Создание электропроводящих резин с техническими углеродами серии УМ, обладающими специфическими морфологическими характеристиками, страница 3

Технические углероды серии УМ значительнопревосходят технический углерод П367Э по показателю дисперсности,удельной адсорбционной поверхности, но имеют более низкую структурность,а также кислую реакцию водной дисперсии. Можно предположить, чтокомплекс свойств резиновых смесей и резин, содержащих разные поморфологическим характеристикам наполнители, будет заметно различаться.3.2 Исследование влияния морфологических характеристик техническихуглеродов серии УМ на технологические и физико-механические свойстварезиновых смесей и резинДля изучения влияния специфических особенностей техническихуглеродов серии УМ на вязкостные и вулканизационные характеристикирезиновых смесей были изготовлены и исследованы резиновые смеси на основекаучуков СКН-18СМ, БНКС-18АМНТ, СКН-40КНТ, СКМС-30АРКМ-15 иСКЭПТ ЭНБ.На рисунке 2 на примере резиновых смесей на основе СКМС-30АРКМ-15и СКН-18СМ представлены зависимости минимальной вязкости резиновыхсмесей по Муни (при 120оС) от содержания технических углеродов, а в таблице10 4 – вулканизационные характеристики резиновых смесей (реометр Монсантопри 151оС).110110МИНИМАЛЬНАЯ ВЯЗКОСТЬ ПО МУНИ, усл.ед.МИНИМАЛЬНАЯ ВЯЗКОСТЬ ПО МУНИ, усл.ед.1201004903801702605040302020253035404550СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА, масс.ч.5560СКМС-30АРКМ-151009048037026015040302020253035404550СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА, масс.ч.5560СКН-18СМРисунок 2 – Зависимости минимальной вязкости по Муни резиновых смесейна основе СКМС-30АРКМ-15 и СКН-18СМ от содержания технического углерода:1 – П367Э; 2 – УМ66; 3 – УМ76; 4 – УМ85Таблица 4 – Вулканизационные характеристики резиновых смесей, содержащих40 масс.ч технического углеродаСКМС-30АРКМ-15СКН-18СМПоказатели П367Э УМ66 УМ76 УМ85 П367Э УМ66 УМ76 УМ85τs, мин4,565766,77,58,5τопт, мин 14,5182137,524323942-1V, мин108,36,33,35,53,93,22,9где τs – время подвулканизации, мин; τопт – оптимальное время вулканизации, мин; V –скорость вулканизации, мин-1.Как видно, с ростом содержания наполнителя в резиновых смесях ихвязкость растет.

Рост удельной адсорбционной поверхности наполнителя в рядуУМ66-УМ76-УМ85 приводит к увеличению вязкости.Композиции, содержащие технические углероды УМ76 и УМ85, имеютболее высокие значения минимальной вязкости по сравнению сравнонаполненными композициями, содержащими технический углеродП367Э. Тип эластомерного связующего практически не оказывает влияния навеличину вязкостных свойств резиновых смесей, наполненных техническимиуглеродами серии УМ.На вулканизационные характеристики резиновых смесей оказываетсущественное влияние величина удельной адсорбционной поверхноститехнических углеродов и значение рН его водной суспензии.

По способностизамедлять процесс вулканизации марки технического углерода серии УМможно расположить в следующей последовательности: УМ66–УМ76–УМ85.Именно в такой последовательности растет поверхность наполнителей, котораяможет адсорбировать компоненты вулканизующей группы, и их кислотность,11 замедляющие процесс вулканизации. По сравнению с равнонаполненнымикомпозициями с техническим углеродом П367Э резиновые смеси, содержащиенаполнители серии УМ, имеют увеличенное время подвулканизации инебольшую скорость вулканизации, что приводит к заметному ростуоптимального времени вулканизации.Упруго-прочностные характеристики резин в зависимости от содержаниятехнического углерода приведены на рисунке 3.2016181431102486УСЛОВНОЕ НАПРЯЖЕНИЕПРИ УДЛИНЕНИИ 300%, МПаУСЛОВНОЕ НАПРЯЖЕНИЕПРИ УДЛИНЕНИИ 300%, МПа123416114122108644220253035404550СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА, масс.ч.5522060УСЛОВНАЯ ПРОЧНОСТЬ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ, МПаУСЛОВНАЯ ПРОЧНОСТЬ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ, МПа3035404550СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА, масс.ч.5560243022543201520251253035404550СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА, масс.ч.5522420СКМС-30АРКМ-15218116141210820603253035404550СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА, масс.ч.5560СКН-18СМРисунок 3 – Зависимости физико-механических свойств резин от содержания техническогоуглерода различных марок: 1 – П367Э; 2 - УМ66; 3 – УМ76; 4 – УМ85Как видно, изменение основных характеристик резин (условнойпрочности и напряжения при удлинении 300%) определяется содержаниемтехнического углерода, его морфологическими характеристиками, типомэластомерного связующего.Рост содержания всех исследованных марок технического углеродаприводит к росту напряжений при заданном удлинении, а показатель условнойпрочности изменяется по кривой с максимумом.Характерно, что для резин, содержащих технические углероды серии УМ,значения напряжений при заданном удлинении близки и практически не12 зависят от величины их удельной адсорбционной поверхности.

Следуетотметить, что резины на основе неполярного СКМС-30АРКМ-15 обладаютболее низкими значениями напряжений при заданном удлинении, чемравнонаполненные композиции на основе СКН-18СМ. Резины на основеСКМС-30АРКМ-15, содержащие технический углерод П367Э, превосходят попоказателю напряжений при заданном удлинении резины с техническимиуглеродами серии УМ, а для резин на основе СКН-18СМ эти показатели близки.Использование в качестве наполнителя технических углеродов серии УМпозволяет получать резины с высоким показателем прочности (более 20 МПа).Рост адсорбционной поверхности технических углеродов серии УМ приводит кувеличению показателя условной прочности при растяжении, причем уровеньпоказателя прочности резин на основе СКМС-30АРКМ-15 заметно выше, чем урезин на основе каучука СКН-18СМ.

По показателю прочности резины,наполненные техническими углеродами серии УМ, заметно (на 4-5 МПа)превосходят равнонаполненные композиции, содержащие технический углеродП367Э. На кривых изменения показателя условной прочности резин отсодержаниятехническогоуглеродадляСКМС-30АРКМ-15явнопрослеживается экстремум, соответствующий оптимальному наполнениюкомпозиций, которое лежит в интервале 40-50 масс.ч. и практически не зависитот величины удельной адсорбционной поверхности наполнителей.Таким образом, введение в каучук технических углеродов серии УМувеличило вязкость резиновых смесей, но позволило получить резины сбольшей условной прочностью при растяжении по сравнению с равнонаполненными композициями, содержащими технический углерод П367Э.3.3 Исследование влияния морфологических характеристик техническихуглеродов серии УМ на электрические свойства резинВажнейшей характеристикой электропроводящих резин являетсяпоказатель их удельного объёмного электрического сопротивления (ρv).На рисунке 4 приведены значения ρv резин на основе каучуков общего испециального назначения с различным содержанием исследованных мароктехнического углерода.Как видно из рисунка 4, показатель ρv зависит от марки и содержаниянаполнителя, а также от типа эластомерного связующего.Так, резины на основе каучуков СКН-40КНТ, СКМС-30АРКМ-15 иСКЭПТ ЭНБ проводят электрический ток при введении в них уже 20 масс.ч.технических углеродов серии УМ, а технический углерод П367Э, вводимый втаком количестве, обеспечивает получение электропроводящих резин только наоснове СКН-40КНТ.

В композиции на основе остальных рассмотренныхэластомеров для формирования токопроводящей структуры необходимо ввестиболее 20 масс.ч. любого из рассматриваемых наполнителей.13 1010104ав гагг10а3гб21б10аУ ДЕ ЛЬ Н О Е О Б Ъ Е М Н О ЕЭ ЛЕ К Т РО СО П РО Т И В ЛЕ Н И Е , О м мУ ДЕ ЛЬ Н О Е О Б Ъ Е М Н О ЕЭ ЛЕ К Т РО СО П РО Т И В ЛЕ Н И Е , О м м10в10102а1гб в0б вб в23МАРКА ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА104УДЕ ЛЬН О Е О БЪЕМ Н О ЕЭ Л Е К Т Р О С О П Р О Т И В Л Е Н И Е , О м мУДЕЛЬН О Е ОБЪЕМ Н О ЕЭ Л Е К Т Р О С О П Р О Т И В Л Е Н И Е , О м ма0ваавггббвгв гбб10агвбввб123МАРКА ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА40ав10а-1гбвбвгабг23МАРКА ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДАав гб-11га30 масс.ч.10аг-120 масс.ч.10аб011034140 масс.ч.23МАРКА ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА460 масс.ч.Рисунок 4 – Значения ρv резин с различным содержанием технического углерода: 1 – П367Э;2 – УМ66; 3 – УМ76; 4 – УМ85; а – СКН-18СМ; б – СКН-40КТН; в – СКМС-30АРКМ-15;г – СКЭПТ ЭНБСледует отметить, что использование высокодисперсных техническихуглеродов серии УМ при их содержании до 40 масс.ч.

позволило получить резиныс более низкими значениями ρv, т.е. с более высокой электропроводностью, чем вслучае высокоструктурного технического углерода П367Э. При увеличениисодержания наполнителей свыше 40 масс.ч. ρv равнонаполненных резин стехническими углеродами серии УМ и П367Э различается незначительно.Анализируя комплекс технологических, физико-механических иэлектрических характеристик резиновых смесей и резин, наполненныхтехническими углеродами серии УМ, можно сделать вывод, что наиболееперспективным наполнителем для создания электропроводящих резин являетсятехнический углерод УМ76.3.4 Расчет условного суммарного числа контактов между агрегатамитехнического углерода и прогнозирование электрических характеристикрезинКак видно из проведенных исследований две марки наполнителя –высокодисперсный УМ76 и высокоструктурный П367Э – позволяют получать14 электропроводящие резины с высоким уровнем электропроводности.