Научная статья на тему 'Разработка стойких к авиационным синтетическим маслам резин на основе смесей нитрильных и диеновых каучуков'

Разработка стойких к авиационным синтетическим маслам резин на основе смесей нитрильных и диеновых каучуков Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
1132
217
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
БУТАДИЕН-НИТРИЛЬНЫЙ КАУЧУК / ИЗОПРЕНОВЫЙ КАУЧУК / БУТАДИЕНОВЫЙ КАУЧУК / СИНТЕТИЧЕСКОЕ МАСЛО / СМЕСЬ КАУЧУКОВ / МОРОЗОСТОЙКОСТЬ / ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ / ОСТАТОЧНАЯ ДЕФОРМАЦИЯ СЖАТИЯ / ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА / АГРЕССИВОСТОЙКОСТЬ

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Мухин Василий Васильевич, Петрова Наталия Николаевна, Капитонов Егор Анатольевич, Афанасьев Анатолий Владимирович

Существует необходимость разработки эластомерных материалов уплотнительного назначения, которые бы включали в себя такие свойства, как морозостойкость и агрессивостойкость в рабочих средах при сохранении физико-механических характеристик и износостойкости. В частности, требуются низкие значения остаточной деформации при низких степенях набухания в рабочих средах, одновременно с условной прочностью от 7 МПа и температурой стеклования ниже -50 °C. Использование резин из одного каучука не всегда позволяет достигать подобного сочетания свойств. Одним из методов решения данной проблемы является использование смесей каучуков. Большинство каучуков являются термодинамически несовместимыми друг с другом. Статья рассматривает пути поиска наилучшего способа смешения нитрильных (бутадиен-нитрильные каучуки БНКС-18, БНКС-26) и диеновых каучуков (бутадиеновый каучук СКД-2, изопреновый каучук СКИ-3), когда достигается хорошее диспергирование полимерных компонентов и сочетаются следующие показатели: физико-механические свойства, стойкость к воздействию агрессивных сред и морозостойкость. Для этого были исследованы резиновые смеси, полученные с использованием разных последовательностей и способов смешения каучуков. Смешение проводили на вальцах и на пластикордере «Брабендер». Из исследованных резин выбрали одну, которая сочетала свойства, необходимые для создания из нее деталей уплотнительного назначения (смесь 5). Для выбранной резины оценивали стойкость в синтетических маслах, которые применяются в авиации (Б-3В, ВНИИНП-50-1-4-ф). Для оценки стойкости в минеральных маслах было выбрано гидравлическое масло марки ВМГЗ. Смесь 5 не уступает по характеристикам промышленной резине марки В-14 на основе бутадиен-нитрильного каучука БНКС-18. Данная резина имеет сопоставимое значение условной прочности (10 МПа) и высокую эластичность (относительное удлинение при разрыве составляет 428 %), также обладает остаточной деформацией сжатия на 8 % ниже, чем у В-14 и повышенной износостойкостью (объемный износ ниже в 1,9 раз). Имеет превосходящий показатель морозостойкости при температуре стеклования Тс=-57,5 °C, что ниже на 12,2 °C у резины В-14.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Мухин Василий Васильевич, Петрова Наталия Николаевна, Капитонов Егор Анатольевич, Афанасьев Анатолий Владимирович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

There is a need for development of frost resistant and operating environment resistant elastomeric materials which also keep other performance properties such as physical and mechanical properties and wear resistance. In particular: low degrees of compression set with low swelling degree in operating environment with tensile strength >7 MPa and low glass transition temperature <-50 °С. It is not always possible to achieve such combination of properties with one rubber in blend. One of the methods of solving such problem is a using of mixture of rubbers, while most of the rubbers form thermodynamically immiscible blends. In this article we consider the best ways of searching of optimal mixing method of nitrile (nitrile rubber BNKS-18, BNKS-26) and diene (butadiene rubber SKD-2, isoprene rubber SKI-3) rubbers when the best dispersion of polymer components is achieved with best combination of physical and mechanical properties with frost and aggressive environment resistance. We created and investigated rubber blends with different sequences and methods of mixing rubbers by means of rolls and “Brabender” plasticorder. Then we chose a blend that combined properties suitable for the making of sealing parts (mix #5). Then we evaluated for the selected blend’s rubber resistance to aircraft synthetic oils (B-3V, VNIINP-1-4-50-F) and resistance to mineral hydraulic oil VMGZ. The rubber properties was not inferior to industrial brand rubber (V-14) to physical and mechanical properties and compression set (8% lower) with superior wear (volumetric wear is 1,9 times lower) and frost resistance (glass transition temperature Тс=-57,5 °С which is 12,2°С lower).

Текст научной работы на тему «Разработка стойких к авиационным синтетическим маслам резин на основе смесей нитрильных и диеновых каучуков»

УДК 667.621.64

В. В. Мухин, Н. Н. Петрова, Е. А. Капитонов, А. В. Афанасьев

РАЗРАБОТКА СТОЙКИХ К АВИАЦИОННЫМ СИНТЕТИЧЕСКИМ МАСЛАМ РЕЗИН НА ОСНОВЕ СМЕСЕЙ НИТРИЛЬНЫХ И ДИЕНОВЫХ КАУЧУКОВ

Существует необходимость разработки эластомерных материалов уплотнительного назначения, которые бы включали в себя такие свойства, как морозостойкость и агрессивостойкость в рабочих средах при сохранении физико-механических характеристик и износостойкости. В частности, требуются низкие значения остаточной деформации при низких степенях набухания в рабочих средах, одновременно с условной прочностью от 7 МПа и температурой стеклования ниже -50 °C. Использование резин из одного каучука не всегда позволяет достигать подобного сочетания свойств. Одним из методов решения данной проблемы является использование смесей каучуков. Большинство каучуков являются термодинамически несовместимыми друг с другом. Статья рассматривает пути поиска наилучшего способа смешения нитрильных (бутадиен-нитрильные каучуки БНКС-18, БНКС-26) и диеновых каучуков (бутадиеновый каучук СКД-2, изопреновый каучук СКИ-3), когда достигается хорошее диспергирование полимерных компонентов и сочетаются следующие показатели: физико-механические свойства, стойкость к воздействию агрессивных сред и морозостойкость. Для этого были исследованы резиновые смеси, полученные с использованием разных последовательностей и способов смешения каучуков. Смешение проводили на вальцах и на пластикордере «Брабендер». Из исследованных резин выбрали одну, которая сочетала свойства, необходимые для создания из нее деталей уплотнительного назначения (смесь 5). Для выбранной резины оценивали стойкость в синтетических маслах, которые применяются в авиации (Б-3В, ВНИИНП-50-1-4-ф). Для оценки стойкости в минеральных маслах было выбрано гидравлическое масло марки ВМГЗ. Смесь 5 не уступает по характеристикам промышленной резине марки В-14 на основе бутадиен-нитрильного каучука БНКС-18. Данная резина имеет сопоставимое значение условной прочности (10 МПа) и высокую эластичность (относительное удлинение при разрыве составляет 428 %), также обладает остаточной деформацией сжатия на 8 % ниже, чем у В-14 и повышенной износостойкостью (объемный износ

МУХИН Василий Васильевич - аспирант кафедры высокомолекулярных соединений и органической химии ИЕН СВФУ им. М. К. Аммосова.

E-mail: [email protected]

MUKHIN Vasilii Vasil 'evich - PhD Student of Department of High Molecular Compounds and Organic Chemistry of Institute of Natural Sciences, M. K. Ammosov North-Eastern Federal University.

ПЕТРОВА Наталия Николаевна - д. х. н., доцент, зав. каф. общей, аналитической и физической химии ИЕН СВФУ им. М. К. Аммосова.

E-mail: [email protected]

PETROVA Natalia Nikolaevna - Doctor of Chemical Sciences, Department of General, Analytical and Physical Chemistry of Institute of Natural Sciences, M. K. Ammosov North-Eastern Federal University.

КАПИТОНОВ Егор Анатольевич - инженер-исследователь учебно-научно-технологической лаборатории технологии полимерных нанокомпозитов СВФУ им. М. К. Аммосова.

E-mail: [email protected]

KAPITONOVEgor Anatol'evich - Research Engineer of Educational, Scientific and Technological Laboratory «Technology of polymer nanocomposites» of Institute of Natural Sciences, M. K. Ammosov NorthEastern Federal University.

АФАНАСЬЕВ Анатолий Владимирович - студент 4 курса кафедры общей, аналитической и физической химии ИЕН СВФУ им. М. К. Аммосова.

E-mail: [email protected]

AFANAS'EV Anatolii Vladimirovich - Student of the Department of General, Analytical and Physical Chemistry of Institute of Natural Sciences, M. K. Ammosov North-Eastern Federal University.

ниже в 1,9 раз). Имеет превосходящий показатель морозостойкости при температуре стеклования Т=-57,5 °C, что ниже на 12,2 °C у резины В-14.

Ключевые слова: бутадиен-нитрильный каучук, изопреновый каучук, бутадиеновый каучук, синтетическое масло, смесь каучуков, морозостойкость, износостойкость, остаточная деформация сжатия, физико-механические свойства, агрессивостойкость.

V. V. Mukhin, N. N. Petrova, E. A. Kapitonov, A. V. Afanas'ev

Development of Aircraft Synthetic Oil Resistant Rubbers Based on Mixture of Nitrile and Diene Rubbers

There is a need for development of frost resistant and operating environment resistant elastomeric materials which also keep other performance properties such as physical and mechanical properties and wear resistance. In particular: low degrees of compression set with low swelling degree in operating environment with tensile strength >7 MPa and low glass transition temperature <-50 °С. It is not always possible to achieve such combination of properties with one rubber in blend. One of the methods of solving such problem is a using of mixture of rubbers, while most of the rubbers form thermodynamically immiscible blends. In this article we consider the best ways of searching of optimal mixing method of nitrile (nitrile rubber BNKS-18, BNKS-26) and diene (butadiene rubber SKD-2, isoprene rubber SKI-3) rubbers when the best dispersion of polymer components is achieved with best combination of physical and mechanical properties with frost and aggressive environment resistance. We created and investigated rubber blends with different sequences and methods of mixing rubbers by means of rolls and "Brabender" plasticorder. Then we chose a blend that combined properties suitable for the making of sealing parts (mix #5). Then we evaluated for the selected blend's rubber resistance to aircraft synthetic oils (B-3V, VNIINP-1-4-50-F) and resistance to mineral hydraulic oil VMGZ. The rubber properties was not inferior to industrial brand rubber (V-14) to physical and mechanical properties and compression set (8% lower) with superior wear (volumetric wear is 1,9 times lower) and frost resistance (glass transition temperature Т=-57,5 °С which is 12,2°С lower).

Keywords: nitrile rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, synthetic oil, mixture of rubbers, frost resistance, wear resistance, compression set, physical and mechanical properties, aggressive environment resistance.

Введение

Объемы производства базовых синтетических масел в РФ и за рубежом увеличиваются. Это связано с тем, что за последние десятилетия произошло ужесточение условий эксплуатации машин и оборудования и минеральные масла заменяются синтетическими аналогами.

Получение синтетических масел имеет относительно простой химизм по сравнению с минеральными базовыми маслами. К их достоинствам относят низкую летучесть, хорошую работоспособность при низких температурах. Однако такие масла очень восприимчивы к присадкам, имеются некоторые проблемы по их совместимости с эластомерами [1].

В своих новых авиационных двигателях разработчики ограничивают применение традиционных минеральных масел и товарных продуктов. Для эксплуатации современных турбореактивных двигателей в некоторых случаях требуются масла исключительно с синтетической основой [2].

Таким образом, на данный момент существует необходимость разработки эластомерных материалов, способных сохранять свои свойства и работоспособность в синтетических маслах.

Уплотнители или уплотнительные устройства - это детали машин, которые выполняют функцию разделения полостей с созданием герметичного контакта соединяемых деталей. Для изготовления уплотнителей применяют резины, так как они обладают эластичностью, способностью к обратимым деформациям, практической несжимаемостью, небольшой плотностью, большим внутренним трением, также они легко заполняют шероховатости

соединяемых деталей. При выборе эластомерной композиции для изготовления манжетных уплотнителей необходимо руководствоваться в первую очередь принципом обеспечения стойкости резинового элемента к рабочим средам [3].

Требования к материалам, из которых изготовлены уплотнители, с каждым годом ужесточаются. Рассматривая физико-механические свойства, стоит отметить, что значения условной прочности выше 10 МПа мало влияют на срок службы деталей уплотнительного назначения, так как они редко подвергаются сильным деформациям и растяжениям, однако прочность резин не должна быть ниже 7 МПа. У резин должен быть низкий показатель остаточной деформации сжатия (ОДС). Это является одним из важнейших требований к резинам уплотнительного назначения. ОДС характеризует релаксационные свойства резин. Значения ОДС должны быть строго ниже 80 %. Важным свойством резин уплотнительного назначения является морозостойкость, что также обусловлено региональными особенностями. В то же время материалы должны быть износостойкими и не претерпевать существенных изменений массы и объема в рабочих средах.

Необходимый набор свойств порой требует совмещения двух или нескольких характеристик, которые зависимы друг от друга.

Для улучшения эксплуатационных свойств полимерных материалов (износостойкость и стойкость к агрессивным средам) используют два подхода: модификация на стадии готового полимера и модификация на стадии производства полимера.

Например, готовый полимер подвергают модификации химически (для повышения термостойкости и химической стойкости) прямым фторированием [4]. Возможна также поверхностная модификация с помощью ввода в резиновую смесь на стадии производства таких компонентов, как сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) для повышения маслостойкости [5].

Одним из решений данной проблемы является использование смесей различных кау-чуков. Применение смесей эластомеров позволяет добиваться свойств физических, химических и технологических, которые недостижимы для резин на основе одного эластомера.

В большинстве случаев смеси полимеров термодинамически несовместимы и рассматриваются как дисперсная система, где один компонент распределен в другом. При введении в смеси каучуков ингредиентов структура и свойства полученных резин могут существенно меняться, что позволяет создавать материалы с необходимым уровнем свойств [6].

Получение и применение смесей каучуков - это технологическая потребность. Несовместимые смеси требуют меньших размеров частиц дисперсной фазы и межфазной адгезии, контроля распределения наполнителя между фазами и регулировки плотности сшивки каждого компонента для обеспечения однородности вулканизатов [7].

В ранее проведенных работах нитрильные каучуки совмещали, например, с хлоропре-новым каучуком и поливинилхлоридом. Были получены хорошие физико-механические свойства и агрессивостойкость. Однако авторы не определяли морозостойкость полученных резин [8].

Морозостойкость резин зависит от типа применяемых в изготовлении каучуков (полярные и неполярные). Морозостойкость резин на основе неполярных каучуков определяется главным образом скоростью кристаллизации при отрицательных температурах, морозостойкость резин из полярных каучуков - типом и содержанием полярных групп, а также их положением в структуре полимерной цепи. Ингредиенты резиновых смесей, такие как наполнители, пластификаторы, компоненты вулканизующей системы, во многом влияют на морозостойкость резин [9].

Стойкость резин к старению в жидких углеводородных средах зависит от типа каучука. Наиболее широкое распространение для работы в жидких агрессивных средах получили бута-диен-нитрильные каучуки [10]. Однако данные каучуки не считаются стойкими в диэфирных синтетических маслах [11]. Это может объясняться тем, что нитрильный каучук - полярный, в то время как синтетические диэфирные масла тоже являются полярными жидкостями.

Из этого следует, что ввод неполярных каучуков в полярные каучуки может повысить стойкость последних в синтетических маслах.

Задачей является разработка резин, стойких к воздействию синтетических масел при сохранении высокой морозостойкости, которую в данной статье мы характеризуем температурой стеклования (Т).

Объекты исследования и методы

Резиновая смесь создавалась на основе следующих каучуков:

- бутадиен-нитрильный каучук БНКС-18. Является продуктом совместной полимеризации бутадиена и нитрила акриловой кислоты (НАК), данная марка содержит 18 % масс. НАК - это каучук специального назначения, который обладает маслобензостойкостью и морозостойкостью (Тс=-46,6 °C), из него делают изделия, которые работают в агрессивных средах (неполярные растворители, вода, масла);

- бутадиен-нитрильный каучук БНКС-26. Из-за большего содержания НАК (26 % масс.) морозостойкость данной марки каучука несколько ниже (Т=-31,0 °C), чем у БНКС-18, как и показатели набухания в углеводородных средах (до 2-х раз);

- изопреновый каучук СКИ-3. Каучук общего назначения, синтетический аналог натурального каучука, химический состав СКИ-3: 97-98 % 1,4-цис-звеньев, 1,5-2 % 1,4-транс-зве-ньев и 0,5-1,0 % 3,4-звеньев, что обеспечивает высокие показатели морозостойкости (Т=-61,0 °C);

- бутадиеновый каучук СКД-2. Каучук общего назначения, продукт полимеризации бутадиена, который содержит 94-98 % 1,4-цис-звеньев, 1-5 % 1,4-транс-звеньев и 1-2 % 1,2-звеньев (Тс< -100,0 °C) [12].

Бутадиен-нитрильные каучуки в данном случае должны обуславливать стойкость к рабочим средам, в то время как изопреновый и бутадиеновый (диеновые) каучуки должны обеспечивать улучшение свойств при низких температурах.

Каучук СКИ-3 вводился для снижения скорости кристаллизации каучука СКД-2, так как последний, хотя и обладает температурой стеклования ниже -100 °C, склонен к быстрой кристаллизации, при которой теряет свои свойства уже при -25,0 °C [13]. Для обеспечения маслобензостойкости соотношение между ними было выбрано 70 частей нитрильных каучуков к 30 частям диеновых.

В состав резины вошли: наполнитель - технический углерод, пластификатор - дибутил-себацинат, активаторы и ускорители вулканизации, противостарители, сера.

Нами предварительно проводилась работа по подбору лучшего способа смешения данных каучуков. Всего было рассмотрено три метода смешения резины:

1) непосредственное смешение каучуков в пластикордере, то есть все каучуки смешивали вместе, затем туда же вводили все оставшиеся ингредиенты (смеси 1, 2, 3, 6, 7, 9, 10);

2) каучуки смешивались в маточные смеси по отдельности (попарно бутадиен-нитриль-ные и диеновые каучуки), в каждую из маточных смесей вводили необходимые ингредиенты на вальцах, потом получившиеся смеси объединяли в пластикордере (смесь 8);

3) бутадиен-нитрильные каучуки смешивались с частью технического углерода и пластификатора. Отдельно совмещали СКИ-3 и СКД-2, куда вводили оставшийся технический углерод, вулканизующие агенты, а затем приготовленную ранее композицию на основе бутадиен-нитрильных каучуков. Для другой смеси каучуки менялись - сначала диеновые, потом нитрильные (смесь 4, 5).

Смешивание производили в пластикордере Brabender W50EHT при температуре 40 °C, при числе оборотов валков 40 об/мин. Также применялись лабораторные вальцы Brabender.

Было рассмотрено 10 вариантов смешения каучуков и ингредиентов, где меняли тип оборудования, последовательность совмещения ингредиентов. Однако далее будут рассмотрены свойства трех основных резин, каждая из которых является лучшей в своей группе. Все рассмотренные резины при одинаковом составе будут различаться только технологией смешения.

Из готовой резиновой смеси формовали образцы и вулканизировали при температуре 150 °C.

Определение физико-механических свойств проводили по ГОСТу 270-84 [14] на разрывной машине Autograph AGS-JSTD Shimadzu.

Определение остаточной деформации сжатия проводили по ГОСТу 9.029-74 [15] при температуре старения 100 °C в течение 72 часов.

Для определения износостойкости испытания провели по ГОСТу 23509-79 [16] на машине для испытания на истирание МИ-2 с поджимным грузом массой 2600 г в течение 300 с, где применялась шлифовальная шкурка с размерами зерна 80-100 мкм (Р150).

Для оценки маслостойкости резины ускоренные испытания проводили по ГОСТу 9.03074 [17]. Образцы помещались в емкости с маслами и помещались в термошкаф, где выдерживались в течение 24 ч. при температуре 90 °C. В качестве среды применялись следующие масла:

- масло ВМГЗ - это углеводородное, гидравлическое масло с диапазоном рабочих темпе -ратур от -40 до 50 °C. Применяется в системах гидропривода, гидроуправления в машинах, работающих на открытом воздухе [11];

- масло 1: Б-3В - это синтетическое масло на основе сложных эфиров пентоэритрита и жирных кислот с комплексом присадок, диапазон рабочих температур от -40 до 200 °C, применяется в газотурбинных двигателях, редукторах вертолетов и прочей техники, при повышенных температурах обладает высокой коррозионной активностью к таким материалам, как медные и магниевые сплавы;

- масло 2: ВНИИНП-50-1-4-ф - это синтетическое масло на основе сложных эфиров дии-зоктилового спирта и себациновой кислоты с присадками, повышающими противоизносные свойства и термоокислительную стабильность, диапазон рабочих температур составляет от -60 до 175 °C, применяется в газотурбинных двигателях (ГТД), турбохолодильниках [2].

Также для определения температуры стеклования и оценки морозостойкости воспользовались методом дифференциально-сканирующей калориметрией. Для этого применялся дифференциальный сканирующий калориметр DSC 204 F1 Phoenix «NETZSCH». Использовался алюминиевый тигель с крышкой, масса образцов составляла 15 мг, диапазон - от 20 до -100 °C, скорость охлаждения - 20° К/мин.

Результаты и обсуждение

Структура смеси эластомеров формируется в процессах смешения, формования, вылежки и фиксируется в процессе вулканизации. Фазовая морфология невулканизованных смесей каучуков (под ней обычно понимают размер, форму, характер распределения микрообъёмов в данных гетерогенных системах) определяется целым рядом факторов, к которым необходимо, прежде всего, отнести химическую природу совмещаемых компонентов, состав смеси, соотношение вязкостей фаз, способ приготовления смеси (определяющий скорость, напряжение сдвига и температуру смешения), межфазное взаимодействие на границе раздела [18]. Известно, что смеси одного и того же состава будут иметь различную фазовую морфологию, если технология смешения была различной. Регулируя в определенных пределах фазовую морфологию композиций как на стадии смешения эластомеров, так и при их вулканизации, можно изменять конечные макросвойства материала.

Приготовление маточных смесей в пластикордере (резиносмеситель закрытого типа, где в замкнутой камере вращаются 2 ротора) приводило к более высоким эксплуатационным показателям резин вследствие более высокой интенсивности смешения, чем приготовление смеси на вальцах (открытый резиносмеситель). При смешении в пластикордере нагрузки передаются более эффективно, ингредиенты более равномерно распределяются в среде каучука, что существенно влияет на фазовую морфологию и степень вулканизации резин.

В общей сложности было рассмотрено 10 смесей, однако лучшей из них по сочетанию различных свойств являлась резина, полученная по третьему методу, когда в качестве

маточной смеси выступали бутадиен-нитрильные каучуки, которые потом объединялись с диеновыми каучуками (смесь 5). Смесь 5 обладала значением прочности >7 МПа и допустимой остаточной деформацией сжатия, высокой эластичностью, наименьшей степенью набухания в масле ВМГЗ (рис. 1-3).

По результатам испытаний данных резин можно судить о том, что последовательность смешения ингредиентов и выбранного оборудования играет важную роль для получения резин с высокой стойкостью в рабочих средах и морозостойкостью.

Для 5-й смеси остаточная деформация сжатия составила 66,2 % при лучших значениях физико-механических показателей, маслобензостойкости и морозостойкости. Данную резину в дальнейших исследованиях испытывали на стойкость к синтетическим маслам.

Результаты испытаний были приведены в таблице. Для сравнения приведены характеристики промышленной резины В-14, в основе которой лежит каучук БНКС-18.

Показатели прочности исследуемей резины сопоставимы с прочностью резины В-14. В то время как эластичность разработанной резины выше в 1,9 раз, чем у В-14. Высокие значения эластичности и прочности мало влияют на срок службы уплотнительных резин, однако данные значения отвечают предъявляемым требованиям, которые были упомянуты выше.

1 метод 2 метод 3 метод (смесь 2) (смесь 8) (смесь 5)

1 метод 2 метод 3 метод (смесь 2) (смесь 8) (смесь 5)

Рис. 1. Сравнение физико-механических свойств исследованных резин

60,45

74,96

66,19

1 метод (смесь 2)

2 метод 3 метод

(смесь 8) (смесь 5)

Рис. 2. Сравнение остаточной деформации сжатия исследованных резин

39,78 38;68

29,79

1 метод (смесь 2)

2 метод (смесь 8)

3 метод (смесь 5)

Рис. 3. Сравнение стойкости исследованных резин в среде масла ВМГЗ, (72 ч х 70 X)

Таблица

Результаты испытаний

Показатель Смесь 5 В-14

Условная прочность, МПа 10,0±1,0 9,0±0,3

Относительное удлинение, % 428,1±19,1 223±28,0

Условное напряжение при 100% удлинении, МПа 2,2±0,4 5,1±0,1

Условное напряжение при 200% удлинении, МПа 4,6±0,5 8,6±0,1

Условное напряжение при 300% удлинении, МПа 6,9±0,6 -

Остаточная деформация сжатия, (72 ч х 100 °С) % 66,2±4,00 74,0±2,17

Объемный износ, см3 0,697±0,045 1,297±0,117

Степень набухания в среде масла 1, (24 ч х 90 °С) % 26,9±2,9 19,8±4,3

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Степень набухания в среде масла 2, (24 ч х 90 °С) % 41,9±1,7 22,1±1,9

Степень набухания в среде ВМГЗ, (24 ч х 90 °С) % 18,6±2,6 2,19±2,1

Температура стеклования, °С -57,5 -45,3

Значения ОДС у резины из 5-й смеси ниже, чем у В-14 на 8 %, что является положительным моментом, потому что меньшие значения ОДС свидетельствуют о лучших релаксационных свойствах материала (лучшая восстанавливаемость после снятия нагрузки), которые являются важным показателем для резин уплотнительного назначения.

Резина из 5-й смеси обладает повышенной износостойкостью: объемный износ ниже в 1,9 раза, чем у резины В-14.

Нормы стойкости резин к воздействию агрессивных сред оценивают по ГОСТу 9.071-76. Показатели степени набухания в масле 1 для резины № 5 попадают в группу стойкости 2 н (12-30 %), как и в случае с резиной В-14. Относительно высокая степень набухания разработанной нами резины в масле 2 может быть обусловлена тем, что содержащийся в ее составе пластификатор (дибутилсебацинат) имеет химическое сродство к компонентам масла. По группе стойкости данная резина попадает в группу стойкости 3 н (свыше 30 %), в то время как В-14 попадает в группу стойкости 2 н. По стойкости в углеводородных средах (масло ВМГЗ) резина № 5 попадает в группу 2 н, а В-14 попадает в группу стойкости 1 н (0-12 %) [19].

Однако более низкие значения степени набухания промышленной резины марки В-14 не всегда являются доказательством ее более высокой агрессивостойкости. Данный вид испытаний проводится при повышенной температуре и представляет собой один из видов ускоренных испытаний, а степень набухания резин является результатом действия двух процессов: диффузии молекул среды и вымывание ингредиентов, растворенных в ней. Чаще всего это пластификаторы и другие растворимые в среде ингредиенты резиновых смесей. Как было показано ранее, при исследовании кинетики набухания резины марки В-14 [20] характерна значительная потеря массы в начальный период набухания в углеводородной среде, связанная с вымыванием пластификатора, который вводят в резины для повышения морозостойкости. При контакте резинотехнических изделий из резины марки В-14 с данными средами происходит их усадка и потеря морозостойкости вследствие вымывания пластификатора, что может вызвать разгерметизацию уплотнительного узла.

Исследования морозостойкости резины № 5 на основе смеси бутадиен-нитрильных и диеновых каучуков представлены на термограмме (рис. 4). Для данной резины характерны две температуры стеклования, что обусловлено наличием двух несмешивающихся фаз каучуков. При температуре -24,9 °С начинается кристаллизация каучука СКД-2, температура стеклования фазы диеновых каучуков составляет -57,5 °С. Данный показатель ниже на 12,2 °С, чем у резины В-14, для которой Т=-43,5 °С. Следует также отметить, что высокая морозостойкость резины на основе смесей бутадиен-нитрильных и диеновых каучуков обусловлена не присутствием значительных количеств пластификаторов, которые вымываются при контакте

Рис. 4. Термограмма 5-й смеси

с углеродными средами, а полимерной основой, имеющей высокие низкотемпературные характеристики.

Заключение

Таким образом, проведенные исследования показали, что для создания резин на основе нитрильных и диеновых каучуков уплотнительного назначения, обладающих как высоким уровнем маслостойкости, так и высокими низкотемпературными характеристиками, очень важна последовательность смешения ингредиентов и выбор оборудования.

Для получения резин на основе смесей диеновых и бутадиен-нитрильных каучуков предпочтительно использовать совмещение маточных смесей по сравнению с непосредственным совмещением каучуков. При одинаковом химическом составе резиновой смеси вязкости совмещаемых эластомерных компонентов наиболее близки, минимально перераспределение ингредиентов между фазами, это обеспечивает равномерное распределение частиц дисперсной фазы и их наименьший размер. В итоге была получена резина, которая не уступает по своим свойствам промышленным маркам резин. Среди ее достоинств стоит отметить высокие показатели морозостойкости и износостойкости.

Л и т е р а т у р а

1. Смазки. Производство, применение, свойства: справочник / [под ред. Т. Манга, У. Дрезеля, пер. 2 англ. изд. под ред. В. М. Школьникова]. - СПб.: ЦОП «Профессия», 2010. - 944 с.

2. Коняев Е. А. Химмотология авиационных масел и гидравлических жидкостей / Е. А. Коняев, М. Л. Немчиков; Московский государственный технический университет гражданской авиации. - М.: 2008. - 81 с.

3. Большой справочник резинщика. Часть 2. Резины и резинотехнические изделия / [под ред. С. В. Резниченко, Ю. Л. Морозова]. - М.: ООО «Издательский центр «Техинформ» МАИ», 2012. - 648 с.

4. Доронин Ф. Влияние поверхностной модификации на стойкость полиграфической резины к жидким агрессивным средам / Ф. Доронин // Вестник МГУП им. Ивана Федорова. - 2014. - № 3. - С. 16-21.

5. Соколова М. Д. Поверхностная модификация резин уплотнительного назначения / М. Д. Соколова,

C. Н. Попов, М. Л. Давыдова, А. А. Дьяконов, Н. В. Шадринов // Наука и образование. - 2015. - № 4.

- С. 73-77.

6. Кошелев Ф. Ф. Общая технология резины / Ф. Ф. Кошелев, А. Е. Корнев, А. М. Буканов. - 4-е изд., пер. и доп. - М.: Химия, 1978. - 528 с.

7. Каучук и резина. Наука и технология. Монография. Пер. с англ.: Научное издание / [под ред. Дж. Марка, Б. Эрмана, Ф. Эйрича]. - Долгопрудный: Интеллект: 2011. - 768 с.

8. Khalaf A. I. High Performance Oil Resistant Rubber / A. I. Khalaf, Abbas Yehia, M. N. Ismail, S. H. El-Sabbagh // KGK rubberpoint. - 2013. - № 66 (9). - P. 28-32.

9. Чайкун А. М. Особенности морозостойких резин на основе различных каучуков / А. М. Чайкун, О. А. Елисеев, И. С. Наумов, М. А. Венедиктова // Труды ВИАМ. - 2013. - № 12.

10. Андреева А. А. Особенности старения и защита резин, эксплуатирующихся в физических агрессивных жидких средах и в вакууме Обзорная информация / А. И. Андреева, Л. И. Сергунова, А. А. Донцов. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1988. - № 6. - 80 с.

11. Уплотнения и уплотнительная техника. Справочник / [под ред. А. И. Голубева, Л. А. Кондакова].

- М.: Машиностроение: 1986. - 463 с.

12. Большой справочник резинщика. Часть 1. Каучуки и ингредиенты / [под ред. С. В. Резниченко, Ю. Л. Морозова]. - М.: ООО «Издательский центр «Техинформ» МАИ», 2012. - 744 с.

13. Курлянд С. К. Морозостойкость эластомеров / С. К. Курлянд, М. Ф. Бухина - М.: Химия, 1989.

- 176 с.

14. ГОСТ 270-84 Метод определения упругопрочностных свойств при растяжении. - введ. 01.01.78.

- М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. - 11 с.

15. ГОСТ 9.029-74 Единая система защиты от коррозии и старения. Резины. Методы испытаний на стойкость к старению под действием статической деформации сжатия - введ. 01.01.76. - М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1981. - 7 с.

16. ГОСТ 23509-79 Резина. Метод определения сопротивления истиранию при скольжении по возобновляемой поверхности. - введ. 01.01.82. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2001. - 10 с.

17. ГОСТ 9.030-74 Единая система защиты от коррозии и старения. Резины. Методы испытаний на стойкость в ненапряженном состоянии к воздействию жидких агрессивных сред - введ. 30.06.75. - М.: Стандартинформ, 2008. - 11 с.

18. Мирошников Ю. П. Закономерности смешения и формирования фазовой структуры в гетерогенных полимерных смесях: автореф. дис. ... докт. хим. наук. - М., 1996. - 45 с.

19. ГОСТ 9.071-76 Резины для изделий, работающих в жидких агрессивных средах - введ. 01.01.80.

- М.: Государственный комитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам, 1991. - 12 с.

20. Петрова Н. Н. Исследование влияния низких температур и углеводородных сред на свойства резин на основе пропиленоксидного и бутадиеннитрильного каучуков / Н. Н. Петрова, А. Ф. Попова, Е. С. Федотова // Каучук и резина. - 2002. - № 3. - С. 6-10.

R e f e r e n c e s

1. Smazki. Proizvodstvo, primenenie, svoistva: spravochnik / [pod red. T. Manga, U. Drezelia, per. 2 angl. izd. pod red. V. M. Shkol'nikova]. - SPb.: TsOP «Professiia», 2010. - 944 s.

2. Koniaev E. A. Khimmotologiia aviatsionnykh masel i gidravlicheskikh zhidkostei / E. A. Koniaev, M. L. Nemchikov; Moskovskii gosudarstvennyi tekhnicheskii universitet grazhdanskoi aviatsii. - M.: 2008.

- 81 s.

3. Bol'shoi spravochnik rezinshchika. Chast' 2. Reziny i rezinotekhnicheskie izdeliia / [pod red. S. V. Rez-nichenko, Iu. L. Morozova]. - M.: OOO «Izdatel'skii tsentr «Tekhinform» MAI», 2012. - 648 s.

4. Doronin F. Vliianie poverkhnostnoi modifikatsii na stoikost' poligraficheskoi reziny k zhidkim agres-sivnym sredam / F. Doronin // Vestnik MGUP im. Ivana Fedorova. - 2014. - № 3. - S. 16-21.

5. Sokolova M. D. Poverkhnostnaia modifikatsiia rezin uplotnitel'nogo naznacheniia / M. D. Sokolova, S. N. Popov, M. L. Davydova, A. A. D'iakonov, N. V. Shadrinov // Nauka i obrazovanie. - 2015. - № 4. - S. 73-77.

6. Koshelev F. F. Obshchaia tekhnologiia reziny / F. F. Koshelev, A. E. Kornev, A. M. Bukanov. - 4-e izd., per. i dop. - M.: Khimiia, 1978. - 528 s.

7. Kauchuk i rezina. Nauka i tekhnologiia. Monografiia. Per. s angl.: Nauchnoe izdanie / [pod red. Dzh. Marka, B. Ermana, F. Eiricha]. - Dolgoprudnyi: Intellekt: 2011. - 768 s.

8. Khalaf A. I. High Performance Oil Resistant Rubber / A. I. Khalaf, Abbas Yehia, M. N. Ismail, S. H. El-Sabbagh // KGK rubberpoint. - 2013. - № 66 (9). - P. 28-32.

9. Chaikun A. M. Osobennosti morozostoikikh rezin na osnove razlichnykh kauchukov / A. M. Chaikun, O. A. Eliseev, I. S. Naumov, M. A. Venediktova // Trudy VIAM. - 2013. - № 12.

10. Andreeva A. A. Osobennosti stareniia i zashchita rezin, ekspluatiruiushchikhsia v fizicheskikh agres-sivnykh zhidkikh sredakh i v vakuume Obzornaia informatsiia / A. I. Andreeva, L. I. Sergunova, A. A. Dontsov.

- M.: TsNIITEneftekhim, 1988. - № 6. - 80 s.

11. Uplotneniia i uplotnitel'naia tekhnika. Spravochnik / [pod red. A. I. Golubeva, L. A. Kondakova]. - M.: Mashinostroenie: 1986. - 463 s.

12. Bol'shoi spravochnik rezinshchika. Chast' 1. Kauchuki i ingredienty / [pod red. S. V. Reznichenko, Iu. L. Morozova]. - M.: OOO «Izdatel'skii tsentr «Tekhinform» MAI», 2012. - 744 s.

13. Kurliand S. K. Morozostoikost' elastomerov / S. K. Kurliand, M. F. Bukhina - M.: Khimiia, 1989.

- 176 s.

14. GOST 270-84 Metod opredeleniia uprugoprochnostnykh svoistv pri rastiazhenii. - vved. 01.01.78.

- M.: IPK Izdatel'stvo standartov, 2003. - 11 s.

15. GOST 9.029-74 Edinaia sistema zashchity ot korrozii i stareniia. Reziny. Metody ispytanii na stoikost' k stareniiu pod deistviem staticheskoi deformatsii szhatiia - vved. 01.01.76. - M.: Gosudarstvennyi komitet SSSR po standartam, 1981. - 7 s.

16. GOST 23509-79 Rezina. Metod opredeleniia soprotivleniia istiraniiu pri skol'zhenii po vozobnovliae-moi poverkhnosti. - vved. 01.01.82. - M.: IPK Izdatel'stvo standartov, 2001. - 10 s.

17. GOST 9.030-74 Edinaia sistema zashchity ot korrozii i stareniia. Reziny. Metody ispytanii na stoikost' v nenapriazhennom sostoianii k vozdeistviiu zhidkikh agressivnykh sred - vved. 30.06.75. - M.: Standartin-form, 2008. - 11 s.

18. Miroshnikov Iu. P. Zakonomernosti smesheniia i formirovaniia fazovoi struktury v geterogennykh polimernykh smesiakh: avtoref. dis. ... dokt. khim. nauk. - M., 1996. - 45 s.

19. GOST 9.071-76 Reziny dlia izdelii, rabotaiushchikh v zhidkikh agressivnykh sredakh - vved. 01.01.80.

- M.: Gosudarstvennyi komitet SSSR po upravleniiu kachestvom produktsii i standartam, 1991. - 12 s.

20. Petrova N. N. Issledovanie vliianiia nizkikh temperatur i uglevodorodnykh sred na svoistva rezin na osnove propilenoksidnogo i butadiennitril'nogo kauchukov / N. N. Petrova, A. F. Popova, E. S. Fedotova // Kauchuk i rezina. - 2002. - № 3. - S. 6-10.

1 МИП СВФУ ООО «Механохимические биотехнологии» """

Компания занимается выпуском биологически активных добавок (БАД) на базе местного сырья. Физиологическое действие:

- оптимизирует функции кишечника;

- связывает и выводит экзогенные и эндогенные токсины;

- увеличивает число и активность бифидо- и лактобактерий;

- модулирует липидный метаболизм;

- снижает уровень холестерина;

- регулирует уровень сахара в крови. Телефон: +7 (914) 224-03-91, +7 (4112) 49-66-21. E-mail: [email protected].

Сайт: www.mechbiotech.com. Адрес: г. Якутск, ул. Кулаковского, 46.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.