франка по ГОСТ 11645-73. Заранее подготовленные пленочные образцы массой 3 г были нагреты до 185 °С и нагружены 21,6 кг. Значение ПТР определялось по массе шести образцов, вышедших из капилляра диаметром 2 мм и достигнувших стабильного течения.
Компонент Component Концентрация, мас. ч. Concentration, phr
ПВХ|PVC 100
ДОСС|DBLS 5
Ст. Са | St. Ca 3
АБС|ABS 10 20 30 40
Термостабильность определялась на пленочных образцах, измельченных до размеров 2^2 мм весом 2-4 г., и характеризовалась временем индукционного периода от начала погружения пробирки в термическую печь до изменения цвета индикатора в процессе выделения HCl во время дегидрохлорирования ПВХ при 180 °С по ГОСТ 14041-91.
Разбухания определялось на трех экс-трудатах по результатам замеров геометрических размеров толщиномером и штангенциркулем, значения которых сравнивались с размерами отверстия фильеры.
Термомеханический анализ осуществлялся на приборе, работающего по принципу постоянного нагружения в условиях сжатия при нагрузке 1 Н и постоянной скорости нагревания 3 °С/мин до 220 °С на образцах диаметром 8 ± 0,5 мм и толщиной 3 ± 0,1 мм.
Электронные микрофотографии получены на автоэмиссионном высокоразрешающем сканирующем электронном микроскопе Merlin
компании CarlZeiss при ускоряющем напряжении первичных электронов 5 кВ и зондовом токе 300 пА для минимального воздействия на объект исследования. Образцы помещались в жидкий азот, после чего производился скол. Сколы выполнены по направлению оси экструдиро-вания. Сколы образцов фиксировались на держателе и помещались в камеру вакуумной установки Quorum Q 150TES. Нанесение проводящего слоя проводилось методом катодного распыления сплавом Au/Pd в соотношении 80/20. Толщина нанесенного слоя составила 15 нм. С использованием энергодисперсионного анализа был исследован элементный состав образцов на различных участках композита с фиксацией азота, как реперного элемента в составе АБС, и хлора - в составе ПВХ.
Результаты и обсуждения
На рисунке 1 представлены изменения основных технологических показателей исследуемых образцов от концентрации АБС в системе.
Рисунок 1. Технологические показатели образцов в зависимости от концентрации АБС: ▲ - ненаполненные рецептуры; ♦ - наполненные базальтовой фиброй рецептуры
Figure 1. Technological indicators of samples depending on ABS concentration: ▲ - unfilled formulations; ♦ - formulations filled with basalt fiber
Из анализа кривых следует, что:
• как в ненаполненных, так и в наполненных композициях, в концентрационном диапазоне АБС от 10 до 40 мас. технологические показатели (ПТР, термостабильность) увеличиваются. Это может быть с пластифицирующим действием оболочки САН в составе АБС, которая влияет на повышение текучести расплава и термостабильности;
• введение базальтовой фибры в сравнении с ненаполненными ПВХ композициями способствует незначительному снижению ПТР и термостабильности, значения показателей находятся на уровне требования для жестких ПВХ композиций.
• в присутствии волокнистого наполнителя снижается показатель разбухания экструдата на 10-15 %, что дает возможность при производстве придавать изделиям точные геометрические размеры.
На рисунке 2 показаны термомеханические кривые ПВХ образцов в зависимости от концентрации АБС. При увеличении концентрации АБС в ненаполненных и наполненных композициях температура стеклования растет, а температура текучести уменьшается. Однако влияние базальтовой фибры способствует снижению обоих показателей, что приводит к большей подвижности сегментов макромолекул при значительно меньших температурах.
Рисунок 2. Термомеханические кривые ПВХ образцов при концентрациях АБС (а) - 10; (б) - 20; (в) - 30; (г) - 40 мас. ч.: ■ - ненаполненные рецептуры; ■ - наполненные базальтовой фиброй рецептуры
Figure 2. Thermomechanical curves of PVC samples at ABS concentrations (a) - 10; (b) - 20; (c) - 30; (d) - 40 phr: ■ - unfilled formulations; ■ - formulations filled with basalt fiber
Данные обработки термомеханических кривых представлены в таблице 2. В ненаполнен-ных композициях при увеличении концентрации АБС растет величина высокоэластической деформации, сопровождающаяся снижением плотности узлов физической сетки зацеплений. Наполнение базальтовой фиброй позволяет
снизить величину высокоэластической деформации, при этом наблюдается повышение плотности узлов физической сетки зацепления относительно ненаполненных композиций. Более высокая плотность узлов сетки коррелирует с некоторым снижением ПТР (рисунок 1).
Данные обработки термомеханических кривых Processing data of thermomechanical curves
Таблица 2.
Table 2.
Концентрация АБС, мас. ч. ABS concentration, phr Высокоэластическая деформация, %, в композициях High elastic strain, %, in compositions Эффективная плотность узлов физической сетки зацепления, моль/г, в композициях Effective density of physical meshing grid units, mol/g, in compositions
ненаполненных unfilled наполненных базальтовой фиброй filled with basalt fiber ненаполненных unfilled наполненных базальтовой фиброй filled with basalt fiber
10 23 21 6,5х10-6 6,8x10"°
20 32 23 4,6 х10-6 6,6 x10"6
30 34 24 4,5х10-6 6,5x10"°
40 38 30 3,9х10-6 5,3x10"6
Поскольку увеличение концентрации АБС как в ненаполненных, так и наполненных композициях, приводит к более интенсивным высокоэластическим деформациям, были рассмотрены структурные особенности смеси
в дисперсионной среде ПВХ с помощью путем анализа энергодисперсионных спектров по данным таблицы 3. В качестве химического элемента для ПВХ было рассмотрено атомное содержание хлора, а для АБС - азота.
Таблица 3.
Содержание атомов хлора и азота в элементах структуры
Table 3.
The content of chlorine and nitrogen atoms in the structure elements
Концентрация АБС, мас. ч. ABS concentration, phr Содержание хлора/азота (%) в дисперсионной среде смеси Chlorine/nitrogen content (%) in the dispersion medium of the mixture
ненаполненных unfilled наполненных базальтовой фиброй filled with basalt fiber
10 19,3 / 0 25,7 / 0
20 20,2 / 0 20,3 / 2,5
30 15,3 / 0 17,0 / 3,8
40 25,5 / 2,3 26,6 / 3,1
Элементный состав структуры показал, что в ненаполненных композициях азот, находящийся в структуре оболочки АБС - акрило-нитрила, проявляется только при максимальной концентрации - 40 мас. ч., а наполнение базальтовой фиброй приводит к более раннему формированию однородной структуры уже при концентрациях 20-40 мас. ч. АБС.
Заключение
Таким образом, наполнение смесей ПВХ/АБС коротковолокнистой модифицированной базальтовой фиброй изменяет условия взаимодействия на межфазной границе ПВХ/АБС в зависимости от концентрационного соотношения компонентов.
Наполнение базальтовой фиброй позволяет расширить область эксплуатации изделий при более высоких температурах за счет большей
теплостойкости. Одновременное снижение вязкости расплавов (снижение температуры текучести) позволит проводить экструзионную переработку при более низких температурах. Впервые по анализу содержания реперных элементов компонентов полимерной смеси установлено, что присутствие базальтовой фибры способствует формированию двухком-понентной матрицы дисперсионной среды, тогда как в ненаполненных смесях ПВХ/АБС полимер выделяется в дисперсную фазу и только при концентрации 40 мас. ч. АБС на 100 мас. ч. ПВХ часть АБС входит в состав дисперсионной среды. В связи с этим, дальнейшие исследования будут направлены на изучение смесей ПВХ/АБС с концентрацией АБС от 40 до 100 мас. ч. на 100 мас. ч. ПВХ с фиксацией инверсии фаз.
Литература
1 Бухебуз М.С., Кисель Т.Н. Направления стратегического развития строительной отрасли как основа для формирования стратегии развития строительных предприятий // Молодежный научный форум: общественные и экономические науки. 2017. Т. 45. № 5. С. 128-132.
2 Огрель Л. Полимеры и изделия: межотраслевое противоречие // Пластикс: индустрия переработки пластмасс. 2021. Т. 208. № 1-2. С. 12-16.
3 Григорович М.А. Историко-экономический аспект развития производства поливинилхлорида (ПВХ) и изделий из него // Наука и современность. 2015. Т. 5. № 3. С. 9-17. doi: 10.17117/ns.2015.03.009
4 Jie Yu, Lushi S., Chuan M., Yu Q., Hong Y. et al. Thermal degradation of PVC: A review // Waste Management. 2016. V. 48. P. 300-314. doi: 10.1016/j.wasman.2015.11.041
5 Лавров Н.А. Полимерные смеси на основе поливинилхлорида (обзор) // Пластические массы. 2020. № 3-4. С. 55-59. doi: 10.35164/0554-2901-2020-3-4-55-59
6 Khuziakhmetova K., Abdrakhmanova L., Nizamov R. Polymer Mixtures Based on Polyvinyl Chloride for the Production of Construction Materials // Lecture Notes in Civil Engineering. 2021. V. 169. P. 14-21. doi: 10.1007/978-3-030-80103-8_2
7 Абдрахманова Л.А., Хузиахметова К.Р., Низамов Р.К., Хозин В.Г. Модификаторы для жестких поливинилхлоридных композиций строительного назначения // Строительные материалы. 2020. № 12. С. 34-39. doi: 10.31659/0585-430X-2020-787-12-34-39
8 Gilbert M. Brydon's Plastics Materials 8th Edition. United Kingdom: Kindle Edition, 2017. 863 p.
9 Sabah F., En-Naji A., Wahid A., El Ghorba M. et al. Study of damage of the specimens in acrylonitrile butadiene styrene (ABS), based on a static damage study and damage by unified theory to predict the life of the material // Key Engineering Materials. 2019. V. 820. P. 40-47. doi: 10.4028/www.scientific.net/KEM.820.40
10 Hu D., Zhou Q., Zhou K. Combined effects of layered nanofillers and intumescent flame retardant on thermal and fire behavior of ABS resin // Journal of Applied Polymer Science. 2019. V. 136. P. 48220. doi: 10.1002/app.48220
11 Bano S., Ramzan N., Iqbal T., Mahmood H. et al. Study of thermal degradation behavior and kinetics of ABS/PC blend Polish // Polish Journal of Chemical Technology. 2020. V. 22. № 3. P. 64-69. doi: 10.2478/pjct-2020-0029
12 Lu G., Wu Y., Zhang Y., Wang K. et al. Surface Laser-Marking and Mechanical Properties of Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Copolymer Composites with Organically Modified Montmorillonite // ACS Omega 5. 2020. V. 30. № 5. P. 19255-19267. doi: 10.1021/acsomega.0c02803
13 Simionescu T.M., Spiridon I., Varganici C.D., Darie-Nita R.N. et al. An experimental study on mechanical and thermal behavior of acrylonitrile butadiene styrene enhanced with fire retardants II Environmental Engineering and Management Journal. 2020. V. 3019. P. 773-7S3. doi: 10.3063SIEEMJ.2020.073
14 Kurek A.P, Dotto M.E.R., de Araújo P.H.H., Sellin N. Evaluation of the etching and chrome plating on the ABS, PVC, and PVCIABS blends surface II Journal of Applied Polymer Science. 2017. V. 134. doi: 10.1002IAPP.44571
15 Li Y., Lv L., Wang W., Zhang J. et al. Effects of chlorinated polyethylene and antimony trioxide on recycled polyvinyl chlorideIacryl-butadiene-styrene blends: Flame retardancy and mechanical properties II Polymer. 2020. V. 190. doi: 10.1016IJ.polymer.2020.12219S
16 Jaidev K., Suresh S.S., Gohatre O.K., Biswal M. et al. Development of recycled blends based on cables and wires with plastic cabinets: An effective solution for value addition of hazardous waste plastics II Waste Manag Res. 2020. V. 3S. № 3. P. 312-321. doi: 10.1177I0734242X19S9091S
17 Kianfar E. (PVC I ABS) and Nanocomposite (CAU-10-H) Composite Membrane for Separation of C2H6 from CH4 II Fine Chem. Eng. 2020. V. 1. P. 59-6S. doi: 10.37256lfce.122020476
1S Перепелкин К.Е. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты. СПб: Научные основы и технологии, 2009. 380 с.
19 Pareek K., Saha P. Basalt Fiber and Its Composites: An Overview II Conference: Proceeding of National Conference on Advances in Structural Technologies (coAST-2019), 1-3 February 2019. Silchar, 2019. P. 53-62.
20 Амерханова Г.И., Кияненко Е.А., Зенитова Л.А. Базальтовое волокно - наполнитель полиуретанов II Вестник технологического университета. 2020. Т. 23. № S. С. 24-29.
References
1 Buhebuz M.S., Kisel' T.N. Directions of strategic development of the construction industry as a basis for the formation of the development strategy of construction enterprises. Youth Scientific Forum: Social and Economic Sciences. 2017. vol. 45. no. 5. pp. 12S-132. (in Russian).
2 Ogrel' L. Polymers and products: interindustry contradiction. Plastiks: the plastics processing industry. 2021. vol. 20S. no. 1-2. pp.12-16. (in Russian).
3 Grigorovich M.A. Historical and economic aspect of the development of polyvinyl chloride (PVC) and PVC products. Science and Modernity. 2015. vol. 5. no. 3. pp. 9-17. doi: 10.17117lns.2015.03.009 (in Russian).
4 Jie Yu, Lushi S., Chuan M., Yu Q., Hong Y. and et al. Thermal degradation of PVC: A review. Waste Management. 2016. vol. 4S. pp. 300-314. doi: 10.1016IJ.wasman.2015.11.041
5 Lavrov N.A., Beluhichev E.V. Polymer blends based on polyvinyl chloride (review). Plastic masses. 2020. no. 3-4. pp. 55-59. doi: 10.35164I0554-2901-2020-3-4-55-59 (in Russian).
6 Khuziakhmetova K., Abdrakhmanova L., Nizamov R. Polymer Mixtures Based on Polyvinyl Chloride for the Production of Construction Materials. Lecture Notes in Civil Engineering. 2021. vol. 169. pp. 14-21. doi: 10.1007I97S-3-030-S0103-S_2
7 Abdrahmanova L.A., Huziahmetova K.R., Nizamov R.K., Hozin V.G. Modifiers for rigid polyvinyl chloride compositions for building purposes. Building Materials. 2020. no. 12. pp. 34-39. doi: 10.31659I05S5-430X-2020-7S7-12-34-39 (in Russian).
S Gilbert M. Brydon's Plastics Materials Sth Edition. United Kingdom, Kindle Edition, 2017. S63 p.
9 Sabah F., En-NaJi A., Wahid A., El Ghorba M. et al. Study of damage of the specimens in acrylonitrile butadiene styrene (ABS), based on a static damage study and damage by unified theory to predict the life of the material. Key Engineering Materials. 2019. vol. S20. pp. 40-47. doi: 10.402SIwww.scientific.netIKEM.S20.40
10 Hu D., Zhou Q., Zhou K. Combined effects of layered nanofillers and intumescent flame retardant on thermal and fire behavior of ABS resin. Journal of Applied Polymer Science. 2019. vol. 136. pp. 4S220. doi: 10.1002Iapp.4S220
11 Bano S., Ramzan N., Iqbal T., Mahmood H. and et al. Study of thermal degradation behavior and kinetics of ABSIPC blend Polish. Polish Journal of Chemical Technology. 2020. vol. 22. no. 3. pp. 64-69. doi: 10.247SIpJct-2020-0029
12 Lu G., Wu Y., Zhang Y., Wang K. et al. Surface Laser-Marking and Mechanical Properties of Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Copolymer Composites with Organically Modified Montmorillonite. ACS Omega 5. 2020. vol. 30. no. 5. pp. 19255-19267. doi: 10.1021Iacsomega.0c02S03
13 Simionescu T.M., Spiridon I., Varganici C.D., Darie-Nita R.N. et al. An experimental study on mechanical and thermal behavior of acrylonitrile butadiene styrene enhanced with fire retardants. Environmental Engineering and Management Journal. 2020. vol. 3019. pp. 773-7S3. doi: 10.3063SIEEMJ.2020.073
14 Kurek A.P, Dotto M.E.R., de Araújo P.H.H., Sellin N. Evaluation of the etching and chrome plating on the ABS, PVC, and PVCIABS blends surface. Journal of Applied Polymer Science. 2017. vol. 134. doi: 10.1002IAPP.44571
15 Li Y., Lv L., Wang W., Zhang J. et al. Effects of chlorinated polyethylene and antimony trioxide on recycled polyvinyl chloridelacryl-butadiene-styrene blends: Flame retardancy and mechanical properties. Polymer. 2020. vol. 190. doi: 10.1016IJ.polymer.2020.12219S
16 Jaidev K., Suresh S.S., Gohatre O.K., Biswal M. et al. Development of recycled blends based on cables and wires with plastic cabinets: An effective solution for value addition of hazardous waste plastics. Waste Manag Res. 2020. vol. 3S. no. 3. pp. 312-321. doi: 10.1177I0734242X19S9091S
17 Kianfar E. (PVC I ABS) and Nanocomposite (CAU-10-H) Composite Membrane for Separation of C2H6 from CH4. Fine Chem. Eng. 2020. vol. 1. pp. 59-6S. doi: 10.37256lfce.122020476
1S Perepelkin K.E. Reinforcing fibers and fiber polymer composites. SPb, Scientific foundations and technologies, 2009. 3S0 p. (in Russian).
19 Pareek K., Saha P. Basalt Fiber and Its Composites: An Overview. Conference: Proceeding of National Conference on Advances in Structural Technologies (coAST-2019), 1-3 February 2019. Silchar, 2019. pp. 53-62.
20 Amerhanova G.I., Kiyanenko E.A., Zenitova L.A. Basalt fiber - polyurethane filler. Bulletin of technological university. 2020. vol. 23. no. S. pp. 24-29. (in Russian).
Сведения об авторах Карина Р. Хузиахметова аспирант, кафедра технологии строительных материалов, изделий и конструкций, Казанский государственный архитектурно-строительный университет, ул. Зеленая, 1, г. Казань, 420043, Россия, кагта261996(й!пш1.т
https://orcid.org/0000-0001-5313-3147 Анвар М. Исламов к.т.н., младший научный сотрудник, кафедра технологии строительных материалов, изделий и конструкций, Казанский государственный архитектурно-строительный университет, ул. Зеленая, 1, г. Казань, 420043, Россия, ¿ат16(й)уагк1ех.ги
https://orcid.org/0000-0002-8552-5855 Ляйля А. Абдрахманова д.т.н., профессор, кафедра технологии строительных материалов, изделий и конструкций, Казанский государственный архитектурно-строительный университет, ул. Зеленая, 1, г. Казань, 420043, Россия, 1аа(й^а8и.га
https://orcid.org/0000-0003-3905-5730 Рашит К. Низамов д.т.н., профессор, кафедра технологии строительных материалов, изделий и конструкций, Казанский государственный архитектурно-строительный университет, ул. Зеленая, 1, г. Казань, 420043, Россия, тгатоуЩ^ази.т https://orcid.org/0000-0002-8552-5855
Вклад авторов
Все авторы в равной степени принимали участие в написании рукописи и несут ответственность за плагиат
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Information about authors Karina R. Khuziakhmetova postgraduate student, technology of building materials, products and constructions department, Kazan State University of Architecture and Engineering, Zelenaya Str., 1, Kazan 420043, Russia, karina261996iS>mail.ra
https://orcid.org/0000-0001-5313-3147 Anvar M. Islamov Cand. Sci. (Engin.), junior researcher, technology of building materials, products and constructions department, Kazan State University of Architecture and Engineering, Zelenaya Str., 1, Kazan 420043, Russia, iaml 6(S)yandex.ru
https://orcid.org/0000-0002-8552-5855 Lyailya A. Abdrakhmanova Dr. Sci. (Engin.), professor, technology of building materials, products and constructions department, Kazan State University of Architecture and Engineering, Zelenaya Str., 1, Kazan 420043, Russia, laa(S)kgasu.ru
https://orcid.org/0000-0003-3905-5730 Rashit K. Nizamov Dr. Sci. (Engin.), professor, technology of building materials, products and constructions department, Kazan State University of Architecture and Engineering, Zelenaya Str., 1, Kazan 420043, Russia, nizamov(S)kgasu.ru https://orcid.org/0000-0002-8552-5855
Contribution
All authors are equally involved in the writing of the manuscript and are responsible for plagiarism
Conflict of interest
The authors declare no conflict of interest.
Поступила 13/01/2022_После редакции 08/02/2022_Принята в печать 01/03/2022
Received 13/01/2022_Accepted in revised 08/02/2022_Accepted 01/03/2022
ВестникФТУИШ/Proceedings of VSUET DOI: http://doi.org/1Q.2Q914/231Q-12Q2-2Q22-1-259-264
ISSN 2226-91QX E-ISSN 231Q-12Q2 Оригинальная статья/Research article_
УДК 678.4
Open Access Available online at vestnik-vsuet.ru
Разработка оптимальных условий получения бутадиен-нитрильных каучуков с повышенной морозостойкостью
Валерий Н. Папков Александр Н. Юрьев Александр М. Скачков Денис А. Роднянский Нина И. Щелушкина
vfniisk@mail.ru
vfniisk@mail.ru
tankkv-2@mail.ru
denislqqb@yandex.ru
vfniisk@mail.ru
0000-0001-9804-9846 0000-0002-7884-1331 0000-0001-6827-6933 0000-0002-5418-1682 0000-0002-0679-9760
1 Воронежский филиал научно-исследовательского института синтетического каучука им. акад. С.В. Лебедева, ул. Менделеева, 3б, г. Воронеж, 394014, Россия
Аннотация. В настоящее время предъявляются высокие требования к готовым резинотехническим изделиям, в частности, к изделиям, которые эксплуатируются в условиях Крайнего Севера. Целью данной работы является определение оптимальных условий получения бутадиен-нитрильных каучуков, обеспечивающих повышение морозостойкости материалов на их основе при сохранении высокого уровня физико-механических и эксплуатационных свойств. В работе приведены рецепты полимеризации и условия синтеза. Было установлено, что дробное введение нитрила акриловой кислоты и регулятора молекулярной массы обеспечивают оптимальные условия получения синтетического каучука с требуемыми характеристиками. Результаты испытаний опытных образцов на химический состав и физико-механические свойства соответствуют нормам ТУ на каучуки марки СКН-СНТ. Наиболее перспективными для создания морозомаслобензостойких изделий являются каучуки и вулканизаты СКН 20СНТ. Физико-механические испытания показали, что вулканизат образца СКН 15СНТ, полученного при оптимальных условиях синтеза, имеет прочность при растяжении 22,7 МПа, относительное удлинение при разрыве 485% и коэффициент морозостойкости 0,84. Было также установлено, что вулканизат образца СКН 20СНТ, полученного при оптимальных условиях синтеза, имеет прочность при растяжении 24,0 МПа, относительное удлинение при разрыве 478%, коэффициент морозостойкости 0,61. Повышение маслобензостойкости морозостойких каучуков и вулканизатов СКН 15СНТ может быть реализовано за счёт регулируемого сшивания полимерных цепей каучука на стадии полимеризации. Продолжением данной работы станут расширенные испытания опытных образцов СКН 15СНТ и СКН 20СНТ с целью определения таких показателей, как температура стеклования, средняя молекулярная масса, молекулярно-массовое
распределение, степень полидисперсности, содержание геля, композиционная однородность и др._
Ключевые слова: бутадиен-нитрильный каучук, синтез, вулканизат, физико-механические свойства, каучук
The development of optimal conditions for the synthesis of the nitrile-butadiene rubbers with enhanced frost resistance
Valery N. Papkov 1 Alexandr N. Yuriev 1 AlexandrM. Skachkov 1 Denis A. Rodnyansky 1 Nina I. Schelushkina 1
vfniisk@mail.ru vfniisk@mail.ru tankkv-2@mail.ru denislqqb@yandex.ru vfniisk@mail.ru
0000-0001-9804-9846 0000-0002-7884-1331 0000-0001-6827-6933 0000-0002-5418-1682 0000-0002-0679-9760
1 Voronezh Department of S.V. Lebedev Research Institute of Synthetic Rubber, Mendeleeva St., 3b, Voronezh, 394014, Russia Abstract. Currently, there are high requirements for finished rubber products, in particular, for products that are operated in the Far North. The purpose of this work is to determine the optimal conditions for the production of nitrile butadiene rubbers, which provide an increase in the frost resistance of materials based on them while maintaining a high level of physical, mechanical and operational properties. The paper presents polymerization recipes and synthesis conditions. It was found that the fractional addition of acrylic acid nitrile and molecular weight regulator provide optimal conditions for obtaining synthetic rubber with the desired characteristics. The results of testing prototypes for chemical composition and physical and mechanical properties comply with the technical specifications for rubbers of the SKN-SNT brand. Rubbers and vulcanizates SKN 20SNT are the most promising for the creation of frost-oil-resistant products. Physical and mechanical tests have shown that the vulcanizate of the SKN 15SNT sample obtained under optimal synthesis conditions has a tensile strength of 22.7 MPa, an elongation at break of 485%, and a frost resistance coefficient of 0.84. It was also found that the vulcanizate of the SKN 20SNT sample, obtained under optimal synthesis conditions, has a tensile strength of 24.0 MPa, an elongation at break of 478%, and a frost resistance coefficient of 0.61. An increase in the oil and petrol resistance of frost-resistant rubbers and SKN 15SNT vulcanizates can be realized by controlled crosslinking of rubber polymer chains at the polymerization stage. The continuation of this work will be extended tests of prototypes SKN 15SNT and SKN 20SNT in order to determine such indicators as glass transition temperature, average molecular weight, molecular weight distribution, degree
of polydispersity, gel content, compositional uniformity, etc._
Keywords: butadiene-nitrile rubber, synthesis, vulcanizate, physical and mechanical properties, rubber
Для цитирования Папков В.Н., Юрьев А.Н., Скачков А.М., Роднянский Д.А., Щелушкина Н.И. Разработка оптимальных условий получения бутадиен-нитрильных каучуков с повышенной морозостойкостью // Вестник ВГУИТ. 2022. Т. 84. № 1. С. 259-264. doi:10.20914/2310-1202-2022-1-259-264
For citation
Papkov V.N., Yuriev A.N., Skachkov A.M., Rodnyansky D.A., Schelushkina N.I. The development of optimal conditions for the synthesis of the nitrile-butadiene rubbers with enhanced frost resistance. Vestnik VGUIT [Proceedings of VSUET]. 2022. vol. 84. no. 1. pp. 259-264. (in Russian). doi:10.20914/2310-1202-2022-1-259-264_
© 2Q22, Папков В.Н. и др. / Papkov V.N. et al.
This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License
