Создание электропроводящих резин с техническими углеродами серии УМ, обладающими специфическими морфологическими характеристиками

На правах рукописиКовалева Людмила АлександровнаСОЗДАНИЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ РЕЗИНС ТЕХНИЧЕСКИМИ УГЛЕРОДАМИ СЕРИИ УМ,ОБЛАДАЮЩИМИ СПЕЦИФИЧЕСКИМИМОРФОЛОГИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ05.17.06 – Технология и переработка полимеров и композитовАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква 2012Работа выполнена в Московском государственном университете тонкиххимических технологий им. М.В. Ломоносова на кафедре Химии и технологиипереработки эластомеров им. Ф.Ф. Кошелева.Научный руководителькандидат технических наук, доцентОвсянников Николай ЯковлевичОфициальныеоппонентыдоктор технических наук, профессор, зав. каф.химической технологии переработки полимерныхматериалов и органических веществ МГОУ им.

В.С.ЧерномырдинаШевердяев Олег Николаевичдоктор технических наук, профессор, советникгенерального директора по научным вопросам ООО«НИИЭМИ»Морозов Юрий ЛьвовичВедущая организацияОАО«Научно-исследовательскийрезиновой промышленности»институтЗащита состоится 26 декабря 2012г. в 12 часов на заседанииДиссертационного Совета Д 212.120.07 при ФГБОУ ВПО «Московскийгосударственный университет тонких химических технологий им.

М.В.Ломоносова» по адресу: 119831, Москва, ул. Малая Пироговская, д. 1.Отзывы на автореферат, заверенные печатью, направлять по адресу:119571, Москва, проспект Вернадского, д. 86, МИТХТ им. М.В. Ломоносоваученому секретарю Диссертационного Совета.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТ им. М.В.Ломоносова по адресу: Москва, проспект Вернадского, д. 86.Автореферат размещен на официальном сайте МИТХТ им. М.В.Ломоносова: http://www.mitht.ruАвтореферат разослан «23» ноября 2012г.Ученый секретарьДиссертационного СоветаД 212.120.07, доктор физикоматематических наук, профессорШевелев В.В.2 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы.

Создание электропроводящих эластомерныхматериалов является одним из традиционных направлений кафедры ХТПЭ. Внастоящее время такого рода материалы широко востребованы во многихотрасляхпромышленности.Онииспользуютсядляпроизводстватранспортерных лент, рукавов, клиновых ремней, высоковольтных и шахтныхкабелей, различных датчиков, элементов катодной защиты трубопроводов имногих других изделий.Для создания электропроводящих эластомерных материалов до 80-хгодов прошлого века использовали дорогостоящий ацетиленовый техническийуглерод, который впоследствии был заменен на более доступный печнойтехнический углерод П367Э и П267Э.

Отличительной особенностью строенияацетиленового технического углерода и упомянутых марок печноготехнического углерода являлась их высокая структурность.В настоящее время из-за высокой стоимости исходного сырьяпроизводство технического углерода П367Э и П267Э прекращено. Дляотечественной промышленности производства электропроводящих резиновыхизделий и технического углерода возникла проблема замены техническогоуглерода П367Э и П267Э на более доступные наполнители, так как потребностьв электропроводящих резинах и изделиях не только не уменьшается, но,наоборот, постоянно возрастает.В связи с этим, предприятие ЗАО «ХимПласт» (г. Омск) освоило выпускв промышленных масштабах технических углеродов новой серии УМ (маркиУМ66, УМ76, УМ85) по техническим условиям №38 10001-94 и №38 10002-02c изменениями № 1, 2, 3 из дешевого и доступного высокоароматизированногосырья.Предварительные испытания технических углеродов серии УМ показали,что они могут быть использованы для изготовления электропроводящих резини изделий.

В связи с этим, необходимо было провести обстоятельноеисследование морфологических особенностей данной серии техническихуглеродов и их влияния на комплекс электрических, технологических и физикомеханических свойств резиновых смесей и резин. Безусловно, поставленнаязадача является весьма актуальной.Цель работы. Целью работы является создание электропроводящихрезин и изделий с техническими углеродами новой серии УМ, исследованиеморфологических характеристик технических углеродов этой серии,определение их влияния на технологические, физико-механические иэлектрические свойства эластомерных материалов и изделий, разработкаспособов снижения удельного объемного электросопротивления резин.Научная новизна работы.

Исследованы морфологические характеристикитехнических углеродов новой серии УМ (УМ66, УМ76, УМ85), такие какразмер кристаллитов, дисперсность, удельная адсорбционная поверхность,структурность, параметры пористого пространства агрегатов и др. Показано,что технические углероды серии УМ способны обеспечить высокую3 электропроводность резин при меньшем их содержании по сравнению с ранееприменяемыми для этих целей наполнителями.В модельных дисперсиях технических углеродов серии УМ изученыпроцессы структурообразования и установлено, что в области содержаниянаполнителей от 20 до 30 масс.ч.

значения предельного напряжения сдвига дляних совпадают со значениями этого показателя для технического углерода П367Э.Впервые предложена модель наполненного эластомера для расчетасуммарного числа контактов между первичными агрегатами техническогоуглерода.

Модель учитывает содержание технического углерода вэластомерной композиции, его дисперсность и структурность и позволяетпрогнозировать электрические характеристики резин.Предложен способ повышения электропроводности резин путем введениякомбинации технического углерода УМ76 в количестве 20 или 30 масс.ч.

снизкодисперсным техническим углеродом П803 при его содержании от 20 до60 масс.ч.Показано, что существенное влияние на уровень электропроводностирезин оказывает порядок введения комбинированного наполнителя, которыйдолжен предусматривать вначале введение низкодисперсного техническогоуглерода П803, а затем – электропроводного технического углерода УМ76.Впервые предложен способ комбинированного физического воздействияна сформированную в электропроводящих резинах углерод-эластомернуюструктуру, который позволяет снизить значение ρv в 2  20 раз. Данное воздействиезаключается в набухании резин в растворителях, затем их удалении и последующемтермостатировании резин при 100 ÷ 120оС в течение 1 часа.Практическая значимость.

Изучены новые марки техническихуглеродов серии УМ, резиновые смеси и вулканизаты с которыми обладаютрядом ценных свойств: повышенной стойкостью к подвулканизации, высокимипрочностными характеристиками и высокой электрической проводимостью.Полученные результаты работы позволяют рекомендовать технический углеродУМ76 для создания электропроводящих эластомерных материалов и изделий.Совместно с ООО «НТЦ «РЕАТЭН»» разработаны технические условия№2512-009-28943826-2012 «Смесь резиновая электропроводящая Э-1»,содержащая в качестве электропроводного наполнителя технический углеродУМ76. Из данной смеси свулканизованы пластины 400×400×1 мм и 400×400×2мм в количестве 15 шт.

каждого типа, которые используются в измерительномоборудовании для определения точности приземления парашютистов.Личный вклад автора. Все результаты, представленные в работе,получены автором лично, либо в соавторстве при его непосредственномучастии в постановке и проведении экспериментов, а также анализе и трактовкеполученного экспериментального материала, формулировании положений ивыводов работы.Апробация работы. Основные результаты работы в виде стендовых иустных докладов были представлены на следующих конференциях: XЕжегодная молодежная конференция ИБХФ РАН-ВУЗЫ «Биохимическая4 физика» (Москва, 08 – 10 ноября 2010), XIV Международная научнотехническая конференция «Наукоемкие химические технологии-2012» (Тула,21 – 25 мая 2012), XVIII Международная научно-практическая конференция«Резиновая промышленность. Сырье.

Материалы. Технологии» (Москва,ООО «НТЦ «НИИШП»» 21 – 25 мая 2012), VIII Международнаяконференция«Инновационныенефтехимическиетехнологии-2012»(Нижнекамск, 9  12 октября 2012).Защищаемые положения.- Исследование морфологических характеристик новых мароктехнического углерода серии УМ и их влияния на комплекс свойств резиновыхсмесей и резин.- Создание эластомерных материалов с высокой электропроводностью засчет рецептурно-технологических факторов и факторов дополнительногофизического воздействия на сформированную структуру эластомерного материала.- Возможность использования технического углерода УМ76 для созданияэлектропроводящих эластомерных материалов вместо печного техническогоуглерода П367Э, производство которого в настоящее время прекращено.Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатныхработ, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах и 5 публикаций тезисовв трудах научных конференций, получено решение о выдаче патента наизобретение по заявке 2011142440/05 (063558) от 20.10.2011г.

«Способсоздания электропроводящей эластомерной композиции» (письмо от27.08.2012г.).Структура и объем работы. Диссертация изложена на 120 страницах,содержит 44 рисунка и 19 таблиц. Работа состоит из введения, литературногообзора, объектов и методов исследования, экспериментальной части,заключения (выводов), списка использованных источников, включающего 85наименований, и 2 приложений.Работа выполнена при финансовой поддержке и в рамках ФЦП «Научныеи научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.(государственный контракт №14.740.11.0417, соглашение № 14.B37.21.0291).СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВовведенииобоснованаактуальностьтемыдиссертации,сформулирована цель работы, научная новизна и практическая значимость.1 ЛИТЕРАТУРНО-РЕФЕРАТИВНЫЙ ОБЗОРВ литературно-реферативном обзоре приводится анализ литературы,посвященной роли технического углерода при создании электропроводящихрезин. Рассмотрено строение и основные морфологические характеристикитехнического углерода, его взаимодействие с эластомерами и структураполучаемых композитов.