CC BY
24
5. Лурье, Ю. Ю. Химический анализ производственных сточных вод: учеб. / Ю. Ю. Лурье, А. И. Рыбникова - М.: Химия. -1974. - 280 с.
6. Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды: справочник / Л.А. Кульский, И. Г. Гороновский, А. М. Кочанов-ский и др. - К. Наукова думка. - 1980. - Т.1. - 680 с.
7. Гомеля, И. Н. Оценка эффективности ионитов КУ-2-8 и Aqualite К-100 FC при умягчении воды в присутствии ионов железа / И.Н Гомеля, Ю. А. Омельчук, В. М. Радовенчик // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2008. - №3. - С.62-65.
----------------□ □-------------------
Досліджено фізико-механічні властивості гум, вулканізованих полімерною та ромбічною сіркою, встановлено параметри сіток відповідних вулканізатів
Ключові слова: полімерна сірка, вулканізація, гума
□--------------------------------□
Исследованы физико-механические свойства резин, вулканизированных полимерной и ромбической серой, установлены параметры сеток соответствующих вулкани-затов
Ключевые слова: полимерная сера, вулканизация, резина
□--------------------------------□
Physical and mechanical propertiesof the rubbers vulcanized by polymeric and rhombic sulphur are investigational, theparameters of nets of corresponding vulcanizate are investigated
Keywords: polymeric of sulphur, vulcanization, rubber ----------------□ □----------------
УДК 678.4.046
ЗАСТОСУВАННЯ ПОЛІМЕРНОЇ СІРКИ, ОДЕРЖАНОЇ ПЛАЗМОЛІЗОМ СІРКОВОДНЮ, ЯК ВУЛКАНІЗАТОРА КАУЧУКОВИХ КОМПОЗИЦІЙ
НА ОСНОВІ СКД
З.О. Знак
Доктор технічних наук, профессор*
В.Т. Яворський
Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри *Кафедра хімії і технології неорганічних речовин Національний університет «Львівська політехніка» вул. С.Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013 Контактний тел.: (032)258-27-71 e-mail: zznakz@polynet.lviv.ua
Вступ і постановка проблеми
Якість, надійність та довговічність автомобільних шин та інших відповідальних гумово-технічних виробів залежать від багатьох чинників, одним з яких є міцність адгезійного з'єднання між окремими гумовими деталями та армувальними матеріалами. Високі конфекційні властивості деталей шин забезпечуються при застосуванні як вулканізатора багатьох типів каучукових композицій полімерної модифікації сірки. Однак в Україні вона не продукується і потреби в ній задовольняються виключно за рахунок імпорту [1]. Висока вартість полімерної сірки не дає змоги закуповувати її в необхідних обсягах, а тому в частково замість неї застосовують мелену ромбічну сірку. Перевагою ромбічної сірки є відносно невисока вартість, але, разом
з тим, вона як вулканізуючий агент має ряд недоліків, які зумовлюють ряд складнощів технологічного та експлуатаційного характеру. По-перше, ромбічна сірка гірше змішується з каучуковою композицією, внаслідок чого рівномірність її розподілу в масі є гіршою, ніж полімерної. По-друге, ступінь використання ромбічної сірки при утворенні вулканізаційних зшивок є меншою.
По-третє, сірка, яка не прореагувала, дифундує на поверхню виробу (деталі шини) - “вицвітає”, що різко погіршує адгезійні властивості поверхні і, як наслідок, ускладнює формування багатошарових виробів. Для покращення адгезії сірку з поверхні деталі вилучають за допомогою розчинника, наприклад, бензину. Це різко ускладнює технологічність процесу, підвищує пожежо- та вибухонебезпечність виробництва, погіршує умови праці.
Існуючі традиційні методи одержання полімерної сірки [2] із розплавів чи парів сірки, хоча, на перший погляд, є простими, потребують високих витрат енергії та високотоксичних горючих органічних розчинників. Саме їх незавершеність в технологічному та екологічному планах стала на заваді широкого впровадження в багатьох країнах, зокрема в Україні.
Нами розроблено технологічні основи одержання полімерної сірки плазмохімічним розкладом сірководню [3-6]. Відповідно властивості полімерної сірки, що одержується, зокрема як вулканізатора не вивчені.
Мета роботи полягала у порівнянні властивостей гум, вулканізованих із застосуванням ромбічної сірки
Е
та полімерної її модифікації, одержаної плазмолісом сірководню.
Для порівняння властивостей гум, одержаних із застосуванням різних модифікацій сірки (ромбічної та полімерної), готували каучукові композиції наступного складу (мас.ч.): каучук СКД (ТУ 2294-100-057668012003) - 40; сірка - 3; цинку оксид (ГОСТ 10262-73) - 5; перекис лаурилу (ініціатор) - 1.
Для вулкан ізації застосовували с ірку мелену (ГОСТ 127-76) та полімерну, одержану нами [3]. Основні показники одержаної полімерної сірки відповідали ТУ 11323-01-7-87. Дисперсність обох видів сірки - 0,014...0,073 мм.
Каучукові композиції готували на лабораторних вальцях за температури 70...75 0С і загальноприйнятих режимів змішування. Вулканізацію здійснювали за температур 140±2 і 173±2 0С.
В м і с т незв'язаної сірки у вулканізатах визначали за масою сухого залишку після її екстракції в апараті Соксле-та; як екстрагент використовували ацетон. Аналіз поверхні зразка гуми на предмет наявності сірки, що могла дифундувати із внутрішніх областей, здійснювали методом рентгенофазового аналізу та мікроскопуванням. Рентгенофазовий аналіз проводили за допомогою дифрактометра ДР0Н-2,0 (випромінювання Си (Ка)). Аналіз готриманих рентгенограм проводили на підставі даних, наведених в картотеці ASTM. Мікроскопування здійснювали за допомогою металографічного мікроскопа з окуляром-камерою, комутованою з ПК на базі процесора “Репйит IV”. Структурні параметри вулканізаційної сітки визначали на підставі аналізу даних вимірювань, виконаних на консистометрі Геплера. Фізико-механічні властивості гум досліджували на універсальній випробувальній машині “Као ТіеЬ” модель ЯТ-60Ш та за допомогою твердоміра.
вання та відносне подовження і зменшенню величини залишкової деформації зразка після розривання. У гумах, отриманих за температури 140 0С як за присутності полімерної, так і ромбічної модифікацій сірки, із збільшенням тривалості вулканізації, як і очікувалось, зменшуються величини подовження в момент розривання, відносне подовження, а також залишкова деформація після розривання.
Отримані дані можна трактувати на підставі аналізу вулканізатів та вміст незв'язаної сірки, визначення коефіцієнту вулканізації (розрахованого як відношення маси зв'язаної сірки до маси каучуку), структурних параметрів вулканізаційної сітки та мікроскопування.
Таблицяі
Встановлено, що ромбічна сірка бере участь у процесі вулканізації лише на 65...70 %. Незв'язана сірка мігрує не поверхню вулканізату. Вже через 1.2 доби на поверхні зразка гуми з'являється видимий наліт, частинки якого в збільшенні мають вигляд кристалів з чіткими гранями та площинами (рис. 1 а). Розмір частинок коливається в межах від 60'45 до 10'5 (найбільша кількість частинок з розмірами 20' 10) мкм, а їх кількість на 1 мм2 на різних ділянках виробу складає від 300 до 500. Методом рентгенографічного аналізу встановлено, що це частинки ромбічна сірка, для якої характерні наступні міжплощинні відстані.
Фізико-механічні показники гум, вулканізованих ромбічною та полімерною сіркою
№ Зраз- ка Вулкані- затор (сірка) Умови вулканізації Подо-вженняв момент розривання, 1р, мм Умовна міцність, ар, МПа Відносне подов- ження СєрХ % Залишкова деформація після розривання, 0, % Твердість за Шор А, ум. од.
Тем- пера- тура, 0С Трива- лість, хв.
1 Ромбічна 173 20 92 18 360 35,0 18...21
2 Полімерна 173 20 162 13,2 710 30,0 13...15
3 Ромбічна 140 40 150 10,5 650 46 7,5...11
4 Полімерна 140 40 220 8,4 1090 36 3...4
5 Ромбічна 140 70 105 16,5 425 28 0 .2
6 Полімерна 140 70 174 15,2 770 21 12...14
Результати і обговорення
Фізико-механічні по-
казники гумових сумішей, вулканізованих ромбічною та полімерною сіркою, наведено в табл.1.
Як видно з наведених результатів, застосування як вулканізатора полімерної сірки, порівняно
з ромбічною, в усіх випадках сприяє збільшенню таких показників як подовження в момент розри-
з................................................
Рис. 1. Фотографії поверхні зразків гуми на основі каучуку СКД, вулканізованої сіркою: а — ромбічною, б - полімерною
На дифрактограмі виявлено також дуже чіткі рефлекси при значеннях кутів 29, що дорівнюють 31,80; 34,45; 36,29 град. Вони притаманні ZnO, який входить до складу каучукової композиції.
На відміну від ромбічної полімерна сірка практично повністю вступає в реакцію вулканізації: ступінь перетворення полімерної сірки в об'ємі вулканізату перевищує 97 %. Унаслідок цього подальша дифузія на поверхню зразка гуми не відбувається, відтак частинок сірки на поверхні гуми не виявлено (рис.1 б). Дані мікроскопування підтверджуються рентгенографічно: на дифрактограмах виявлено лише рефлекси цинку оксиду як компонента каучукової композиції; жодних рефлексів сірки не виявлено.
Коефіцієнт вулканізації та параметри
вулканізаційних сіток зразків гум наведено в табл.2. Порівнюючи параметри гум, вулканізованих за 140 0С, можна зробити висновок, що при збільшенні тривалості вулканізації середня молекулярна маса відрізка ланцюга між вузлами сітки (Мс), а відтак ступінь (V) і густота (|л) зшивання є більшими для полімерної сірки. При цьому приріст значення коефіцієнта вулканізації (Кв) із збільшенням часу процесу є більшим для полімерної сірки, ніж для ромбічної сірки. Це відбувається внаслідок глибшого протікання процесу вулканізації внаслідок дедалі повнішого перетворення відповідних модифікацій сірки в активні фрагменти радикальної природи. Більший приріст значень V і ^ для гум, вулканізованих полімерною сіркою, із збільшенням тривалості процесу означає, що з часом довгі зшивки S-S між ланцюгами каучуку скорочуються внаслідок термодеструкції.
Вивільнена сірка, найімовірніше бере участь в утворення нових зшивок, про що свідчить зменшення Мс і збільшення п і т. Разом з тим, на підставі порівняльного аналізу фізико-механічних властивостей різних гум, можна стверджувати, що зв'язок S-S вулканізатів, одержаних із застосуванням полімерної сірки, містять більшу кількість атомів сірки, ніж у випадку ромбічної.
Більша густота зшивок із довшими зв'язками S-S в вулканізатах полімерної сірки (у вулканізатах на основі меленої сірки - навпаки) пояснюється тим, що ступінь зв'язування полімерної сірки у каучуковій композиції є значно вищою, ніж ромбічної.
Отже, структура вулканізаційної сі тки каучуку, вулканізованого полімерною сіркою, є більш зшитою, але за рахунок більшої довжини зв'язків S-S йому в більшій мірі притаманні високоеластичні властивості. Це забезпечує більші значення 1р та єр та меншу твердість за Шор А.
Можна очікувати, що при одержанні наповнених вулканізатів твердість гум, одержаних із застосуванням різних модифікацій сірки, буде схожою, адже в ненаповнених гумах вона відрізняється незначно, а наявність наповнювача її нівелюватиме.
Висновки
Застосування полімерної сірки, одержаної плазмолізом сірководню, забезпечує значно повніше її використання в процесі вулканізації; усуває вицвітання сірки на поверхню виробу; надає виробу кращих фізико-механічних властивостей.
Впровадження результатів роботи дасть змогу покращити технологічний процес виробництва багатошарових гумово-технічних виробів, їх експлуатаційних властивостей, зменшити пожежо- та вибухонебезпечність виробництва.
Подальші дослідження будуть спрямовані на встановлення оптимальних умов вулканізації каучукових
композицій полімерною сіркою.
Література
1. Знак З.О., Яворський
В.Т. Моніторинг шинної промисловості України
та перспектив розвитку її сировинної бази // Науково-технічна інформація, 2005, -№ 3, -С.25-28.
2. Менковский М.А., Яворский В.Т. Технология серы. -М.: Химия, 1985, -325 с.
3. Яворський В.Т., Знак З.О., Гелеш А.Б. Пат.43216 А. Україна. Спосіб отримання полімерної сірки. (Україна).- № 2001042418; Заявл.10.04.2001р.; Опубл.15.11.2001р.; МКІ С
01В17/12; Бюл. №10.-2с.
4. Яворський В.Т., Знак З.О., Гелеш А.Б. Дослідження стабільності полімерної модифікації сірки Вісник ДУ “Львівська політехніка”.- Хімія, технологія речовин та їх застосування.- 2000.- N 395.- С. 9 - 11.
5. Гелеш А.Б., Яворський В.Т., Знак З.О. Залежність деяких
показників одержання полімерної сірки з Na2S2Oз від
Таблиця 2
Структурні параметри вулканізаційної сітки гум
Найменування параметрів Номер зразка (див. табл. 1)
1 2 3 4 5 6
Коефіцієнт вулканізації, КВ, % 4,95 7,12 3,45 3,15 6,30 7,20
Рівноважний модуль високоеластичності, Е, МПа 3,97 2,59 2,50 1,97 3,57 4,23
Середня молекулярна маса між вузлами сітки, Мс, г/моль 5120 8200 7640 9460 5210 4350
Ступінь зшивання, п, моль/г 1,95х10-4 1,22х10-4 1,31х10-4 1,06х10-4 1,91х10-4 2,34х10-4
Густота зшивання, т 2,72х10-4 1,78х10-4 1,64х10-4 1,32х10-4 2,40х10-4 2,87х10-4
Е
концентрації кислоти Вісник НУ “Львівська політехніка”.- Хімія, технологія речовин та їх застосування.- 2001.- N 426.- С.183-186.
6. Яворський В.Т., Гелеш А.Б., Знак З.О. Утилизация отработаных поглотительных тиосульфатных растворов с получением полимерной серы // Сборник научних трудов Междунар. эколог. конгресса “Новое в экологии и безопасности жизнидеятель-ности”.- Санкт-Петербург.- 2000.- С. 388.
-------------□ □---------------
Досліджені властивості функціональних покриттів, одержаних з водних три- та двокомпонентних розчинів фосфатів лужних металів із домішками бури та
поліакриламіду. Одержані
результати дозволяють розглядати ці покриття у якості міжопераційних та підмастильних
Ключові слова: водні розчини, фосфати лужних металів
□----------------------□
Исследованы свойства функциональных покрытий, полученных из водных трех и двукомпонентных растворов фосфатов щелочных металлов с добавками буры и полиакриламида. Полученные результаты позволяют рассматривать такие покрытия в качестве межоперационных и подсма-зочных
Ключевые слова: водные
растворы, фосфаты щелочных металлов
□----------------------□
The properties of functional coatings, obtained from water three- and two-component solutions of alkali metals phosphates with borax and polyakrylamide additions, are investigated. The results of coatings properties investigation allow us to define them as interoperation and lubricating coatings
Key words: water solutions, phosphates of alkaline metals -------------□ □---------------
УДК 621.793 : 621.771 : 620.197. 3 : 661.63
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПОКРЫТИЯ МЕТАЛЛОПРОКАТА НА ОСНОВЕ ФОСФАТОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ
Е. В. Власова
Кандидат технических наук, доцент, докторант * Кафедра покрытий, композиционных материалов и защиты металлов Контактный тел.: (056) 374-80 -36, 097-651-20-94.
Т. Л. Карасик
Кандидат технических наук, доцент * Кафедра химической технлогии керамики и огнеупоров Контактный тел.: 066-173-79-31.
Е. Н . Левко
Кандидат технических наук, доцент Кафедра покрытий, композиционных материалов и защиты металлов *Национальная металлургическая академия Украины Пр. Гагарина, 4, г. Днепропетровск, Украина, 49 600 Контактный тел.:(056) 374-80 -36, 050-363-65-63 E-mail: elena.levko@mail.ru
В. Л. Ковален ко
Кандидат технических наук, доцент ** Контактный тел.: 050 — 955-14-81
А. А. Л изогуб
Бакалавр
**Кафедра технической электрохимии Украинский государственный Химико-технологический университет, Пр. Гагарина, 8, г. Днепропетровск, Украина, 49 600
E-mail: elena.levko@mail.ru Контактный тел.: 067 — 397-90-81
Введение
Наиболее распространёнными средствами межопе-рационной защиты трубной и проволочной заготовок являются неорганические водорастворимые ингибиторы на основе нитритов и хроматов. Однако опыт
их практического применения показывает, что эти составы имеют целый ряд недостатков, к которым относятся вредность и плохие условия труда. К тому же применение хроматов экологически небезопасно из-за их токсичности и сложности обезвреживания [1, 2].
