CC BY
26
УДК 678.7 https://doi.org/10.24412/2071-8268-2021-2-16-18
влияние бутилкаучука на свойства резины на основе бутадиен-метилстирольного каучука
Е.Н. ЕГОРОВ, Чувашский государственный университет, г. Чебоксары, Россия Н.Ф. УШМАРИН, Чебоксарское производственное объединение им. В.И. Чапаева,
г. Чебоксары, Россия
Н.В. АЛЕКСАНДРОВА, Чувашский государственный университет, г. Чебоксары, Россия Н.И. КОЛЬЦОВ, Чувашский государственный университет, г. Чебоксары, Россия
В статье исследовано влияние бутилкаучука БК-1675 на реометрические свойства резиновой смеси, физико-механические и динамические показатели резины на основе бутадиен-метилстирольного каучука СКМС-30АРК. Установлено, что частичная замена СКМС-30АРК на бутилкаучук БК-1675 приводит к изменению кинетических параметров процесса вулканизации резиновой смеси, уменьшению разности максимального и минимального её крутящих моментов и, как следствие, к понижению степени химической сшивки вулканиза-тов. Вулканизат резиновой смеси, содержащий комбинацию каучуков СКМС-30АРК и БК-1675, характеризуется наименьшими значениями физико-механических свойств (условной прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве, твердости и сопротивления раздиру) и наибольшей величиной тангенса угла механических потерь.
Ключевые слова: бутадиен-метилстирольный каучук, бутилкаучук, резина, реометрические, упруго-прочностные и динамические свойства.
Для цитирования: Егоров Е.Н., Ушмарин Н.Ф., Александрова Н.В., Кольцов Н.И. Влияние бутилкаучука на свойства резины на основе бутадиен-метилстирольного каучука // Промышленное производство и использование эластомеров, 2021, № 2, С. 16-18. DOI: 10.24412/2071-8268-2021-2-16-18.
influence of butyl rubber on the properties of rubber compound
based on butadiene-methylstyrene rubber
Egorov Evgeniy N., Chuvash State University, Cheboksary, Russia Ushmarin Nikolay F., Cheboksary Production Association named V.I. Chapaev, Cheboksary, Russia Aleksandrova Nataliya V., Chuvash State University, Cheboksary, Russia Kol'tsov Nikolay I., Chuvash State University, Cheboksary, Russia
Annotation. The article investigates the effect of butylcaoutchouc BK-1675 on the rheometric properties of the rubber compound, the physicomechanical and dynamic indicators of rubber based on butadiene-methylstyrene caoutchouc SKMS-30ARK. It has been established that the partial replacement of SKMS-30ARK with butylcaoutchouc BK-1675 leads to a change in the kinetic parameters of the vulcanization process of the rubber mixture, a decrease in the difference between its maximum and minimum torques, and, as a result, a decrease in the degree of chemical crosslinking of the vulcanizates. A vulcanizate of a rubber mixture containing a combination of caoutchoucs SKMS-30ARK and BK-1675 is characterized by the lowest values of physical and mechanical properties (conditional tensile strength, elongation at break, hardness and tear resistance) and the largest tangent of the angle of mechanical losses.
Key words: butadiene-methylstyrene rubber, butyl rubber, rubber compound, rheometric, elastic-strength and dynamic properties.
For citation: Egorov E.N., Ushmarin N.F., Aleksandrova N.V., Kol'tsov N.I. Influence of butyl rubber on the properties of rubber compound based on butadiene-methylstyrene rubber. Prom. Proizvod. Ispol'z. Elastomerov, 2021, no. 2, pp. 16-18. DOI: 10.24412/2071-8268-2021-2-16-18. (In Russ.).
Актуальной задачей строительного материаловедения является получение материалов, в том числе резин, с высокими звукопоглощающими свойствами [1-3]. Для количественной оценки этих свойств полимерных материалов используется метод динамического механического анализа [4, 5]. В работе [6] проведено сравнение динамических свойств резин, изготовленных на основе каучуков разной полярности — полярного бутадиен-нитрильного БНКС-28АН и неполярного бутилкаучука БК-1675. Показано, что увеличение содержания бутилкаучука способствует возрастанию динамических свойств резин.
Цель работы — определение влияния каучука БК-1675 на свойства резины на основе бутадиен-метил-стирольного каучука СКМС-30АРК для повышения её звукоизоляционных свойств.
Экспериментальная часть
Исследуемая резиновая смесь на основе бутадиен-метилстирольного каучука марки СКМС-30АРК содержала следующие ингредиенты:
• вулканизующий агент — сера;
• ускорители вулканизации — сульфенамид Ц, тиурам Д;
• активаторы вулканизации — белила цинковые, стеарин;
• противостарители — нафтам-2, воск ЯВ-1;
• наполнители — мел природный, технический углерод П 324, технический углерод Т 900, тонкомолотый шунгитовый порошок МК-О-Вирма, продукт РГ-96П-10 (карбон 100);
• мягчители — масло индустриальное И-8А, битум нефтяной.
Резиновую смесь готовили на лабораторных вальцах ЛБ 320 160/160 при 60-70С в течение 15 мин.
Вулканизационные характеристики резиновой смеси исследовались на реометре MDR 3000 Basic фирмы Mon Tech при 150°С в течение 30 мин в соответствии с ASTM D2084-79. Стандартные образцы для определения физико-механических показателей готовили при 150°C в течение 30 мин в вулканиза-ционном прессе типа P-V-100-3RT-2-PCD. Основные характеристики вулканизатов определяли согласно действующим в резиновой промышленности стандартам: упруго-прочностные свойства определяли по ГОСТ 270-75; твердость по Шору А — по ГОСТ 263-75; эластичность по отскоку — по ГОСТ 27110-86; сопротивление раздиру — по ГОСТ 262-79. Динамические параметры (тангенс угла механических потерь) вул-канизатов различных вариантов резиновой смеси изучали при комнатной температуре на динамическом механическом анализаторе Metravib VHF 104 при резонансной частоте 1081 Гц.
Результаты и их обсуждение
Авторами исследовалась возможность частичной замены каучука СКМС-30АРК на бутилкаучук БК-1675. Первый вариант резиновой смеси не содержал бутилкаучук. Второй, третий и четвертый варианты соответственно содержали по 20,00 м.ч. бутилка-учука БК-1675. При этом в вариантах 3 и 4 дополнительно в резиновую смесь вводились тонкомолотый шунгитовый порошок МК-О-Вирма и продукт РГ-96П-10. Исследованные варианты резиновой смеси, их реометрические показатели, упруго-прочностные и динамические свойства вулканизатов приведены в таблице.
Как видно из данных таблицы, по сравнению с базовым вариантом частичная замена СКМС-30АРК на бутилкаучук БК-1675 во втором варианте приводит к уменьшению максимального крутящего момента и возрастанию минимального крутящего момента резиновой смеси. При этом время начала вулканизации возрастает, а оптимальное время вулканизации убывает. Введение тонкомолотого шунгитового порошка МК-О-Вирма в третий вариант резиновой смеси, содержащий каучуки СКМС-30АРК и БК-1675, приводит к увеличению максимального и минимального крутящих моментов, времени начала и оптимума вулканизации. В четвертом варианте замена шунгитового порошка МК-О-Вирма на продукт РГ-96П-10 приводит к возрастанию всех реометрических показателей резиновой смеси. Известно [7], что степень химического сшивания резиновой смеси пропорциональна разности максимального и минимального её крутящих моментов (DS = Smax- Smin). Эта разность достигает наибольшее значение для первого варианта резиновой смеси. Частичная же замена каучука СКМС-30АРК на БК-1675 и введение дополнительных наполнителей шунгитового порошка МК-О-Вирма и продукта РГ-96П-10 приводят к уменьшению этой разности, а, следовательно, и степени химической сшивки вулка-низатов. Таким образом, второй вариант резиновой смеси характеризуется минимальными величинами DS и остальных реометрических показателей.
Свойства резиновой смеси и вулканизатов
Характеристики Варианты резиновой смеси
1 2 3 4
Основной состав резиновой смеси
СКМС-30АРК, м.ч. 100 80 80 80
БК-1675, м.ч. — 20 20 20
Тонкомолотый
шунгитовый порошок МК-О-Вирма,
м.ч. — — 50 —
Продукт РГ-96П-10, м.ч. 50
Реометрические показатели резиновой смеси при 150С
SmaX дН-м 30,62 24,36 25,54 28,04
Smin дН'м 1,49 1,62 2,07 2,16
ts, мин 4,06 4,25 4,41 5,00
t90, мин 13,67 13,08 13,90 15,39
Физико-механические свойства вулканизатов (режим вулканизации 150°Сх30 мин)
fp, МПа 7,1 5,2 5,4 5,8
^ % 250 150 160 170
H, ед. Шор А 70 73 75 77
Е, % 32 26 25 24
В, кН/м 36 26 27 31
Динамические параметры вулканизатов при 1081 Гц
tg8 0,2793 0,3509 0,3254 0,3256
Примечание: 8тах — максимальный крутящий момент; Smin — минимальный крутящий момент; ^ — время начала вулканизации; — оптимальное время вулканизации; £р — условная прочность при растяжении; ер — относительное удлинение при разрыве; Н — твердость; Е — эластичность по отскоку; В — сопротивление раздиру; tg5 — тангенс угла механических потерь.
Из приведенных в таблице значений физико-механических показателей вулканизатов следует, что при частичной замене каучука СКМС-30АРК на бутилкаучук БК-1675 как с использованием, так и без использования дополнительных наполнителей значения условной прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве, эластичности по отскоку и сопротивления раздиру уменьшаются, а твердость увеличивается по сравнению с вулканизатом базового варианта резиновой смеси. Среди вулканизатов других образцов резиновой смеси вулканизат второго варианта характеризуется наименьшими значениями физико-механических свойств, что объясняется отмеченной выше меньшей степенью его сшивки.
Исследование динамических параметров вулканизатов при резонансной частоте 1081 Гц и комнатной температуре показывает, что частичная замена каучука СКМС-30АРК на бутилкаучук БК-1675 в резиновой смеси приводит к увеличению тангенса угла механических потерь резины. Причем наибольшим значением тангенса угла механических потерь характеризуется вулканизат второго варианта резиновой смеси. Этот вулканизат характеризуется наименьшей
густотой трехмерной сетки, что приводит к снижению сопротивляемости резины растяжению при упругой деформации и достаточно высоким звукоизоляционным свойствам данного вулканизата.
СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ / REFERENCES
1. Радоуцкий В.Ю., Шульженко В.Н., Степанова М.Н. Современные звукопоглощающие материалы и конструкции // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, 2016. — № 6. — С. 76-79. [Radoutskiy V.Yu., Shul'zhenko V.N., Stepanova M.N. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V.G. Shukhova, 2016, no. 6, pp. 76-79. (In Russ.)].
2. Дубасов В.Д., Ионов А.В., Пугачев А.Д., Чижов В.Ю. Гидроакустическое покрытие. Пат. РФ 2466467, 2012. [Dubasov V.D., Ionov A.V., Pugachev A.D., Chizhov V.Yu. Gidroakusticheskoye pokrytiye (Hydroacoustic coating). Pat. RF no. 2466467, 2012.].
3. Радоуцкий В.Ю., Шульженко В.Н. Характеристика звукоизоляционных строительных материалов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, 2016. — № 5. — С. 64-66. [Radoutskiy V.Yu., Shul'zhenko V.N. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V.G. Shukhova, 2016, no 5, pp. 64-66. (In Russ.)].
4. Перепечко И.И. Введение в физику полимеров. — М.: Химия, 1978, — 312 с. [Perepechko I.I. Vvedeniye v fiziku
polimerov (Introduction to the physics of polymers). Moscow, Khimiya Publ., 1978, 312 p. (In Russ.)].
5. Аскадский АА., Голенева Л.М., Бычко КА., Казанцева В.В., Константинов К.В., Алмаева Е.С., Клинских А.Ф., Коврига О.В. Градиентные полимерные материалы // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева), 2001. — Т. 14. — № 3. — С. 123-128. [Askadskiy A.A., Goleneva L.M., Bychko K.A., Kazantseva V.V., Konstantinov K.V., Alma-yeva Ye.S., Klinskikh A.F., Kovriga O.V. Ros. khim. zh. (Zh. Ros. khim. ob-va im. D.I. Mendeleyeva), 2001, vol. 14, no 3, pp. 123-128. (In Russ.)].
6. Стрижак ЕА., Раздьяконова Г.И., Маратканова ЕА., Бурьян ЮА., Адяева Л.В., Аврейцевич Н.В., Митряева Н.С. Роль полярности каучука в формировании гистерезисных свойств резин в условиях гармонического динамического напряжения // Омский научный вестник, 2013. — № 3 (123). — С. 308-312. [Strizhak Ye.A., Razd'yakonova G.I., Maratkano-va Ye.A., Bur'yan Yu.A., Adyayeva L.V., Avreytsevich N.V., Mitryayeva N.S. Omskiy nauchnyy vestnik, 2013, no. 3 (123), pp. 308-312. (In Russ.)].
7. Соловьева О.Ю., Гурылёва Н.Л., Тимрот С.Д., Коро-таева ТА. Влияние нефтешлама на свойства резиновых смесей и резин на основе бутадиен-стирольного каучука // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология, 2012. — Т. 55. — № 9. — С. 7780. [Solov'yeva O.Yu., Gurylova N.L., Timrot S.D., Korota-yeva T.A. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Seriya: Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya, 2012, vol. 55, no. 9, pp. 77-80. (In Russ.)].
информация об авторах/information about the authors
Егоров Евгений Николаевич, кандидат химических наук, доцент кафедры физической химии и высокомолекулярных соединений химико-фармацевтического факультета Чувашского государственного университета (428015, г. Чебоксары, Московский проспект, д. 15).
E-mail: enegorov@mail.ru
Ушмарин Николай Филиппович, кандидат технических наук, начальник технического отдела по резино-техническим изделиям АО «Чебоксарское производственное объединение имени В.И. Чапаева» (428006, г. Чебоксары, ул. Социалистическая, д. 1).
E-mail: rtilab.chapaew@mail.ru
Александрова Наталия Васильевна, студент химико-фармацевтического факультета, Чувашский государственный университет (428015, г. Чебоксары, Московский проспект, д. 15).
E-mail: aleksandrova.natali2013@yandex.ru
Кольцов Николай Иванович, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой, химико-фармацевтический факультет, Чувашский государственный университет (428015, г. Чебоксары, Московский проспект, д. 15).
E-mail: koltsovni@mail.ru
Egorov Evgeniy N., Candidate of chemical sciences, Associate Professor of Department of Physical Chemistry and Macromolecular Compounds of Chemical and Pharmaceutical Faculty of Chuvash State University (428015, Cheboksary, Moskovsky Prospect, 15). E-mail: enegorov@mail.ru Ushmarin Nikolay F., Candidate of technical sciences, Head of the Technical Department for rubber products, Cheboksary Production Association named after V.I. Chapaev (428006, Cheboksary, ul. Sotcialisticheskaya, 1). E-mail: rtilab.chapaew@mail.ru Aleksandrova Nataliya V., student of Chemical and Pharmaceutical Faculty, Chuvash State University, (428015, Cheboksary, Moskovsky Prospect, 15).
E-mail: aleksandrova.natali2013@yandex.ru Kol'tsov Nikolay I., doctor of chemical sciences, Professor, Head of the Department, Chemical and Pharmaceutical Faculty, Chuvash State University (428015, Cheboksary, Moskovsky Prospect, 15).
E-mail: koltsovni@mail.ru
