Влияние условий обработки в технологическом процессе на свойства смесей и вулканизатов на основе бутадиен-стирольного каучука

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО сйеНиАльнОГО ОБРА30ВАниЯ РсФсР МОСКОВСКИИ ИНСТИТУТ ТОНКОИ ХНМИЧЕСКОИ ТЕХНОЛОГИИ ии. М. В. ЛОМОНОСОВА На правах рукописи Н. В. ВЕРЕСОТСКАЯ ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ОБРАБОТКИ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ НА СВОЙСТВА СМЕСЕЙ И ВУЛКАНИЗАТОВ НА ОСНОВ Е БУТАДИ ЕН-СТИ РОЛ ЬНО ГО КАУЧУКА Автореферат диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук Руководитель: кандидат технических паук К. Д. Бебрнс Консультант: доктор химических наук профессор Г. Л. Слонимский Москва — 1965.

Работа выполнена ~в Научно-исследовательском югституте шинной промышленности Государственного комитета нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности п~ри Госплане СССР Московский институт тонкой химической технологии нм. М. В. Ломоносова просит Вас и сотрудников Вашего учрежления, интересующихся темой диссертации, принять участие в заседании Ученого Совета или послать свои отзывы.

0 лие и времени защиты за 1О дней будет опубликовано ч газете «Вечерняя Москва». Защита назначена на 1965 г. С диссертапней можно ознакомиться в научно-технической библиотеке института (Москва, Малая Пироговская, д. 1). Лата отправки реферата Ученый секретарь Совета !965 г. (П. Ф. федоров) Введение Перед шинной промышленностью поставлена задача резкого улучшения качества автомобильных .шин прн максимальном использовании синтетических:каучуков. К концу 1965 г, километраж автомобильных шин должен быть повышен в 1;5 раза по сравнению с 1958 г.

Это увеличение жило- метража должно быть достигнуто за счет улучшения конструкции шин, улучшения качества применяемых материалов, более эффективного их использования, а таиже за счет члучшония технологических процессов лзготавления шнн.

Зффектнвное н.пользование материалов,,входящих .в со~та~в резин, как известно может быть достигнуто лишь в том случае, если они хорошо диспергированы в каучуке при изготовлении резиновых омесей..В ряде литературных источников указывается, что только за счет лучшего распределения саж ~в смеси может быть повышена износостойкость ~протекторных резин на 5 — 70/о> Опыт показывает, что эффективное нопользавание в резиновых смесях новых материалов, в основном каучуков и саж, требует внести значительные изменения в технологический п~роцесс изготовления резиновых смесей. В связи с этим в настоящее время осушествляегся переход на двухстадийные режимы смешения с использованием скоростных резнноомеснтелей вьгсокого давления и автоматизацией процесса.

Процессы переработки каучука и резиновых смесей со времени сушестваваиия резиновой, промышленности устанавливались, главным образом, на основе практичеокого опыта. ~При этом основным требованием было и остается то. что ингредиенты должны быть равномерно распределены в резиновой омеси без сии>кения прочности каучуковой фазы. С появлением ~перспективных синтетических каучуков, новых типов саж и других новых ком~понентав резиновых смесей вопросы.

связанные с процессом, переработки каучуков и,резиновых смесей, становятся предметом широнин обсуждений. Наиболее подробно теоретические вопросы смешения обобшены и рассмотрены,в работах Мора ~В. Д. Однако по исследованиям других а~вторав попытки получить уравнения, писываюшие течение смеси в реэиносмесителе, встречают н< преодолимые трудности, которые еще больше увеличива- ются из-за неидеального реологнческого поееьтения реальных термопластичных материалов. Процесс смешения вязкотекучнх полимерных матерна лов рассматривается как сйриг или.вытягивание смешивземых компонентов в приблизительно ~параллельные слон под действием приложенной килы.

Для достижения идеального распределения компонентов в смеси этот сдвиг должен продолжаться до тех .пор, пока толщина отдельных слоев не достигнет порядка размеров частиц смешиеаечых компонен тов. Напряжения сдвига в процессе изготовления и обработки резиновых смесей, с одной стороны, должны быть достаточно ~высокими с тем, чтобы разрушать агломераты ингре. диентов и препятствовать их образованию и, с другой стороны, они не должны превышать критических величин с теы.

чтобы не происходиле механическая деструкция каучуыа. В процессе обработки смесь подвергается переменным напряжениям сдвига от нуля до какой-то максимальной величины. Соответственно меняются и деформации сдвига. Величины деформаций и напряжения сдвига трудно определить и замерить в процессе переработки каучука и смесей. Но так ка~к изменение суммарной величины:напряжений сдвига, при прочих равных условиях пропорционально изменению по.

требляемой мощности, то косвенно по изменению потребляе. мой;мощности можно судить и об изменении напряжений сдемга. В последнее время е отечественной и .в зарубежной литературе вопросам изготовления резиновых смесей уделяется все большее вниыание. В то же время в зарубежнык литературных источниках почти отсутствуют данные ~по пожретиым режимам изготовления смесей иа шинных заводах. Имекшзиеся данные в большинстве случаев относятся к ла. бораторным исследованием, выполненным фирмами — поставщиками материалов для резиновых смесей или оборудования. Значительное внимание уделяется в литературе вопросам влияния механической обработки на свойства полимеров.

В работах Каргина, Слонимского, Борамбойыа, Уотсона н других показано, что переработка полныерое сопроеозкдается развитием механо-киынчеокнх процессов, пке первичныч актом валяется механический разрыв химической связи чежЗву углеводородными атомами .в главной цепи молекул полимера. Этот разрыв, наиболее интенсивно протекает при температурах ниже внтервала еязкотенучего состояния, то есть пока ~полимер еще не нагрелся и обладает известной эластичностью.

Однако до настоящего времени в лнтерагу~ре отсутствовали данные о механо-химических явлениях при практическом изготовлении резиновых смесей и их влиянии на свойства смесей и ~вулканизатов. Целью настоящей работы явилось исследование влияния различных приемов:механнчеокой обработки ~в ~процессе смешения и разработка более совершенных приемов ирн изготовлении н обрабогке резиновых омесей на основе бутадизнстроительного каучука, позволяющих улучшить распределе. ние ингредиентов в смеси и предохранить каучук от механического оазрушення. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Методика работы Объектом исследования явился шроцзсс изготовления и обработки смесей .на основе широко еримеияемых в шинной промышленности различных видов бутадиен-стирольных каучуков и активных печных саж типа ХАФ, АРгСАФ и ФИФ.

Смеси изготавливались по различным режимаы смешения с использованием различных видов оборудования. Результаты наследования проверялись в производственных условиях шинных заводов. Для определения овойств смесей использовались методики и испытания, ~применяемые для оценки шинных смесей. Качество распределения сажи в смеси оценивалось по еезультатам микроанализа. Пласто-эластические свойства смесей 'определялись на .пластомепрах Вильяыса н Дефо. Реаинионная опосабность смеси оценивалась по времени начала образования ~пространственной сетки (то есть начала вулканвэации) при измерении вязкости смеси на внскозиметре ВР-1 и лластометре Гудрича. Дополнительно качество смешения оценивалось е вулканнзатах по разбросу физико-механических показателей.

Кроме того, ~при изучении влияния температурных условий смешения е ~резиносмеснтеле на свойства смесей, опреде- ляли растворимость смесей в .ксилоле по методу определении саж-каучукового геля. Технические свойства шинных резин, изучались по специально ~разработанной программе с лривлечениеи комплекса метовдов, позволяющих оцени~вать эксплуатационные характерисвики резин и шин. Влияние на свойства резни порядка введения в смесь ингредиентов и температуры смешения дополнительно оценивалось по износостойксстн резин на приборах типа Грасселн, ИМИ-3 и Лембурна.

Испытание опытных партий шин с протектором, изготовленным по режимам с различной последовательностью введения чягчителей, производилось в условиях эксплуатации по принятым методикам. 1. Влияние механической деструкции каучука в процессе смешения и обработки иа свойства смесей н вулкаиизатов Резиновые смеси заданного состава на отдельных участках производства подвергаются обработке, как правило, на одном и том же оборудовании, при постоянчой скорости вращения валков лли роторов, постоянных зазорах и прочих разных условиях.

В этом случае напряжения сдвига зависят в основном лишь от вязкости среды, изменяющейся в зависимости зт темпе~ратурных условий как при изготовлении :мсссй, так и прн дальисишей их обработке. а. Влияние механической обработки в процессе смешения на деструкцию каучука Резиновые смеси изготавливаются в закрытых резиномесителях при пос|епенно нарастающей температуре от 20 до !ЗΠ†!60'С. Влияние повышенных температур смешения иа свойства смесей и вулканизатов достаточно широко освещено в литературе. Влияние же инзклх температур, что почти всегда имеет место в начале цикла смешеиля, когда каучук еше может находить я в вы;окоэластическом состоянии и возникают большие напряжения сдвига.

в литературе не освещено. Влияние повыпгенных напряжений сдвига, возникающих при низких температурах смешения. на свойства смесей н вулкаилзатов, исследовалось при изготовлении смесей иа основе маслонаполнеиного бутациен-стнрольного каучука с сажамн типа ХАФ, АИСАФ и ФИФ.

Протекторные смеси с сажами ХАФ и АР(САФ изготовленные по одностадийному релсныу смешения, при конечной |емпературе ниже 100'С, имеют значительно большую склонность к преждевременной вулканизации (повышенную реакционную способность) и несколько меньшую растворимость,в ксилоле, чем смеси наготовленные при температурах 105 — 115'С. В случае введения ускорителей вулканизацнн в смесь вместе с мягчителямн после распределения сажи регкционная способность смесей как прн низких, так и угри высоких температурах смешения значительно ниже, чем при введении ускорителей в смесь в начале цикла. Результаты лабораторных исследований целиком согласуются с результатами, полученными в производственных условиях. Смеси, изгоговлейные з производственных условиях,по здностадийноиу режиму с введением ускорителя в смесь ~в ~начале цикла еьри конечной температуре смешения 95чС, имеют не только повышенную склонность к преждевременной еулканизацим, но уже частично аодвулкаиизовывались в процессе смешения лри пониженных темверагурак.

Смеси, изготовленные при пониженной (95'С) и повышенной (13TС) температурах, имеют практически одинаковую повышенную эласткчность и вязкость, чем смеси, изготовленные при промежуточных температурах !05 — 120'С. Протекторные ссчесн. изготовленные по двухстадийным режимам смешения, прн конечных температурах в первой стадии смшиення ниже 100'С, как и по одностаднйным ре. жимам, характеризуются несколько большей склонностью к преждевременной вулканнзации н меньшей растворимостью в ксилоле, чем смеси.