Создание электропроводящих резин с техническими углеродами серии УМ, обладающими специфическими морфологическими характеристиками, страница 4

Намиустановлено, что более высокая электропроводность резин имеет место прииспользовании высокодисперсного технического углерода марки УМ76.Для объяснения этого факта было рассчитано условное суммарное числоконтактов между первичными агрегатами технического углерода в модельнойсистеме с использованием данных, полученных с помощью метода КомпАС.Данный показатель позволил объединить содержание технического углерода врезиновой смеси, его дисперсность и структурность.Для расчета условного суммарного числа контактов между первичнымиагрегатами в эластомерной матрице рассматривалась модель со следующимидопущениями: все частицы и первичные агрегаты технического углеродаимеют сферическую форму и состоят из одинакового числа частиц схарактерным для каждой марки одинаковым диаметром.

Условное суммарноечисло контактов между первичными агрегатами рассчитывали по формуле (1):N = Nуд .M.n(1)где Nуд – удельное число агрегатов технического углерода в единице массы; М – массанавески технического углерода, масс.ч.; n – число контактов агрегата технического углеродас соседними агрегатами.В результате проведенного расчета для технических углеродов УМ76 иП367Э определено, что при равном наполнении (до 50 масс.ч.) техническийуглерод УМ76, обладающий высокой дисперсностью, обеспечивает в 1,5 – 2раза большее условное суммарное число контактов между агрегатами, чемвысокоструктурный технический углерод П367Э, что и оказывает влияние на ρvрезин (рисунок 5), позволяя получать более электропроводящие резины.УСЛОВНОЕ СУММАРНОЕ ЧИСЛО КОНТАКТОВМЕЖДУ АГРЕГАТАМИ, N  10 -184035302520УМ761510П367Э50101520253035404550СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА, масс.ч.5560Рисунок 5 – Зависимости условного суммарного числа контактов между агрегатамитехнического углерода от его содержания в эластомерной композицииПри дальнейшем увеличении содержания электропроводных мароктехнического углерода формируется структура с избыточным содержанием15 наполнителя, для которой характерно незначительное различие в количествеконтактов между агрегатами, что графически отражено в сближениизависимостей условного суммарного числа контактов от содержаниярассмотренных марок технического углерода.

Такой характер поведениякривыхподтверждаетэкспериментальнополученныеданныепонезначительному различию ρv при введении в каучук свыше 40 масс.ч.электропроводных наполнителей.3.5 Способы повышения электропроводности резин3.5.1 Влияние комбинаций различных марок технического углерода на комплекссвойств электропроводящих резиновых смесей и резинИспользование в электропроводящих резинах комбинированногонаполнителя, состоящего из электропроводного и обычного печноготехнических углеродов, малоизучено.Техническийуглерод,входящийвсоставкомбинациисэлектропроводным наполнителем, не должен значительно увеличивать вязкостьрезиновых смесей и снижать прочностные характеристики получаемых резин.Среди выпускаемых промышленностью марок технического углеродаперечисленным требованиям удовлетворяет печной технический углерод П803.Изучены резиновые смеси и резины на основе СКМС-30АРК,содержащие 20 и 30 масс.ч.

электропроводного технического углерода УМ76 всочетании с техническим углеродом П803 в количествах 20, 40, 60 масс.ч.Наполнители вводили в резиновую смесь тремя различными способами.Анализируя значения показателя ρv образцов резин после вулканизации иих термостатирования при 120оС в течение 1 часа, представленные в таблице 5,можно заключить, что при использовании комбинации технических углеродовУМ76 и П803 развитая пространственная углерод-эластомерная структураформируется при содержании электропроводного наполнителя ~ 20 масс.ч.

и 40масс.ч. технического углерода П803 (что на 10 масс. ч. меньше, чем прииспользовании индивидуального электропроводного технического углерода).Увеличение содержания технического углерода П803 в комбинированномнаполнителе при фиксированном содержании технического углерода УМ76приводит к снижению показателя ρv, хотя индивидуальное применениетехнического углерода П803 при любом наполнении не позволяет сформироватьуглерод-эластомерную структуру, проводящую электрический ток.Резины, содержащие 30 масс.ч.

технического углерода УМ76 в сочетаниис техническим углеродом П803 в количестве от 20 до 60 масс. ч., имеютзначения ρv более низкие, чем резины, содержащие 30 масс. ч. одноготехнического углерода УМ76, а комбинация УМ76 : П803 = 30 : 60 обеспечиваетполучение более электропроводящих материалов, чем резины, содержащие 40масс.ч. индивидуально введенного технического углерода УМ76.Способ введения наполнителей оказывает влияние на формирующуюсяуглерод-эластомерную структуру и, соответственно, на ρv материала.Наилучшим комплексом электрических свойств обладают резины,16 изготовленные по второму способу введения, при котором технический углеродУМ76 вводится в эластомерную матрицу, уже содержащую техническийуглерод П803.Таблица 5 – Значения удельного объемного электросопротивления резин наоснове каучука СКМС-30АРК, содержащих комбинированный наполнительСодержаниеρvпосленаполнителей,Способ.термостатирования,ρv, Ом ммасс.ч.введенияОм.мУМ76П803>1040>104>1041>104202>104>1043>104>10419362162040283711343>10884116434,360217925,5337473,1069,512128,65,320234,75387,214,41183,230402132,1372,99,4110,42,16025,71,2311,82,34006,61,4Вероятно, получение более электропроводящих резин при использованиив рецептуре комбинации технических углеродов УМ76 и П803 связано сувеличением плотности упаковки агрегатов технических углеродов,существенно отличающихся друг от друга своими размерами.

Будучивысокодисперсным, технический углерод УМ76 при введении его агрегатов врезиновуюсмесьможетзаполнятьпустотымеждуагрегатаминизкодисперсного технического углерода П803, что приводит к увеличениюсуммарного числа контактов между агрегатами и, как следствие, к повышениюэлектропроводности резин и снижению содержания электропроводногонаполнителя до 20 масс.ч.17 Также в работе были исследованы технологические свойства резиновыхсмесей и физико-механические свойства резин, содержащих комбинированныйнаполнитель. Вязкость резиновых смесей с комбинированным наполнителем вовсём диапазоне наполнений меньше, чем вязкость резиновых смесей,содержащих 60 масс.ч. одного электропроводного наполнителя.

Для резиновыхсмесей с комбинированным наполнителем в соотношении УМ76 : П803 = 30 : 60вязкость практически равна вязкости резиновых смесей, содержащих 50 масс.ч.индивидуального технического углерода УМ76.Увеличение содержания технического углерода П803 в комбинированномнаполнителе оказывает влияние на вулканизационные характеристикирезиновых смесей: время подвулканизации уменьшается, возрастает скоростьвулканизации.Увеличение содержания как технического углерода УМ76 прификсированном содержании технического углерода П803, так и содержаниятехнического углерода П803 при фиксированном содержании техническогоуглерода УМ76 приводит к возрастанию значений напряжений при удлинении300 % и показателя сопротивления раздиру.Условная прочность резин с комбинированным наполнителем изменяетсяпо более сложной зависимости.

Для резин с содержанием электропроводногонаполнителя 20 и 30 масс.ч. максимальные значения показателя условнойпрочности при растяжении резин наблюдаются при содержании техническогоуглерода П803 ~ 20 масс. ч., дальнейшее увеличение его содержания приводитк снижению этого показателя.Увеличение содержания технического углерода УМ76 в интерваледозировок 20 – 30 масс.ч.

при фиксированном содержании технического углеродаП803 сопровождается ростом показателя условной прочности при растяжении.Резины, содержащие комбинированный наполнитель, превосходятрезины с 20 и 30 масс.ч. индивидуального технического углерода УМ76 позначениям показателя напряжений при удлинении 300 %, а при содержании 40– 60 масс. ч.

технического углерода П803 приближаются или имеют лучшиепоказатели, чем резины, содержащие 50 – 60 масс. ч. только техническогоуглерода УМ76.Показатель условной прочности при растяжении резин с техническимуглеродом УМ76 при его содержании от 20 до 60 масс.ч. выше, чем у резин скомбинированным наполнителем.Способ введения комбинированного наполнителя практически неоказывает влияния на вязкостные свойства резиновых смесей и прочностныехарактеристики резин.3.5.2 Исследование воздействия жидких агрессивных сред на свойстваэлектропроводящих резинДля исследования воздействия жидких агрессивных сред на комплекссвойств электропроводящих резин были изготовлены эластомерныекомпозиции на основе СКИ-3 и различных типов бутадиен-нитрильныхкаучуков, содержащие от 25 до 60 масс.ч.

технического углерода УМ76. После18 вулканизации исследованные резины на 48 часов помещали в жидкиеагрессивные среды (гептан, бензины марок АИ-80, АИ-92, АИ-95, метилацетат,ацетон) с последующим полным их удалением и термостатированиемиспытуемого материала при 100 – 120оС в течение 1 часа, после чегоопределялись физико-механические и электрические характеристики резин.Происходящие в резинах изменения в результате воздействияагрессивных сред неоднозначно влияют на их физико-механические свойства.Удаление низкомолекулярных соединений повышает взаимодействие каучука снаполнителем и тем самым увеличивает прочностные свойства резин, аснижение молекулярной массы в результате деструкции эластомера уменьшаетих прочность.

Таким образом, преобладание одного или другого процесса водних случаях привело к некоторому увеличению напряжений при удлинении300% и условной прочности, в других – к их уменьшению после удалениярастворителя из резин.Предлагаемый способ комбинированного физического воздействия науже сформировавшуюся в процессе смешения и вулканизации углеродэластомерную структуру позволил снизить значение удельного объемногоэлектросопротивлениярезин.Наибольшийэффектнаблюдаетсяумалонаполненных резин, удельное объёмное электросопротивление которыхснизилось в 15 – 20,5 раз по сравнению с исходным значением (рисунок 6).1825231622041224101384263241134КРАТНОСТЬ СНИЖЕНИЯ  vКРАТНОСТЬ СНИЖЕНИЯ  v1415134421013215143132420253035СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА, масс.ч.050СКН-26СМ253035СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА, масс.ч.50СКН-18СМРисунок 6 – Кратность снижения ρv резин на основе СКН-26СМ и СКН-18СМ в результатекомбинированного физического воздействия: 1 – гептан; 2 – бензин АИ-80;3 – бензин АИ-92; 4 – бензин АИ-95Снижение ρv эластомерных материалов при их контакте с агрессивнымижидкостями, вероятно, связано с образованием более плотной проводящейструктуры наполнителя в материале вследствие удаления из резины частипластификатора и формированием более равномерной углерод-эластомернойструктуры в процессе медленного удаления растворителя.По результатам проведенного исследования подана заявка на патент2011142440/05 (063558) от 20.10.2011г.