CC BY
22
Влияние фторирования на релаксационные характеристики резин
А. Евдокимов
студент группы ДТмтМ 4-1
Модификация резины - один из методов улучшения свойств материала, повсеместно используемого в механизмах различного назначения. Поверхностное фторирование радикально меняет структуру материала, улучшает характеристики, расширяет область эксплуатации. Интерес вызывает влияние фторирования на эластические свойства резин.
В настоящей работе исследовано влияние поверхностного фторирования на релаксационные характеристики резин общего назначения, оценена возможность использования методики для дальнейших исследований резин, подвергнутых воздействию агрессивных сред и износу.
Установлено, что фторирование резин замедляет протекание релаксационных процессов, повышает устойчивость к нагрузкам сжатия, а так же целесообразность использования методики для дальнейших опытов
Поверхностное фторирование - широко изученный способ модификации эластомеров. Повсеместное применение модификации привело к получению новых эластических материалов с рядом полезных физико-химических свойств и значительно расширить область эксплуатации резинотехнических изделий.
Повышение устойчивости к агрессивным жидкостям, снижение коэффициента трения, улучшение адгезии - лишь малый перечень свойств, изменяемых при поверхностном фторировании. [1] Эти качества имеют основополагающий характер при подборе материалов для эксплуатации, в том числе и полиграфическом производстве. Но что происходит с релаксационными характеристиками резины?
Способность восстанавливать первоначальную форму практически без остаточной деформации - одна из главных особенностей эластомеров. Процесс самопроизвольного возвращения макроскопической системы в термодинамическое устойчивое состояние в результа-
22
те воздействия постоянной нагрузки имеет термин «релаксация». С целью выяснить, какое влияние тонкий слой модифицированного эластомера оказывает на структуру всего материала, начато проведение ряда экспериментов с резинами разных составов.
Деформация сшитых эластомеров имеет ряд особенностей. Во-первых - мгновенное протекание стадии упругой деформации (в сравнении с линейными полимерами). Во-вторых - практическое отсутствие остаточной деформации после цикла нагрузка-разгрузка [2]. Это дает нам возможность исследования релаксации на участке эластической деформации и оценки времени релаксации через структурочувствительный показатель, характеризующий среднюю скорость релаксационных процессов р. [3]
Эластическая деформация полимерного материала подчиняется экспоненциальному закону:
s
эл
= S
л.о
e pt
где £эл - эластическая деформация; £эло - относительная деформация; t— время эксперимента, мин.; р - средняя скорость релаксационных процессов.
Учитывая, что логарифм деформации зависит от времени линейно, при анализе графика зависимости натурального логарифма величины деформации материалов при постоянной нагрузке от времени, принимаем величину множителя перед аргументом функции tga за р. А величину обратную р принимаем за время релаксации
Хрел = 1/р = 1/tga.
В качестве объектов исследования использовалась резина на основе бутадиен-нитрильных каучуков (марки РС-26, НО-68-1), а также тройного этилен-пропиленового каучука (марка ЭП-1). Помимо исходной использовалась модифицированная резина, прошедшая поверхностное фторирование в течение 3 часов.
Для определения параметров, характеризующих эластичность и скорость структурных перестроек в эластомерах, использована методика исследования релаксационных явлений в эластичных полимерных материалах. На образцы подавалась нагрузка 10, 15 и 20 кг/см2.
Из графика (рис. 1) видим, что образец резины, фторированной в течение трех часов на 20% устойчивее к сжатию, чем немодифицированной. Такая тенденция наблюдается и у прочих марок резин при различной нагрузке.
Показатель времени релаксации, рассчитываемый графически через логарифм относительной деформации (рис. 2-3), при фторировании повышается, но, в зависимости от марки резины, присутствует разница в показаниях. Играет роль состав резины, выбор наполнителя, пластификатора.
23
Рис. 1. Зависимость деформации резины при постоянной нагрузке от времени наблюдения
Рис. 2. Зависимость натурального логарифма величины деформации материалов при постоянной нагрузке от времени
Рис. 3. Фрагмент графика ln(e) = Дт) c линиями тренда и их уравнениями
24
Анализ показателей представлен в табл.1.
Таблица 1
Анализ характеризующих показателей
Марка резины РС-26 НО-68-1 ЭП-1
Нагрузка, кг/см2 Исх. Фтор. Изм, % Исх. Фтор. Изм, % Исх. Фтор. Изм, %
Относительная деформация за 20 мин, % 10 9,80 8,61 -12,1 13,32 11,95 -10,3 7,08 5,11 -27,8
15 10,96 8,48 -22,6 16,75 12,28 -26,7 9,55 6,36 -33,4
20 14,80 11,49 -22,4 20,50 19,22 -6,2 11,35 11,92 5,0
Скорость релаксации, 10-4 10 58 50 -13,8 56 24 -57,1 47 36 -23,4
15 49 33 -32,7 48 18 -62,5 86 61 -29,1
20 55 61 10,9 19 15 -21,1 58 37 -36,2
Время релаксации, мин 10 172 200 16,3 179 417 133,0 213 278 30,5
15 204 303 48,5 208 556 167,3 116 164 41,4
20 182 164 -9,9 526 667 26,8 173 270 56,1
Анализ зависимостей изменения деформации исследованных резин при постоянной нагрузке показал следующее. Всем трем маркам резин присуще снижение относительной деформации, развивающейся за равный промежуток времени, в результате модификации. Увеличение стойкости резины к нагрузкам обусловлено нанесением микроразмерного слоя фтора, придающего поверхности свойства фтор-каучуков.[1]
Также наблюдается увеличение времени релаксации эластомеров, что говорит о влиянии фтора на усиление упруго-эластических свойств. Однако требует проверки гипотезы о критической нагрузке, при которой роль фторированного слоя в этих процессах снижается.
Выводы
1. Данную методику целесообразно использовать для определения влияния модификации на реологические характеристики резины.
2. Составные компоненты резины (наполнитель, пластификатор и пр.) при взаимодействии с фтором оказывают ощутимый вклад в изменение эластических свойств.
25
3. Фторирование повышает устойчивость резины к нагрузке сжатия, а так же замедляет процессы перестройки структуры материала.
Это дает нам возможность начать ряд исследований для изучения влияния фторирования на резины, подвергающиеся различным внешним воздействиям, таким как:
• работа в жидких агрессивных средах;
• трение и износ;
• работа при высоких температурах, а также оценка данного влияния через анализ релаксационных характеристик материалов.
Библиографический список
КондратовА.П. Физика и химия материалов и покрытий. -МГУП, 2007. - С. 31.
Кондратов А.П., Бенда А.Ф. Физика и химия материалов и технологических процессов в полиграфии и упаковке. - МГУП, 2012. -С. 272.
Назаров В.Г. Фторированные резины с улучшенными триботехническими свойствами // Российский химический журнал, 2008.
26
