CC BY
215
УДК: 678.7-678.684.82
А. Р. Курбангалеева, И. А. Петлин, Ю. Н. Хакимуллин
ВЛИЯНИЕ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА СВОЙСТВА ТИОКОЛОВЫХ ГЕРМЕТИКОВ
Ключевые слова: полисульфидный олигомер, наполнитель, шунгит, жидкий тиокол.
Изучалось влияние шунгитового наполнителя, технического углерода, природного и гидрофобного мела на реологические и физико-механические свойства герметиков на основе полисульфидных олигомеров.
Keywords: polysulfide oligomer, filler, shungite, liquid thiokol.
The Effect of schungite filler, carbon black, natural and hydrophobic chalk on the rheological and physicol-mechanical properties of sealants based on polysulfide oligomers was studied.
Герметизирующие материалы на основе реакционноспособных олигомеров, способных отверждаться при температурах окружающей среды, очень распространены в таких отраслях, как строительство и машиностроение. Одним из наиболее распространенных реакционноспособных олигомеров, используемых в качестве основы для герметиков являются полисульфидные олигомеры (ПСО), в первую очередь жидкие тиоколы [1].
Минеральные наполнители являются основными наполнителями герметиков. Их применение обусловлено необходимостью обеспечения технологических свойств полимерных материалов, снижения их стоимости и придания специальных свойств. В качестве минеральных наполнителей применяют каолин, мел и кремнекислотные наполнители.
В последние годы возрос интерес к применению минерального природного наполнителя шунгита. Этот интерес вызван необычными свойствами шунгита, обусловливающим потенциальную перспективность его применения в качестве наполнителя для полимерных композиционных материалов. Особенности морфологии (пористый материал, основные составляющие углерод и диоксид кремния, представляющие собой две взаимопроникающие мозаичные структуры) и химического состава шунгитовых наполнителей обуславливают перспективность их применения в качестве наполнителей резин [2,3].
Шунгитовые породы, используемые для получения наполнителя для резин, состоят в основном из глобулярного рентгеноаморфного и метастабильного углерода и высокодисперсных силикатных частиц [4]. В составе шунгита также содержатся наноразмерные «фуллереноподобные» структуры.
В данной работе изучено влияния шунгитового наполнителя (карбосила марки КС-20), технического углерода П - 803, природного и гидрофобного мела на реологические и физикомеханические свойства герметиков на основе полисульфидных олигомеров (ПСО).
Экспериментальная часть
В качестве ингредиентов в данной работе использовались:
1. Полисульфидный олигомер марки НВБ-2 (производство ОАО «КЗСК»), содержание
SH-групп 3,4%, динамическая вязкость при 25С - 10Па-с;
2. Паста №9 (ГОСТ 13489-79) (содержание диоксида марганца 55-60%масс.);
1. Шунгитовый наполнитель (карбосил марки КС-20)
2. Природный мел
3. Гидрофобный мел
4. Технический углерод П-803
5. Хлорпарафин ХП-470.
Соотношение герметизирующей и отверждающей пасты (Паста № 9) 100:10 по массе.
Первоначально готовили смесь ПСО с мелом путем тщательного перемешивания/перетира в фарфоровой ступке. У полученных смесей замеряли динамическую вязкость на вискозиметре Rheotest.
Для изучения физико-механических свойств в полученные смеси олигомера и наполнителя добавляли пасту №9, тщательно перемешивали, формовали образцы для испытания в виде полосок размером 120*30*3 мм с помощью шаблона по ГОСТ 21751-76 и выдерживали при температуре 20-25 оС в течение 24 ч. в вытяжном шкафу, затем в термошкафу при температуре (70±3) оС в течение 24ч. Определение условной прочности при разрыве и относительного удлинения при разрыве, а также обработку результатов испытаний проводили по ГОСТ 21751-76.
Таблица 1 - Рецептура герметизирующей пасты
Ингредиенты мас.ч.
Тиокол марки НВБ-2 Наполнитель 100 0-150
Обсуждение результатов
Известно, что шунгит содержит углеродную и минеральную части. Поэтому свойства наполненных шунгитом герметиков сравнивали со свойствами герметиков, наполненных техническим углеродом П-803 (ТУ), природным мелом МТД-2 и гидрофобным мелом.
Природа и содержание наполнителей оказывает существенное влияние на физикомеханические и реологические свойства композиции. Тиоколовые герметики должны перерабатываться механизировано, поэтому оценивалась вязкость таких композиций в диапазоне скоростей сдвига характерных для механизированной переработки.
Рис. 1 - Изменение вязкости композиций на основе жидкого тиокола от скорости сдвига при различном содержании наполнителей (шунгитового наполнителя (карбосил марки КС-20), ТУ, природного и гидрофобного мела)
Влияние наполнителя на вязкостные свойства показывает, что при содержании наполнителя 30 мас.ч. наименьшей вязкостью обладают составы наполненные природным и гидрофобным мелом, а составы на основе шунгита имеют более высокие значения вязкости, однако наиболее сильно увеличивает вязкость композиции технический углерод. При увеличении скорости сдвига характер изменения вязкости для систем с мелами, ТУ и шунгита одинаковый. Увеличение содержания наполнителей меняет картину. Уже при 70 мас.ч.
87
наполнителя наибольшее увеличение вязкости происходит для композиций с природным мелом, а вязкость композиции с гидрофобным мелом и шунгитом ниже. Увеличение содержания ТУ более 30 мас.ч. приводит к сильному нарастанию вязкости и плохому распределению углерода в тиоколе, поэтому дальнейшее изучение влияния содержания наполнителей на вязкость оценивали при использовании шунгита, природного и гидрофобного мела.
При 100 мас.ч. наименьшей вязкостью обладают составы с шунгитом и гидрофобным мелом, составы с природным мелом обладают более высокой вязкостью. С увеличением содержания шунгита темп нарастания вязкости меньше, чем в случае природного мела и тем более технического углерода.
Изучалось влияние природы наполнителя на физико-механические свойства герметиков на основе жидкого тиокола марки НВБ-2.
Рис. 2 - Зависимость условной
прочности при разрыве герметиков на основе жидкого тиокола марки НВБ-2 от содержания наполнителей (шунгитового наполнителя (карбосил марки КС-20), природного и гидрофобного мела)
Из рисунка 2 видно, что герметик на основе жидкого тиокола марки НВБ-2, наполненный шунгитом уже при 30 мас.ч. превосходит составы с гидрофобным мелом, а при содержании 50 мас.ч. превосходит составы с природным мелом. С увеличением содержания наполнителя свойства герметиков только возрастают.
Из рисунка 3 видно, что относительное удлинение у герметиков, наполненных шунгитом при содержании до 30 мас.ч. растет, а при дальнейшем увеличении содержания снижается. Возможно при малом наполнении проявляется «пластифицирующий эффект» шунгита.
При содержании шунгита 100 и более мас.ч. композиция становится очень вязкой, поэтому появляется необходимость в ведении пластификатора хлорпарафина ХП-470 в герметизирующую пасту в количестве 15 мас.ч.
Оценка свойств (рис. 4,5) показывает, что введение пластификатора хлорпарафина ХП-470 незначительно снижает свойства герметиков на основе жидкого тиокола марки НВБ-2, наполненного шунгитом. Резкое нарастание условной прочности происходит в интервале дозировок от 30 до 150 мас.ч., а при дальнейшем увеличении шунгита прочность выходит на
Рис. 3 - Зависимость относительного
удлинения при разрыве герметиков на основе жидкого тиокола марки НВБ-2 от содержания наполнителей (шунгитового наполнителя (карбосил марки КС-20), природного и гидрофобного мела)
плато. Относительное удлинение (рисунок 5) при содержании шунгита до 30 мас.ч. растет, при большем наполнении до 70 мас.ч. происходит резкое снижение относительного удлинения, при дальнейшем введении наполнителя темп снижения относительного удлинения замедляется.По видимому, при содержании шунгита в количестве 150 мас.ч. образуется непрерывная матрица.
6 0 50 100 150 200 250
Содержание, мас.ч.
шунгит без ХП —в— шунгит + ХП
Рис. 4 - Зависимость условной прочности при разрыве герметиков на основе жидкого тиокола марки НВБ-2 от содержания шунгитового наполнителя (карбосил марки КС-20)
Рис. 5 - Зависимость относительного удлинения при разрыве герметиков на основе жидкого тиокола марки НВБ-2 от содержания шунгитового наполнителя (карбосил марки КС-20)
Выводы
Изучено влияние наполнителей на реологические и физико-механические свойства герметиков на основе жидкого тиокола. Установлено, что с увеличением содержания карбосила марки КС-20 (100 и более мас.ч.) вязкость композиций на основе жидкого тиокола марки НВБ-2 существенно ниже, чем у композиций с техуглеродом и природным мелом и находится на уровне составов с гидрофобным мелом. Это позволит получать более высоконаполненные герметики механизированного нанесения с уменьшенным содержанием пластификатора. По прочностным характеристикам герметики на основе жидкого тиокола, наполненные карбосилом марки КС-20 превосходят герметики, наполненные мелом.
Работа выполнена по государственному контракту № 16.552.11.7012 по теме: «Развитие центром коллективного пользования научным оборудованием комплексных исследований в области создания композиционных полимерных и керамических материалов на основе наночастиц полученных электрофизическими, электрохимическими, сверхкритическими флюидными методами».
Литература
1. Куркин А.И. Влияние дисперсности и содержания мела на свойства герметиков на основе жидкого тиокола. / А.И. Куркин и др.// Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010.- №6.- С. 225-230
2. Толстова О.Н. Свойства шунгитовых наполнителей различных месторождений и их влияние на свойства резин / О.Н. Толстова и др.// Каучук и резина. - 2008. - № 4. - С. 22-26.
3. Ушмарин Н.Ф. Освоение новых шунгитовых наполнителей в производстве РТИ / Н.Ф. Ушмарин, Н.И. Кольцов // Каучук и резина. - 2008. - № 4. - С. 26-29.
4. Пройчева А.Г. О направлениях применения шунгита в производстве резинотехнических изделий / А.Г. Пройчева, Ю.Л. Морозов, С.В. Резниченко // Каучук и резина. - 2007. - №2. - С. 22-24.
© А. Р. Курбангалеева - асп.. каф. химии и технологии переработки эластомеров КНИТУ, [email protected]; И. А. Петлин - магистр той же кафедры; Ю. Н. Хакимуллин - д-р техн. наук, проф. каф. химии и технологии переработки эластомеров КНИТУ, [email protected].
