Разработка уплотнительных резин на основе морозостойких каучуков и ультрадисперсных наполнителей для техники севера

На правах рукописиПортнягина Виктория ВитальевнаРАЗРАБОТКА УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ РЕЗИН НА ОСНОВЕМОРОЗОСТОЙКИХ КАУЧУКОВ И УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХНАПОЛНИТЕЛЕЙ ДЛЯ ТЕХНИКИ СЕВЕРАСпециальность 05.17.06. – Технология и переработка полимеров икомпозитовАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква - 2010www.mitht.ru/e-libraryРабота выполнена в Институте проблем нефти и газа Сибирского отделения РАН иГОУ ВПО Якутском государственном университете им. М.К. Аммосова (г. Якутск).Научный руководитель:доктор химических наукПетрова Наталия НиколаевнаОфициальные оппоненты: доктор химических наук, профессорМирошников Юрий Петровичдоктор технических наук, профессорАльтзицер Владимир СоломоновичВедущая организация: ОАО «Научно-исследовательский институт резиновойпромышленности».Защита состоится «22» февраля 2010 года в 15:00 часов на заседанииДиссертационного совета Д 212.120.07 при Государственном образовательномучреждениивысшегопрофессиональногообразования«Московскойгосударственной академии тонкой химической технологии им.

М.В. Ломоносова»(МИТХТ им. М.К. Ломоносова) по адресу: 119831, г. Москва, ул. МалаяПироговская, д.1.Отзывы на автореферат, заверенные печатью, направлять по адресу: 119571, г.Москва, Пр. Вернадского, д. 86, МИТХТ им. М.В. Ломоносова ученому секретарюдиссертационного совета.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТ им. М.В. Ломоносова.Автореферат размещен на официальном сайте МИТХТ им. М.В. Ломоносова:http://www.mitht.ruАвтореферат разослан «20» января 2010 г.Ученый секретарь диссертационного советаД 212.120.07, доктор физико-математических наук,профессор2www.mitht.ru/e-libraryВ.В.

ШевелевОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Климатические условия северных регионов продолжительное воздействие экстремально низких температур (вплоть до -60 ºС)и температурных перепадов с большой амплитудой (до 30 ºС), оказываютсущественное влияние на эффективность эксплуатации и надежность техники.Работа машин и механизмов в этих условиях носит экстремальный характер и взначительной мере зависит от качества используемых уплотнительных деталей.Так, например, в Республике Саха (Якутия) до 30% случаев выхода из строяразличных механизмов (автомобильный транспорт, горнодобывающая техника,технологические трубопроводы) являются следствием разрушения или частичнойпотери работоспособности резиновых деталей уплотнительного назначения.

Всвязи с этим идет поиск наиболее перспективных модификаторов и разработкановых рациональных рецептур резин, сочетающих высокий уровень морозо-,масло- и износостойкости.Традиционно для создания морозостойких уплотнительных деталейприменяется бутадиен-нитрильный каучук БНКС-18. Для существенногоповышения морозостойкости в него вводят до 30 мас.ч. пластификатора. Припоследующем контакте резинотехнических изделий (РТИ) с углеводороднымисредами происходит интенсивное вымывание пластификатора, что приводит крезкому снижению морозостойкости изделий.Существует несколько подходов к решению этой проблемы. Первыйзаключается в синтезе новых менее летучих пластификаторов, например,дибутоксиэтиладипината, выпуск которого освоен в 2002 г.

«Уральскойхимической компанией» (г. Нижний Тагил).Второй подход связан с широким внедрением новых морозостойких каучукови с созданием на их основе материалов с улучшенным комплексом свойств путемсовмещения с другими полимерами или введением активных наполнителейорганической и неорганической природы. С этой точки зрения большой интереспредставляет пропиленоксидный каучук (СКПО), обладающий высокойморозостойкостью (Тс = -74˚С), озоно- и термостойкостью. Также следует отметитьего высокую устойчивость в условиях натурной экспозиции в углеводороднойсреде при температурах окружающей среды г. Якутска.

Но поскольку подобныйэластомер предполагается использовать для производства уплотнительных деталей,эксплуатирующихся в среде масел, смазок, углеводородных сред в экстремальныхусловиях, то необходимо повысить его износо-, маслостойкость и способность кэластическому восстановлению после снятия нагрузки.www.mitht.ru/e-libraryЦелью работы является разработка и исследование уплотнительных резин наоснове морозостойких бутадиен-нитрильного и пропиленоксидного каучуковпутем введения новых пластификаторов и ультрадисперсных добавокнеорганической и полимерной природы.Для достижения цели предстояло решить следующие задачи:1.

Изучить возможность применения дибутоксиэтиладипината для создания резинвысокой морозостойкости на основе бутадиен-нитрильного каучука и исследоватьклиматическую устойчивость данных резин при совместном воздействии низкихтемператур и нефти;2. Произвести комплексную оценку работоспособности смесей полимеров на основепропиленоксидного каучука и политетрафторэтилена (ПТФЭ) в условиях натурнойэкспозиции в нефти;3.

Разработать рецептуры резин с улучшенным комплексом техническиххарактеристик на основе морозостойких СКПО и БНКС-18 с добавлением порошкаультрадисперсного политетрафторэтилена (УПТФЭ) и установить общие тенденцииизменения свойств резин при введении ПТФЭ, в т.ч. в ультрадисперсном состоянии;цеолитовойпасты,полученнойсовместной4.Исследовать влияниемеханоактивацией цеолитов и дибутоксиэтиладипината в планетарной мельницеАГО-2, на структуру и свойства композиций на основе морозостойких каучуков иПТФЭ, в т.ч. в ультрадисперсном состоянии;5. Разработать оптимальные составы резин с высокими эксплуатационнымипараметрами на основе СКПО и природных бентонитовых глин.Научная новизна работы.Впервые на основании проведения систематических натурных испытанийэластомерных материалов на основе смеси СКПО/ПТФЭ показана перспективностьиспользования композиционного подхода для получения материалов,предназначенных для эксплуатации в условиях совместного действия низкихтемператур (до -55 ºС) и нефти.Прослеженыобщиезакономерностивлиянияультрадисперсногополитетрафторэтилена на фазовую морфологию и свойства резин на основекаучуков различной химической природы (БНКС-18 и пропиленоксидный).Установлено, что введение малых дозировок порошка УПТФЭ, в эластомернуюматрицу приводит к улучшению «поверхностных» свойств композиций (износо- имаслостойкость), что связано с преимущественным концентрированием частицфторполимера в поверхностных слоях материала и способствует защите материалапри эксплуатации.2www.mitht.ru/e-libraryС помощью механохимического синтеза получена минеральная добавка –цеолитовая паста на основе природных цеолитов Якутских месторождений идибутоксиэтиладипината, позволяющая регулировать межфазное взаимодействие иструктуру смесей полимеров (БНКС-18/УПТФЭ, СКПО/УПТФЭ), оптимизированее состав.

Показано, что введение пасты в композиции каучук/УПТФЭспособствует улучшению преимущественно объемных свойств исследованныхматериалов (морозостойкость улучшается в 2 раза, снижается остаточнаядеформация сжатия), что связано с увеличением относительного количества частицУПТФЭ в объеме материала.Впервые получены композиты на основе СКПО и монтмориллонитовых глин(бентониты Курганского и Хакасского месторождений), обладающие высокимуровнем износо-, масло- и морозостойкости, низкой остаточной деформациейсжатия.Практическая значимость.

Впервые проведены натурные испытания резинна основе бутадиен-нитрильного каучука, содержащих новый пластификатордибутоксиэтиладипинат (ДБЭА), в условиях совместного воздействия низкихтемператур и углеводородной среды. Показано, что ДБЭА обладает высокимпластифицирующим действием и рекомендуется для эксплуатации в составе резинна основе БНКС-18. ДБЭА обеспечивает высокий уровень низкотемпературныхсвойств при температурах до -40 ºС.Разработаны рецептуры и технология изготовления морозостойкихматериалов на основе бутадиен-нитрильного и пропиленоксидного каучуков,наполненных УПТФЭ, УПТФЭ в сочетании с цеолитовой пастой и природнымибентонитовыми глинами. Проведены успешные опытно-промышленные испытанияРТИ из данных резин в ООО «Нордэласт» (г. Якутск, Республика Саха (Якутия)) всоставе импортозамещающих уплотнителей и силовых деталей автобусного паркаМУП ЯПАК, что позволяет рекомендовать их к широкому использованию.Достоверность полученных результатов обеспечивается применениемсовременных методов исследования, апробированных методик и современногоиспытательного оборудования, обеспечивающего высокий уровень точностиизмерений и статистической обработкой их результатов.Связь работы с крупными научными программами.

В основу диссертацииположены результаты исследований в рамках научно-исследовательских программи тем: 8.2.4. «Исследование механизмов формирования и управления свойствамиполимерных композитов и создание материалов технического назначения», № гос.рег. 0120.0408281, 2004-2006 гг.; 8.12 «Регулирование структуры композиционныхэластомерныхматериаловпутемвведениядобавок,полученных2www.mitht.ru/e-libraryмеханохимическим синтезом» (Программа Президиума РАН №8 «Разработкаметодов получения химических веществ и создание новых материалов»), 2006-2008гг.; 19.1.1.

«Создание и прогнозирование изменений физико-механических свойствполимерных композиционных материалов для использования в технологическихсистемах и технике нефтегазовой отрасли регионов холодного климата», № гос.рег. 01.2.00705098, 2007-2008гг.; 5.2. Современные проблемы химии материалов,включая наноматериалы по Программе целевых расходов РАН «Поддержкамолодых ученых в 2008 г».Апробация работы.Основные результаты работы и отдельные ееположения были представлены на следующих конференциях: III, IV Евразийскийсимпозиум по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодногоклимата (г.