Массоперенос пластификатора в эластомерных композиционных материалах и их адгезионные свойства

Работа выполнена на кафедре «Химии и технологии переработки эластомеров»Государственного образовательного учреждения высшего профессиональногообразования «Вятский государственный университет».Научный руководитель:кандидат технических наук, доцентФомин Сергей ВалерьевичОфициальные оппоненты:доктор химических наук, профессорИорданский Алексей Леонидовичдоктор химических наук, профессорБерестнев Валентин АркадьевичВедущая организация:ГОУ ВПО Казанский государственный технологический университетЗащита состоится «30» ноября 2009 г. в 16 ч.

30 мин. на заседанииДиссертационного совета Д 212.120.07 при Московской государственнойакадемии тонкой химической технологии имени М.В. Ломоносова по адресу: г.Москва, ул. Малая Пироговская, д.1.Отзывы на автореферат направлять по адресу: 117571 г. Москва, пр.Вернадского, д.

86, Московская государственная академия тонкой химическойтехнологии имени М.В. Ломоносова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московскойгосударственной академии тонкой химической технологии имени М.В.Ломоносова по адресу: г. Москва, пр. Вернадского, д. 86.Автореферат размещен на официальном сайте Московской государственнойакадемии тонкой химической технологии имени М.В.

Ломоносова:http://www.mitht.ruАвтореферат разослан «» октября 2009 года.Ученый секретарь, доктор физикоматематических наук, профессорШевелев В.В2  www.mitht.ru/e-libraryОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Большинство материалов резино-техническойпромышленностипредставляютсобоймногокомпонентныесмеси,включающие в себя широкий спектр ингредиентов.

Для придания изделиямуникальных свойств, например масло-бензостойкости и морозостойкости,применяют смеси различных эластомеров.Однородность композиции, свойства эластомерного материала и изделийиз них определяются совместимостью эластомеров друг с другом, а такжерастворимостью и диффузионными параметрами низкомолекулярныхингредиентов, входящих в их состав, и наличием градиента концентрации.Изменения, происходящие в эластомерной матрице с течением времени:распределение ингредиентов в эластомерной матрице, их растворимость,массоперенос этих веществ, повышение содержания ингредиентов в отдельныхконструкционных элементах в результате массопереноса – приводят к тому, чтопо истечении определенного времени мы имеем дело с композиционнымматериалом,отличающимсяпораспределениюингредиентовотпервоначального.

Все это оказывает влияние на свойства эластомерныхматериалов и готовых изделий на их основе. Например, в случае многослойныхизделий, когда в качестве субстрата выступает эластомерный материал,изменение состава его поверхностного слоя в результате массопереносакомпонентов смеси может привести к изменению прочности всегоадгезионного соединения.Первые представления о роли диффузионных процессов в формированииадгезионного соединения появились в 40-х годах ХХ века, в последующие годыэто привело к формированию диффузионной теории адгезии, предложеннойС.С. Воюцким. Изменение прочности адгезионного соединения в зависимостиот свойств поверхностных слоев материалов, приводимых в контакт, занимаетодно из центральных мест в вопросах диффузионной теории адгезии.Изучение диффузионных явлений в системе адгезив – субстрат нашлодальнейшее развитие в работах А.А.

Берлина, В.Е. Басина, Б.С. Гришина и др.Диффузия, протекающая при контакте адгезива с субстратом, в сочетании сосмачиваемостью, растеканием адгезива по поверхности субстрата,микрореологическими процессами определяет полноту молекулярногоконтакта. Развитие диффузионных процессов на границе раздела системадгезив – субстрат не исчерпывает все факторы, оказывающие влияние напрочность адгезионных соединений, но  очевидна необходимость учитывать ихкак один из этапов формирования адгезионного соединения.Применение общих, универсальных моделей и описаний в вопросевзаимосвязи однородности композиции и ее работоспособности не всегда даетположительные результаты. Одной из причин несоответствия междутеоретическими описаниями и явлениями, которые наблюдаются на практике,связано с применением для них общих схем, которые не могут учитыватьиндивидуальных особенностей всех включаемых в эти системы явлений.3  www.mitht.ru/e-libraryОсобенно это актуально для процессов, протекающих на границе раздела фаз,для гетерогенных и многофазных сред, для материалов со сложной структурой.Однако до самого последнего времени в работах, посвященныхпрогнозированию свойств многокомпонентных полимерных материалов,содержащих низкомолекулярные ингредиенты, и изделий на их основе неучитывается возможность их миграции, массоперенос из одного элементаконструкции в другой и влияние этих процессов на свойства композиции иизделие в целом.Цель работы заключается в изучении влияния массопереносанизкомолекулярныхингредиентоврезиновыхсмесей,напримерепластификатора, на формирование и свойства поверхностных слоевэластомерных композиционных материалов и, в конечном счете, на ихадгезионные свойства.Достижение поставленной цели осуществлялось решением следующихосновных задач:1)изучение изменения состава поверхностных слоев резиновой смесипри хранении;2)оценка диффузионной активности компонентов, участвующих вформировании поверхностных слоев;3)теоретическое описание процессов массопереноса и сопоставлениес результатами экспериментальных исследований;4)выявление влияния природы эластомерной матрицы и диффузантана кинетику процессов массопереноса.5)изучение влияния образующихся в эластомерном композиционномматериале зон и областей, характеризующихся иной концентрациейдиффузанта, чем его концентрация в объеме (исходная) на технологическиесвойства композиции и эксплуатационные свойства готового изделия;6)осуществление попытки прогнозирования процессов формированиясвойств поверхностных слоев в эластомерных материалах и изделиях на ихоснове, основанной на знании параметров совместимости низкомолекулярныхингредиентов с эластомерной матрицей и их диффузионных параметров.Научная новизна заключается в следующем.Выявлены причины нестабильности адгезионных свойств композиции наоснове каучуков СКН-26 и СКМС-30АРК во времени, заключающиеся визменении состава поверхностных слоев резиновой смеси в результатемассопереноса пластификатора и изменении соотношения каучуков вповерхностномслое.Показаназависимостьэтогоэффектаотпродолжительности хранения таких композиций перед вулканизацией.Впервые рассчитаны коэффициенты диффузии ДБС в вулканизаты наоснове каучуков СКН-18, СКН-26, СКН-40 и СКМС-30АРК, которые имеютсправочный характер.

Подтверждено, что характер и интенсивность процессовмассопереноса пластификатора в вулканизаты на основе исследуемых каучуковопределяются совместимостью диффузанта с эластомерной матрицей.4  www.mitht.ru/e-libraryПредложена методика оценки диффузионной активности жидкихнизкомолекулярных компонентов резиновых смесей методами равновесногонабухания и значений величины работы адгезии на границе раздела вулканизат– диффузант, которая может применяться для прогнозирования поведениянизкомолекулярных ингредиентов в эластомерной матрице.Экспериментальные данные, полученные в работе, показывают, чторасчетные концентрационные профили не отражают реальных условийпротекания массопереноса сложноэфирного пластификатора в вулканизатах наоснове индивидуальных каучуков различной полярности.Практическая значимость определяется, тем, что установленнаявзаимосвязь между изменением состава поверхностных слоев в результатепроцессов массопереноса и прочностью склеивания может быть использованадля повышения качества многослойных изделий путем учета влияния временихранения резиновых смесей перед вулканизацией на свойства изделий на ихоснове.

Полученные контурные графики, описывающие изменение свойств отсостава композиции, могут применяться для прогнозирования характеристикрезиновых смесей и вулканизатов без проведения дополнительныхэкспериментов.Даны практические рекомендации предприятиям отрасли по повышениюэксплуатационных характеристик адгезионных соединений, где в качествесубстрата используются эластомерные материалы, а также рекомендации пооценке диффузионной активности низкомолекулярных ингредиентов.На основании результатов работы получено положительное заключениеООО «Рэм-Синтез» о повышении прочности адгезионных соединений приучете влияния продолжительности хранения эластомерных композиций передвулканизацией на прочность связи между слоями при расслаивании.ОАО «Кировским комбинатом «Искож» принята к использованиюметодика оценки диффузионной активности компонентов методамиравновесного набухания и по значениям величины работы адгезии на границераздела вулканизат – диффузант; активно применяются контурные графики,описывающие изменение технологических и эксплуатационных свойств отсостава композиции, для прогнозирования характеристик резиновых смесей ивулканизатов.Апробация работы.