Резинотканевые мембранные материалы на основе гидрированных бутадиен-нитрильных каучуков, страница 2

Достоверность полученныхрезультатов, приведенных в диссертационной работе, базируется наприменении современных методов исследования резинотканевых систем и6технических мембран, а также широком использовании математикостатистических методов обработки результатов.Результаты эксперимента и их обсуждение. В этом разделепредставлены результаты по следующим направлениям:исследование влияния компонентов вулканизующей группы на комплекссвойств эластомерных материалов покровного слоя мембран на основе Therban3467, оценка температурного интервала его работоспособности иагрессивостойкости в различных средах;- создание адгезионных композиций, обеспечивающих требуемыйуровень прочности связи резина покровного слоя – техническая ткань;- разработка технологии и установление основных технологическихпараметров производства резинотканевых мембранных материалов новогопоколения на основе высоконасыщенного бутадиен-нитрильного каучука;совершенствованиеконструкциистендадляиспытанийэксплуатационных свойств технических мембран запорно-регулируемыхустройств арматуро- и приборостроения.Проводимые исследования в рамках диссертационной работы былинаправлены на создание мембранного полотна и технических плоских мембран,которые бы удовлетворяли следующим требованиям:1Температурный интервалэксплуатации:2Рабочие среды:34Толщина полотна:Рабочее давление:Прочность связирезина-ткань:5-50 ÷ +150ºСУглеводороды различных химическихклассов, воздух со следами углеводородов,вода, пар0,25÷1,0 мм≤4МПа≥ 2 кН/мПри проектировании конструкции технической мембраны, выбор типаармирующей ткани осуществлялся на основании экспериментально-расчетныхметодов, предусматривающих экспериментальное определение физическихсвойств материала мембраны в реальных условиях нагружения и последующийрасчет разрывного давления на основе уравнения для осесимметричныхбезмоментных оболочек.На основании литературных и полученных экспериментальных данныхвыбор армирующего материала был сделан в пользу технической полиамиднойткани (артикулы 56023, 56026 ПрЭ89).

Полиамидные технические тканихарактеризуются высокой прочностью при растяжении, отличной стойкостью к7истиранию и ударным нагрузкам, устойчивы к действию многих химическихреагентов, хорошо противостоят биохимическим воздействиям. Максимальнаярабочая температура волокон из алифатических полиамидов составляет 80–150°С. Характер переплетения выбранных тканей – саржа ½, следовательно,пересечения нитей образуют на поверхности ткани диагональные полоски подуглом 45 градусов.

За счет этого ткань является равнопрочной, и при подачедавления на мембрану происходит равномерное равностороннее растяжениемембранного полотна.Согласно первой задаче диссертационной работы исследования былисвязаны с решением вопросов рецептуростроения эластомерных композиций наоснове гидрированного бутадиен-нитрильного каучука производства фирмыLanxess марки Тербан 3467. Анализ патентной и периодической литературы ипроведенные эксперименты показали, что резины на основе именно этой маркиудовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к изучаемым объектам.Показано, что комплекс заданных физико-механических показателейэластомерных материалов можно обеспечить выбором компонентов сернойвулканизующей группы, что позволяет в широком диапазоне регулировать нетолько упруго-релаксационные, но и адгезионные показатели резин.При формировании состава вулканизующей группы с целью повышениясопротивления термическому старению и снижения остаточной деформациисжатия для бутадиен-нитрильных каучуков рекомендовано уменьшениеколичества вводимой серы и использование доноров серы, например,тетраметилтиурамдисульфида, N,N'-дитиодиморфолина, как при частичной, таки при полной замене элементарной серы.

Был организован активныйэксперимент, в рамках которого проведено исследование влияния содержания исоотношения компонентов вулканизующей группы: сера, сульфенамид Ц,тиурам Д и N,N'-дитиодиморфолин на комплекс свойств эластомерныхматериалов на основе Тербан 3467. Интервал изученных концентрацийперечисленных ингредиентов следующий: сера [0; 1], сульфенамид Ц [0; 1],тиурам Д [0; 2] и N,N'-дитиодиморфолин [0; 1] масс.ч. на 100 масс.ч. каучука.Полученные результаты представлены в виде сечений поверхностейотклика вулканизационных характеристик резиновых смесей и физикомеханических свойств резин на основе высоконасыщенных бутадиеннитрильных каучуков.

В качестве примера на рисунке 1 приведены данные,отражающие зависимость вулканизационных характеристик резиновых смесейи показателей резин от соотношения ускорителей Сульфенамид Ц – Тиурам Дпри соотношении Сера: N,N'-Дитиодиморфолин [0,5:0,5 масс.ч.].8Анализ вулканизационных характеристик резиновых смесей – Мmin, Mmax,ΔM, ts, tС(50), tС(90), Rv позволил выявить общие закономерности формированиятрехмерной сетчатой структуры эластомерного материала на основе ГБНК приТвулк=151ºС. Введение серы и N,N'-дитиодиморфолина до 0,5 масс.ч.индивидуально и совместно положительно сказывается на характере изменениятаких характеристик как показатель скорости процесса (Rv) в главном периодеи приращение крутящего момента (ΔM), согласно которому оценивали степеньсшивания вулканизатов.

Повышение содержания указанных компонентов до 1масс.ч. приводит к замедлению процесса вулканизации и уменьшениювеличины ΔM, причем данный эффект наблюдался для случая примененияускорителей Сульфенамид Ц и Тиурам Д как по отдельности, так и в смеси.СОДЕРЖАНИЕ N-ЦИКЛОГЕКСИЛ-2БЕНЗТИАЗОЛИЛСУЛЬФЕНАМИДА, масс.ч.11M min9.20.58.80.58.4 дН⋅м8.0000.20.410.60.81ΔMV=9%40 дН⋅м400.50.40.610.8100.500250.20.410010.40.620.831tSV=10%0.80.20.40.60.811tC(90)00111RV0.5200.64 мин56V=7%15 мин300.20.5500.25540453500V=9%5045 дН⋅м001M max50V=7%V=8%9 мин-17530.20.40.60.81СОДЕРЖАНИЕ ТЕТРАМЕТИЛТИУРАМДИСУЛЬФИДА, масс.ч.Рисунок 1. Влияние соотношения компонентов вулканизующей группы на вулканизационныехарактеристики резиновых смесей(соотношение Сера: N,N'-Дитиодиморфолин [0,5:0,5 масс.ч.]).Мmin – минимальный крутящий момент, д·Нм; Mmax – максимальный крутящий момент, д·Нм; ΔM –приращение крутящего момента, д·Нм; tS – время начала вулканизации, мин.; tС(90) – время, прикотором процесс вулканизации прошел на 90%, мин.; RV – показатель скорость вулканизации, мин-1.Выбор соотношения ускорителей Сульфенамид Ц – Тиурам Д приразличных дозировках серы и N,N'-дитиодиморфолина позволяет регулироватьбезопасность переработки резиновых смесей с точки зрения обеспечениядлительности индукционного периода (tS).

Было показано, что как и длярезиновых смесей на основе бутадиен-нитрильных каучуков в присутствиисеры уменьшение содержания Тиурама Д и замена его на N,N'дитиодиморфолин или систему Сульфенамид Ц/N,N'-дитиодиморфолин9обеспечивает наибольшую безопасность при переработке и требуемую степеньвулканизации.Как известно, механизм ускоряющего и вулканизующего действиякомпонентов вулканизующей группы, в том числе, изученных в работе, сложени многообразен. Он не может быть выражен универсальным уравнением,однако общей химической основой их ускоряющего влияния на протеканиереакций вулканизации является участие их в образовании активных фрагментовсеры, образовании свободных радикалов и активных промежуточныхсоединений.

В результате взаимодействия образующихся свободных радикалови фрагментов серы с молекулярными цепями каучука в различных участкахцепи за время, которое зависит от природы и содержания компонентов,происходит образование структурной трёхмерной сетки с появлением новогокомплекса физико-механических свойств.С учетом влияния компонентов вулканизующей группы навулканизационные характеристики резиновых смесей был подробно исследованкомплекс технических характеристик резин при содержании серы и N,N'дитиодиморфолина не более 0,5 масс.ч. на 100 масс.ч. каучука.В качестве примера на рисунке 2 представлены результаты полногофакторного эксперимента 32, согласно которому оценивали характер измененияпоказателей резин на основе Тербан 3467 путем варьирования содержания двухкомпонентов серной вулканизующей системы – сульфенамид Ц и тиурам Д натрех уровнях концентрации при постоянном содержании серы 0,25 и 0,5 масс.ч.На основании результатов исследования эластомерных материалов,содержащих различные по эффективности вулканизующие системы, установлено,что при температуре вулканизации 151°С наиболее целесообразно применениеэффективных вулканизующих систем со следующим соотношением компонентов:Шифр резиновойсмесиСостав и соотношение компонентов вулканизующейгруппы (на 100 масс.ч.

каучука)тиурам Д/сульфенамид Ц/N,N'-дитиодиморфолин/сера –№1:1,0/0,75/0,5/0,25 масс.ч.тиурам Д/сульфенамид Ц /сера –№2:1,6/0,8/0,5 масс.ч.Преимуществами использования этих систем являются оптимальныйкомплекс физико-механических показателей вулканизатов и более высокаястойкость к старению и накоплению остаточной деформации. При этомдостигается безопасность при переработке в сочетании с оптимальнойскоростью их вулканизации. Основные характеристики резин, содержащихданные вулканизующие системы, представлены в таблице 1.10V=8%V=7%V=10%V=8%V=10%Рисунок 2.

Влияние соотношения компонентов вулканизующей группы на физико-механическиесвойства резин на основе Тербан 3467 (продолжительность вулканизации образцов = tС(90)).1 – условное напряжение при удлинении 300%, МПа; 2 – условная прочность при растяжении, МПа; 3 –относительное удлинение, %; 4 – относительное остаточное удлинение, %; 5 – твердость, усл.