CC BY
101
УДК 678.065
Е. И. Щербина, профессор (БГТУ); Р. М. Долинская, доцент (БГТУ);
Т. Д. Свидерская, мл. науч. сотрудник (БГТУ)
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АКРИЛАТНЫХ И НИТРИЛЬНЫХ
ЭЛАСТОМЕРОВ
В работе приведен анализ литературных данных и собственных исследований о влиянии различных факторов на развитие производства и конкурентоспособность тепло- и маслостойких эластомеров. Показано, что наиболее сбалансированным по совокупности свойств являются ак-рилатный каучук и гидрированный бутадиен-нитрильный каучук, которые превосходят бутади-ен-нитрильный каучук по диапазону температур эксплуатации, озоностойкости, топливостойко-сти, а акрилатные каучуки и по эластичности.
In work the analysis of literary given and own researches about influence of various factors on development of manufacture and competitiveness warmly and oil elastomers is resulted. In work physi-comechanical properties elastomeric compositions were investigated on the basis of butadiene-nitrile rubber, hydroge-nated butadiene-nitrile rubber and acrylic rubbers. It is shown, that the most balanced on set of properties are acrylic rubber and hydrogenated butadiene-nitrile rubber which surpass butadi-ene-nitrile rubber on a range of temperatures of operation, ozone and oil resistance.
Введение. Роль эластомеров в создании современных транспортных средств огромна.
Каучуки используются в производстве не только шин, но и всевозможных прокладок, уплотнителей и шлангов. Каждая из этих деталей выполняет определенную функцию и поэтому должна быть изготовлена именно из того материала, который максимально соответствует предъявляемым техническим требованиям по термостойкости, износостойкости, стойкости в агрессивных средах и т. д. Каучуки специального назначения позволяют изготавливать резиновые детали с заданными свойствами.
Основная часть. В производстве резинотехнических изделий для транспортного машиностроения происходит интенсивное освоение каучуков специального назначения таких, как модифицированные бутадиен-нитрильные каучуки, акрилатные, фторкаучуки, этиленпропи-леновые, силоксановые и др. Совокупную характеристику, определяющую целесообразность применения данного эластомера, можно назвать его конкурентоспособностью.
В работе приведен анализ зарубежных данных и собственных исследований о влиянии различных факторов на развитие производства и конкурентоспособность тепло- и маслостойких эластомеров.
На рисунке показано распределение эластомеров по тепло- и маслостойкости.
Как видно из рисунка, выделяется блок каучуков общего назначения с низкими теплостойкими свойствами и низкой стойкостью к агрессивным средам, блок каучуков с очень высокой теплостойкостью и средняя группа эластомеров с достаточно высокой теплостойкостью и стойкостью к агрессивным средам: бутадиен-
нитрильный каучук (БНК), акрилатный каучук (АК), гидрированный бутадиен-нитрильный
каучук (ГБНК). Важной характеристикой каучуков, определяющей особенности их использования, является их относительная стоимость. Как видно из табл. 1, наибольший индекс стоимости у фторуглеродных и фторсилоксановых каучуков, однако высокая стоимость — одна из причин того, что «сферы применения» этих и остальных маслостойких каучуков практически не соприкасаются, т. е. они не являются конкурентами. Конкурировать между собой могут АК, ГБНК и БНК.
300
225
Фторкаучук
^ 200 І 175 р
S3 150
9
£ 125
Этиленпропи-
лениеновый
Хлорсульфиров анный полиэтилен
Фторсилоса-
новый
Акриловый
каучук
Гидрированный
бутадиен-
интрильный
100
75
50
Изобутилен-
изопреновый
Бутадиен-
стирольный
Натураль-
ный
Полихлоропрен
Бутадиен-
нитрильный
160 120 80 40 0
Маслостойкость (изменение объема), %
Примерное распределение эластомеров по тепло- и маслостойкости, согласно классификации Л8ТМБ-2000 [1]
Далее в работе нами проведено сопоставление свойств вулканизатов на основе АК, ГБНК и БНК (табл. 2).
Таблица 1
Индекс стоимости [2]
Эластомер Индекс стоимости
Бутадиен-нитрильный 1
Акрилатный 3,4
Гидрированный бутадиен-нитрильный 3,9
Силоксановый 5,1
Фторуглеродный 17
Фторсилоксановый 23
Для контроля качества резин и определения изменения их свойств применяются стандартные среды в качестве испытательных жидкостей. Стандартные жидкости, имеющие постоянный химический состав и свойства, обеспе-
чивают воспроизводимые результаты испытаний резин. Среди этих стандартных испытательных жидкостей есть группа нефтяных масел: Л8ТМ № 1 - дает низкое изменение объема эластомеров, анилиновая точка 124 ± 1°С; Л8ТМ № 2 - дает среднее изменение объема эластомеров, анилиновая точка 94 ± 2°С; Л8ТМ № 3 -дает высокое изменение объема эластомеров, анилиновая точка 71 ± 1°С. Эти масла представляют собой определенные нефтяные фракции без каких-либо присадок и рекомендуются для контроля качества резин в производстве резинотехнических изделий [2]. Для изучения использовали стандартные масла Л8ТМ № 1 и Л8ТМ № 3, в которых вулканизаты выдерживали при температурах от 85°С до 150°С в течение 1^10 сут. Результаты приведены в табл. 3.
Таблица 2
Характеристика вулканизатов промышленных сортов каучука
Свойства АК [2] БНК [3] ГБНК[3]
Температурный интервал работоспособности, °С -35-+150 -45-+100 -50-+150
Условная прочность при растяжении, МПа 10,5 13,7 27,6
Относительное удлинение при разрыве, % 120 200 400
Сопротивление раздиру, кН/м 29 37 46
Остаточная деформация сжатия (при 20% удлинения в течение 24 ч при температуре 100°С), % 12 42,1 47,3
Остаточная деформация сжатия (при 20% удлинения в течение 24 ч при температуре 130°С), % 20,3 51,7 86
Остаточная деформация сжатия (при 20% удлинения в течение 24 ч при температуре 150°С), % 22,0 65,7 79,1
Твердость по Шор А, усл. ед. 70 77 70
Эластичность по отскоку, % 15 23 28
Озоностойкость, ч 72 21 72
Таблица 3
Изменение свойств резин на основе различных каучуков при старении на воздухе
и в средах Л8ТМ № 1, Л8ТМ № 3
Показатели БНК [3] АК [2] ГБНК [3]
Изменение твердости по Шору А после старения в среде воздуха в течение 72 ч при температуре: 130°С +11 +1 +2
150°С +16 +2 +5
Изменение твердости по Шору А после старения в среде Л8ТМ № 1 в течение 72 ч при температуре: 130°С +9 -2 -1
150°С +11 0 0
Изменение массы образцов после старения в среде Л8ТМ № 1 в течение 72 ч при температуре, %: 130°С -7 -1,2 +1,0
150°С -15 -1,1 +1,9
Изменение твердости по Шору А после старения в среде Л8ТМ № 3 в течение 72 ч при температуре: 130°С -10 -11 -10
150°С -14 -12 -15
Изменение массы образцов после старения в среде Л8ТМ № 3 в течение 72 ч при температуре, %: 130°С +20,0 +23,2 +18,4
150°С +24,2 +31,4 +20,3
Изменение массы/объема образцов после воздействия (И + Т) в течение суток при температуре 23°С, % 29,3/35,6 40,5/ 71,2 30,9/42,9
При взаимодействии резин с агрессивными средами происходит как вымывание растворимых ингредиентов резиновых смесей, сопровождающееся уменьшением массы образца, так и обратный процесс - проникновение молекул растворителя в полимерную матрицу и набухание резины. С ростом температуры скорости протекания этих процессов резко повышаются.
Как видно из данных, представленных в табл. 2 и 3, резины на основе БНК обладают сбалансированным комплексом эксплуатационных свойств, а именно высокими прочностью при растяжении, относительным удлинением при разрыве, сопротивлением раздиру; удовлетворительными сопротивлением накоплению ОДС и истираемостью. Однако максимальная температура эксплуатации резин на основе БНК - 100°С. При более высоких температурах (130 и 150°С) происходит структурирование, а затем охрупчивание и разрушение резин на основе БНК, в результате чего они становятся твердыми и хрупкими (табл. 3). При высокой маслобензостойкости АК характеризуется низкими прочностными свойствами и сопротивлением истиранию.
ГБНК позволяют получать изделия, работоспособные при температурах до +150°С. Кроме того, композиции на основе ГБНК характеризуются высокой озоностойкостью. По сравнению с акрилатными каучуками ГБНК обеспечивают более высокие прочностные свойства и лучшие низкотемпературные свойства (температурный предел хрупкости не выше -60°С). Следует также отметить высокое сопротивление истиранию композиций на основе ГБНК, что позволяет использовать их для производства изделий, эксплуатируемых в условиях высокого абразивного износа.
В табл. 4 приведены усредненные характеристики сравниваемых эластомеров. Согласно данным табл. 2-4, сбалансированным комплексом свойств обладают акрилатный каучук и гидрированный бутадиен-нитрильный каучук, которые превосходят БНК по диапазону
температур эксплуатации, озоностойкости, топливостойкости, а акрилатные каучуки и по эластичности.
Таблица 4
Сравнительные характеристики резин на основе АК, ГБНК и БНК
Показатели АК БНК ГБНК
Температура эксплуатации, °С max min +150 -35 +100 -45 +150 -50
Эластичность, балл 5 3 4
Озоностойкость, балл 5 2 5
Стойкость к воздействию агрессивных сред, балл 4 3 5
Примечание. 5 - отлично; 4 - хорошо; 3 - удовлетворительно; 2 - неудовлетворительно.
Заключение. Таким образом, проведенный анализ литературных данных и собственных исследований о влиянии различных факторов на развитие производства и конкурентоспособность тепло- и маслостойких эластомеров средней стоимости показал, что из перечисленных каучуков, представляющих интерес для производителя и потребителя, перспективными являются АК и ГбНк.
Литература
1. Говорова, О. А. Акрилатные каучуки -перспективный класс тепломаслостойких полимеров / О. А. Говорова, Р. М. Сирота. - М.: Химия, 1979. - 52 с.
2. Перспективы использования акрилатных каучуков для создания термостойких полимерных композиций / Д. В. Русецкий [и др.] // Материалы, технологии, инструменты. - 2005. -Т. 10. - № 4.- С. 14-17.
3. Свойства резин на основе гидрированного бутадиен-нитрильного каучука при старении в агрессивных средах / Ю. В. Коровива [и др.] // Материалы. Технологии. Инструменты. - 2007. -Т. 12. - № 3. - С. 42-45.
Поступила 26.03.2010
