Модифицированные эластомерные материалы на основе бутадиен-нитрильных каучуков с улучшенными эксплуатационными свойствами

На правах рукописиВРУБЛЕВСКАЯ ЮЛИЯ ИБРЕМОВНАМОДИФИЦИРОВАННЫЕ ЭЛАСТОМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫНА ОСНОВЕ БУТАДИЕН-НИТРИЛЬНЫХ КАУЧУКОВС УЛУЧШЕННЫМИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИСВОЙСТВАМИ05.17.06 – Технология и переработка полимеров и композитовАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2013Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный открытыйуниверситет им. В.С. Черномырдина» на кафедре химической технологиипереработки полимерных материалов и органических веществ и в ООО «РЕАМРТИ» в испытательно-технологической лаборатории.Научный руководитель:доктор технических наук, профессор, заведующийкафедрой химической технологии переработкиполимерных материалов и органических веществШевердяев Олег НиколаевичФГБОУ ВПО МГОУ им. В.С.

ЧерномырдинаОфициальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, советникгенерального директора по научным вопросамМорозов Юрий ЛьвовичООО «Научный исследовательский институтэластомерных материалов»доктор технических наук, профессор, профессоркафедры технологии переработки пластических массШерышев Михаил АнатольевичРоссийский химико-технологический университетим. Д.И. МенделееваВедущая организация:ООО «Опытный завод Резиновых техническихизделий – Подольск»Защита состоится «27» ноября 2013 года в 14.00 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.204.01 созданного на базе Российского химикотехнологического университета им. Д.И. Менделеева по адресу 125047 г.

Москва,ул. Миусская пл., д. 9 (ауд. 443).С диссертацией можно ознакомиться в Информационно-библиотечном центреРХТУ им. Д.И. Менделеева.Автореферат диссертации разослан «18» октября 2013 года.Ученый секретарьДиссертационного советаД 212.204.01Будницкий Ю.М.ВВЕДЕНИЕДля нефтяной, газовой, авиационной, автомобильной и других отраслейпромышленности необходимы уплотнительные эластомерные материалы иизделия,работающиевусловияхнизкихивысокихтемператур,характеризующиеся высокой износостойкостью, стойкостью к эксплуатационнымсредам и низким значением коэффициента трения скольжения.

Применяемые внастоящее время эластомерные материалы не обеспечивают весь комплекстребований, предъявляемых к уплотнительным изделиям, используемым вподвижных узлах и механизмах. Поэтому разработка новых эластомерныхматериалов с улучшенными фрикционными и физико-механическими свойствамиявляется важной технологической, технико-экономической и экологическойпроблемой, имеющей большое народнохозяйственное значение.Попыткисоответствующихразработкивсемуэластомерныхкомплексууплотнительныхпредъявляемыхизделий,требований,предпринимались в двух основных направлениях – создание изделий потрадиционной технологии и по технологии выдержки эластомерных материаловв среде модификатора.

Однако все более высокие требования к надежности идолговечности эластомерных уплотнительных изделий, работающих в режиметрения скольжения, потребовали разработки нового способа их получения. Всвязи с этим, разработка нового способа модификации эластомерных материаловна основе экологически безопасных (с биоразлагаемым эмульгатором) бутадиеннитрильных каучуков типа БНКС, обеспечивающих улучшенные фрикционные ифизико-механические свойства, является актуальной проблемой.Цель работы.

Разработка композиционных эластомерных материалов на основебутадиен-нитрильных каучуков типа БНКС с улучшенными фрикционными (снизким коэффициентом трения и износом) и физико-механическими свойствами.Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:- выбор марки бутадиен-нитрильного каучука типа БНКС для производстваэластомерных уплотнительных изделий с необходимым комплексом свойств;1- выбор эффективных поверхностно-активных веществ (ПАВ) для модификацииэластомерных композиций и материалов на основе БНКС и разработка способамодификации с применением ПАВ для получения уплотнительных изделий сулучшенными фрикционными и физико-механическими свойствами;- установление параметров эффективности ПАВ как антифрикционногомодификатора и их взаимосвязи с фрикционными свойствами (коэффициентомтрения и износостойкостью) эластомерных материалов на основе БНКС;- прогнозирование срока работоспособности уплотнительных эластомерныхматериалов с улучшенными эксплуатационными свойствами; изготовлениеопытно-промышленной партии изделий и проведение их стендовых испытаний;- научно-практические рекомендации по применению разработанного способамодификации для получения уплотнительных изделий на основе БНКС.Научная новизна:- установлено влияние содержания нитрилакриловой кислоты в бутадиеннитрильных каучуках типа БНКС на фрикционные и физико-механическиесвойства эластомерных материалов;- показана эффективность использования полиоксиэтиленгликолей (ПЭГ) вразработанном комбинированном способе модификации;- разработаны рецептуры эластомерных материалов на основе БНКС и новыйкомбинированный способ модификации, позволяющий получать эластомерныематериалысозначительноулучшеннымифрикционнымиифизико-механическими свойствами;- впервые установлена количественная связь между предельной адсорбцией (Гm),площадью, занимаемой молекулой ПАВ (Sm) с коэффициентом трения (f) иизносостойкостью (I) эластомерного материала, что позволило установить, что ГmиSmявляютсяпараметрамиэффективностидействияПАВ,какантифрикционного модификатора;- разработан экспресс-метод оценки ПАВ как антифрикционных модификаторовэластомерных материалов, что позволит оптимизировать процесс их выбора;2- предложено уравнение, устанавливающее связь долговечности эластомерныхуплотнительныхизделий,модифицированныхПАВ,сусловиямиихэксплуатации; на его основе осуществлен прогноз срока службы эластомерныхуплотнительных изделий, модифицированных ПАВ.Практическая ценность:- разработан комбинированный способ модификации, позволяющий получатьэластомерные изделия на основе БНКС с улучшенными фрикционными (с низкимкоэффициентом трения и износом) и физико-механическими свойствами;- полученные результаты положены в основу разработки технологическогопроцесса получения уплотнительных изделий;- на ООО «РТИ-технологии» (г.

Балашиха) разработан и внедрен в производствотехнологическийматериаловспроцесскомбинированнойприменениеммодификацииПАВ-модификаторовфрикционных и физико-механическихдляэластомерныхулучшенияихсвойств; организовано промышленноепроизводство уплотнительных эластомерных изделий с использованием новогоспособа модификации;- на ЗАО «Плаза» (г. Санкт-Петербург) проведены стендовые испытанияуплотнительныхэластомерныхизделийиустановленоихсоответствиетребованиям технической документации по долговечности и эксплуатационнымсвойствам.Апробация работы. Материалы, представленные в диссертации, доложены наXIXом Менделеевском съезде по общей и прикладной химии», Волгоград, 2011 г.;IIой и IIIей Международной научно-технической конференции «Нестационарные,энерго- и ресурсосберегающие процессы и оборудование в химической, нано- ибиотехнологии (НЭРПО-2011 и 2013)», Москва, 2011 г., 2013 г.; Научнопрактической конференция «Каучуки, шины, резинотехника в XXI веке: новое вобласти сырья, технологий, контроля качества и защиты среды обитания»,Москва, 2010 г; Iой и IIой Конференции «Каучуки, РТИ, шины: традиции иновации», Москва, 2011 г, 2012 г; XVIIой и XVIIIой Международной научнопрактической конференции «Резиновая промышленность.

Сырье. Материалы.3Технологии», Звенигород, 2011 г., 2012 г.; IXой Украинской с международнымучастиемнаучно-техническойконференции«Эластомеры:материалы,технология, оборудование, изделия», Днепропетровск, 2012 г; IIIей Всероссийскойконференции «Каучук и Резина-2013», Москва, 2013 г.Публикации. По материалам диссертации опубликовано тристатьи врекомендованных ВАК журналах.

Получен 1 патент. Всего по теме диссертацииопубликовано 18 работ.Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 140 страницахмашинописноготекстаэкспериментальнуюичасть,включаетвведение,обсуждениелитературныйрезультатов,выводы,обзор,списоклитературных источников и приложения, содержит 21 рисунок, 33 таблицы и162 библиографические ссылки.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель изадачи исследования.Литературный обзор (глава 1) посвящен рассмотрению типов и марокбутадиен-нитрильныхкаучуков;механизмовтрениявысокоэластическихматериалов и видов их износа.

Обобщены результаты использования различныхспособовмодификацииэластомерныхматериаловдляулучшенияихфрикционных и физико-механических свойствВо второй главе приведены объекты и методы исследования. Объектамиисследования являлись: производственные эластомерные композиции дляформовых резинотехнических изделий на основе бутадиен-нитрильных каучуковтипа БНКС; неионогенные ПАВ – полиоксиэтиленгликоли с молекулярноймассой(ММ)400(ПЭГ-400)и4000(ПЭГ-4000),оксиэтилированныймоноэтаноламид синтетических жирных кислот фракции С10-С16 (синтамид-510),серосодержащий продукт «Polytron», относящиеся к малотоксичным веществам.Использованы методы: ИК-спектроскопия, термогравиметрический анализ,электроннаямикроскопия,измерениякраевогоугласмачиванияиповерхностного натяжения. Динамические свойства эластомерных материалов4оценивали при помощи динамического механического спектрометра RPA 2000фирмы «Alpha Technologies UK», фрикционные свойства – в соответствии с«Методическими рекомендациями», разработаннымиГОССТАНДАРТОМ,ВНИИ по нормализации в машиностроении и ИМАШ им.

А.А. БлагонравоваРАН.Технологическиеифизико-механическиесвойстваэластомерныхкомпозиций и материалов оценивали по стандартным методикам.Глава 3. Экспериментальные данные и обсуждение результатов1. Изучение эксплуатационных свойств производственных эластомерныхматериалов на основе БНКС для производства уплотнительных изделийОсновными требованиями, предъявляемыми к эластомерным материаламдля создания уплотнительных изделий с высокими эксплуатационнымисвойствами и длительным сроком работоспособности при работе в режиметрения скольжения, является обеспечение необходимых значений относительнойостаточной деформации сжатия; фрикционных свойств (коэффициента трения иизноса); эластичности; условной прочности при растяжении, относительногоудлинения при разрыве и твердости по Шор А после теплового воздействия;изменения массы и объема после воздействия эксплуатационных (агрессивных)сред,атакжетемпературногопределахрупкостиикоэффициентаморозостойкости по эластическому восстановлению.Проведено изучение влияния бутадиен-нитрильных каучуков БНКС сразным содержанием нитрилакриловой кислоты (НАК) – БНКС-18АН,БНКС-28АН, БНКС-40АН, NBR-25LH (южная Корея, аналог БНКС-28АН) на свойствапроизводственных эластомерных материалов для изготовления уплотнительныхизделий.