Резинотканевые мембранные материалы на основе гидрированных бутадиен-нитрильных каучуков

На правах рукописиШуваева Анна ВячеславовнаРЕЗИНОТКАНЕВЫЕ МЕМБРАННЫЕ МАТЕРИАЛЫНА ОСНОВЕ ГИДРИРОВАННЫХ БУТАДИЕН-НИТРИЛЬНЫХКАУЧУКОВ05.17.06. - Технология и переработка полимеров и композитовАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2011Работа выполнена в Московской государственной академии тонкойхимической технологии имени М.В. Ломоносова на кафедре «Химия итехнология переработки эластомеров»Научный руководитель:кандидат технических наук, доцент Наумова Юлия АнатольевнаОфициальные оппоненты:доктор технических наук, профессор Морозов Юрий Львовичкандидат химических наук, профессор Горчакова Валентина МихайловнаВедущая организация:ОАО «Научно-исследовательский институт резиновой промышленности»Защита состоится 20 июня 2011 года в 1700 часов на заседанииДиссертационного совета Д 212.120.07 при Московской государственнойакадемии тонкой химической технологии (МИТХТ) имени М.В.

Ломоносова поадресу: Москва, ул. Малая Пироговская, д. 1.Отзывы на автореферат, заверенные печатью, направлять по адресу: 119571, Москва,проспект Вернадского, д. 86, МИТХТ им. М.В. Ломоносова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской государственнойакадемии тонкой химической технологии имени М.В. Ломоносова по адресу: Москва,проспект Вернадского, д. 86.Автореферат размещен на официальном сайте МИТХТ им.

М.В. Ломоносова:www.mitht.ruАвтореферат разослан 20 мая 2011 г.Ученый секретарь Диссертационного советаД 212.120.07, доктор физико-математических наук,профессор Шевелев В.В.2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Резиновые и резинотканевые мембраны нашлиширокое применение в авиационной, автомобильной, станкостроительной,химической промышленности, тяжелом и транспортном машиностроении и вомногих других областях народного хозяйства в качестве чувствительныхэлементов приборов и силовых элементов регуляторов. Это связано соспецифическими свойствами мембран – малой жесткостью, большимиобратимыми деформациями, работоспособностью в широком интервалетемператур, высокой прочностью и герметичностью. Такие свойства мембранобусловлены использованием резины в качестве конструкционного материала.Применяемые для изготовления мембран эластомерные материалыдолжны обладать целым комплексом самых разнообразных свойств: высокойпрочностью при разрыве и раздире, низким остаточным удлинением, газо- иводонепроницаемостью, свето-, озоностойкостью и стойкостью к воздействиюразличных жидких сред, требуемым уровнем прочности связи эластомерногопокрытия с текстильными материалами, эластичностью, небольшой массой,долговечностью, стойкостью к истиранию, конкурентоспособностью средианалогичных изделий, представленных на отечественном рынке.Свойства мембранных материалов, в основном, определяютсясоставляющими их элементами – армирующей тканью и эластомернымпокрытием.

При исследовании комплекса свойств мембранного полотна иэксплуатации технических мембран установлено, что срок их службыопределяется сохранностью резинового слоя. В настоящее время припроизводстве технических мембран для авиационной и автомобильнойпромышленности согласно ТУ 38.056206/6018-94, ТУ 38.0566109-88, ТУ38.0051166-98 рекомендуется большой ассортимент резиновых смесей наоснове бутадиен-нитрильных, этилен-пропиленовых, фтор- каучуков, чтосвязано с разнообразными условиями эксплуатации данного классарезинотехнических изделий.

В то же время ужесточение условий эксплуатациизапорно-регулируемых устройств арматуро- и приборостроения обусловливаютповышение требований к чувствительным элементам приборов и силовымэлементам регуляторов.Известно, что в условиях высоких и низких температур, широкогоассортимента агрессивных рабочих жидкостей мембраны, изготавливаемые наоснове фтор- и бутадиен-нитрильных каучуков, не выдерживают требуемыхсроков эксплуатации.

В связи с этим создание универсальных мембранных3материаловновогопоколения,которыеобеспечиваютвысокуюработоспособность и длительный срок службы технических мембран вшироком диапазоне условий эксплуатации, представляет актуальную задачукак с научной, так и с практической точек зрения.Цельдиссертационнойработы.Разработкауниверсальныхэластомерных мембранных материалов и мембран для запорно-регулируемыхустройств арматуро- и приборостроения с комплексом улучшенныхтехнологических и эксплуатационных свойств, удовлетворяющих требованиямсовременной техники, а также расширение областей их применения.Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:1. Разработка научно-обоснованных подходов к рецептуростроениюпокровного слоя эластомерных мембранных материалов, работоспособных вшироком интервале температур (от -50 до +150ºС) и агрессивных сред – амины,спирто- и серосодержащие топлива и масла, вода и пар.2.

Обеспечение требуемой прочности связи резина покровного слоя –техническая ткань путем создания эффективных адгезионных составов.3. Разработка технологии производства резинотканевых мембранныхматериалов нового поколения на основе высоконасыщенных эластомеров.4. Освоениеметодикистендовыхиспытанийрезинотканевыхмембранных материалов и технических мембран для запорно-регулируемыхустройств арматуро- и приборостроения.Научная новизна.Впервые в отечественной практике в качестве полимерной основы дляпокровных мембранных резин предложен эластомерный материал на основегидрированного бутадиен-нитрильного каучука (ГБНК).Впервые предложены промотирующие системы в составе адгезионныхкомпозиций, обеспечивающие требуемый уровень связи резина на основе ГБНК– полиамидная ткань.Решенанаучно-техническаязадачасозданияуниверсальногоэластомерного мембранного материала, сочетающего работоспособность вшироком интервале температурных воздействий -50 ÷ +150ºС и стойкость каминам, спирто- и серосодержащим топливам, маслам, воде и пару.Путемреализации инновационныхконструкционных решенийусовершенствован стенд для испытаний плоских технических мембран поопределению их динамической выносливости, что позволило расширитьдиапазон условий испытаний и повысить точность получаемых результатов.4Практическая значимость.• Создан универсальный эластомерный материал на основевысоконасыщенного бутадиен-нитрильного каучука для технических мембран,который по совокупности эксплуатационных свойств удовлетворяеттребованиям, сформулированным в ТУ 38.056206/6018-94, ТУ 38.0566109-88,ТУ 38.0051166-98 для резин на основе бутадиен-нитрильных, фтор- и этиленпропиленовых каучуков.• Разработана промышленная технология получения резинотканевыхмембранных материалов на основе ГБНК, обеспечивающая изготовлениетехнических мембран с требуемым комплексом конструкционных параметров иэксплуатационных свойств.• ЗАО «РУСТ-95» выпущена партия резинотканевого мембранногоматериала на основе ГБНК Therban 3467 в количестве 100 погонных метров.Акт о выпуске эластомерного материала для технических мембран согласно ТУ2531.014.41554973-2006 прилагается в диссертации.• ООО «ТД Простор-Автоматика» передана в эксплуатацию партиярегуляторов давления РД 015.040.П1100.00.00СБ, оснащенных разработаннымиплоскими техническими мембранами, которые предназначены для поддержаниязаданного давления рабочей среды в трубопроводе и обеспечения заданногорасхода рабочей жидкости.

Выпущенные регуляторы давления РД015.040.П1100.00.00СБ изготовлены в соответствии с ТУ 4218-026-415549732008 и признаны годными к эксплуатации. Акт о выпуске технических мембран(ТУ 2531.014.41554973-2006) прилагается в диссертации.Апробация работы.Материалы диссертации докладывались на XVIII и ХX симпозиумах«Проблемы шин и резинокордных композитов». Москва, 2007 г., 2009 г; былипредставлены в виде демонстрационных образцов на отраслевых выставках(XVIII Международная специализированная выставка «Газ.

Нефть.Технологии» – 2010 г.; 10-я Московская межрегиональная выставка «Нефть игаз», MIOGE 2010).Публикации.По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе 3статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, и 2 – в сборниках докладовнаучных конференций.Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит извведения, литературного обзора, описания объектов и методов исследования,5экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы иприложений.Работа изложена на 175 страницах текста: содержит 32 рисунков и 35таблиц. Список литературы включает 120 наименований.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении сформулированы актуальность темы, цель и основныезадачи настоящей работы.В литературном обзоре даны определения и общая информация оназначении, классификации, областях применения мембранных материалов итехнических мембран.Представлены и обобщены современные данные по материалам,применяемым при изготовлении мембранных материалов и технологиямизготовления технических мембран.

Рассмотрены особенности химическогостроения и принципы рецептуростроения эластомерных композиций на основегидрированных бутадиен-нитрильных каучуков (ГБНК). Проведен анализсовременных текстильных материалов, представленных на отечественномрынке, и обоснован выбор технических тканей, удовлетворяющих требованиям,предъявляемым к техническим мембранам по комплексу эксплуатационныхсвойств.Рассмотрены теоретические и экспериментально-расчетные методыоценки упруго-прочностных и деформационных свойств резинотканевыхматериалов, а также лабораторные стенды для определения прочности идолговечности плоских технических мембран.В главе объекты и методы исследования представлены– резинотканевые материалы на основе полиамидных тканей капрон 56003,56023, 56026 ПрЭ89 и технические плоские мембраны (ТУ 2531.014.415549732006);– резиновые смеси и резины на основе бутадиен-нитрильного каучука маркиБНКС-28 АМН (ОАО «СИБУР Холдинг», ТУ 38.30313) и гидрированногобутадиен-нитрильного каучука марки Therban 3467 («Lanxess», ISO 9002).В работе использовали стандартные методы оценки технологических(пластоэластических, вулканизационных) и физико-механических, эксплуатационных свойств эластомерных материалов.