Синергические системы в многокомпонентных эластомерных материалах - идентификация, анализ, формирование (1090182), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Оно сопряжено с поиском природы исоотношений компонентов, когда поверхность отклика представляет собойэллиптический или гиперболический параболоид.Формирование синергических эффектов, как научно обоснованный путь13решения практических задач рецептуростроения и выбора параметров технологических процессов, может осуществляться по двум основным направлениям: проведение процедуры оптимизации составов эластомерных композиций врамках решения компромиссных задач, с учетом предъявляемых к ним требований; прогнозирование синергических и антагонистических эффектов на основании априорной информации.Согласно первому направлению решение задач оптимизации осуществлялось на основании результатов исследований влияния компонентов синергических систем на свойства ЭКМ в рамках активного эксперимента, анализа диаграммсостав-свойство в широком диапазоне концентраций изучаемых компонентов сиспользованием количественных критериев синергизма и топологических принципов.Второе направление, связанное с прогнозированием синергических иантагонистических эффектов на основании априорной информации, рассмотримна следующем примере, отражающем применение топологических представленийс целью предсказания характера поверхности отклика в не охваченнойэкспериментальными точками области факторного пространства.На рис.

1.7 показаны зависимости прочности резин на основе бутадиенстирольного каучука в двух диапазонах варьирования двух факторов – содержаниятехнического углерода и продолжительности процесса вулканизации.СОДЕРЖАНИЕТЕХНИЧЕСКОГОУГЛЕРОДА, масс.ч.6070 24.522 МПа2426502525.52660272040141230105018161526.527 МПа26.540202530 70758085ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ВУЛКАНИЗАЦИИ, мин2690Рисунок 1.7 – Зависимость условнойпрочности при растяжении (МПа)вулканизатовот продолжительности вулканизациии содержания технического углеродаabВ нижней части рис. 1.7 можно видеть соответствующие графы, особыеточки эллиптического типа на сторонах треугольника имеют валентность 5 иснабжены петлей, особые точки гиперболического типа С1 имеют валентность 2.Особые точки внутри симплекса обозначаются вершинами степени 4.Задача состояла в том, чтобы предсказать характер поверхности впромежуточной области факторного пространства.Используя соотношение (1.6) и ассортимент особых точек для графов (а) и(b), было предсказано, что промежуточная область графика отвечает графу (с)(рис.

1.8). Это структура 5-го класса, для нее Z1=3, C1=1, Z2=1, C2=4, Z3=1.Это было подтверждено при проведении экспериментальных исследованийпо восьми дополнительным измерениям внутри анализируемой области.14СОДЕРЖАНИЕТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА, масс.ч.70252525.525.52624652626.56026.5552227.5 МПа5028454027202726.5252626.535 1630 12102726 25.5252420304050607080ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ВУЛКАНИЗАЦИИ, мин2490сРисунок 1.8 – Обобщенная зависимость прочности вулканизатов от продолжительностивулканизации и содержания технического углеродаТаким образом, применение топологических принципов анализа диаграммсостав-свойство позволяет не только дать количественную оценку качественнымизменениям поверхности отклика при варьировании рецептурно-технологическихфакторов, но и решать задачи формирования и прогнозирования свойств эластомерных материалов.2.

Поиск и анализ синергических систем в эластомерныхкомпозиционных материалах (ЭКМ) на основе каучуков общего испециального назначенияВторая глава диссертации посвящена непосредственно изучению и анализуэффектов совместного действия компонентов рецептур резиновых смесей на основекаучуков общего и специального назначения, предназначенных для изготовленияширокого спектра изделий на основе эластомерных многокомпонентных материалов.

Представлены результаты исследований ЭКМ, где в качестве полимерной основы применяются натуральный (НК) и синтетический (СКИ-3)изопреновые каучуки, стереорегулярный бутадиеновый каучук (СКД), бутадиенстирольные (БСК), бутил (БК) и бутадиен-нитрильные (БНК, ГБНК) каучуки.Для обобщения экспериментального материала и логичного его представлениярезультаты приводятся по трем группам синергических систем:1) низкомолекулярные компоненты (НМК) – компоненты вулканизующейгруппы, твердые дисперсные наполнители;2) высокомолекулярные компоненты (ВМК) – смеси каучуков, комбинацииэластичных наполнителей;3) эластомерные многокомпонентные системы как источники реализациисинергических эффектов при взаимодействии эластомерной матрицы икомбинаций ингредиентов одного целевого назначения.Для комплексной оценки синергических систем были проведены исследования их влияния как на поведение резиновых смесей в технологическихпроцессах, так и на совокупность технических и эксплуатационных свойств ЭКМ.2.1 Исследование синергических систем компонентов рецептуры ЭКМпри формировании технологических свойств резиновых смесейВ работе приведены результаты изучения пласто-эластических и реологических свойств эластомерных материалов при варьировании природы и соотно15шения наполнителей (технического углерода, измельченных вулканизатов,фактиса) в бинарных системах.Известно, что влияние компонентов вулканизующей группы – агентавулканизации, ускорителей, активаторов и ингибиторов процесса преждевременной вулканизации, наполнителей многогранно и определяет поведение эластомерных материалов как в технологическом процессе, так и при формированиисвойств вулканизатов.

Исследования совместного действия этих компонентов впроцессе вулканизации проводилось путем анализа реометрических кривых,полученных на реометрах Монсанто 2000 и RPA 2000, определения вулканизационных характеристик и количественных показателей для оценки синергических и антагонистических эффектов при взаимодействии комбинацийкомпонентов ЭКМ. Для изучения взаимодействия компонентов в бинарных итройных синергических системах в процессе вулканизации резиновых смесей наоснове натурального (SMRL, SVR-3L), бутадиен-стирольного (SBR 1500, СКМС-30АРКМ15), бутадиен-нитрильного (Terban 3467, Krynac 3480) каучуков былиисследованы обычные, полуэффективные, эффективные серные вулканизующиесистемы: бинарные системы – сера/ускоритель; сера/активатор; сера/ингибиторпреждевременной вулканизации (ИПВ); ускоритель 1/ускоритель 2;ускоритель/активатор; ускоритель/ИПВ; активатор 1/активатор 2; тройные системы – сера/ускоритель 1/ускоритель 2; сера/ускоритель/ИПВ;сера/ускоритель/активатор.и комбинации наполнителей: технический углерод П234/измельченный вулканизат (ИВ); фактис/(ИВ), сырье для получения ИВ – вышедшие из эксплуатациилегковые шины.Оценка совместного действия бинарных систем осуществлялась путемнахождения коэффициента бинарного синергизма b12 в уравнении (2.1) поотношению к представленным в табл.

2.1 вулканизационным характеристикам:(2.1)y=b0+b1x1+b2x2+b11x12+b22x22+b12x1x2,где, например, x1 – содержание ускорителя 1, x2 – содержание ускорителя 2.Таблица 2.1 – Определение b12 – коэффициента бинарного синергизмаускорителинаполнителиВулканизационные тиурамД/сульфенамидЦ ИВ/П234 ИВ/П234 Фактис/ИВхарактеристикикаучукиБСКГБНКБСКНКСКИ-3/СКДMmin, дН·м-5.87-0.95-0.00055 -0.000010.0011Mmax, дН·м-7.030.00889 -0.000440.004-28.51ΔM, дН·м-1.20-26.230.00945 -0.000280.005ts, мин13.940.640.000120.001230.003tC(50), мин39.110.002230.0020.0019tC(90), мин14.940.022103.000.01010.0019-13.738.660.00360.00023-0.155Rν, мин16Сопоставительный анализ совместного влияния ускорителей – N-циклогексил2-бензтиазолилсульфенамида (сульфенамид Ц) и тетраметилтиурамдисульфида(тиурам Д) при постоянном содержании других компонентов рецептуры резиновыхсмесей на основе каучуков различной химической природы – БСК и гидрированного бутадиен-нитрильного каучука (ГБНК) на вулканизационные характеристики (табл.

2.1) показал, что соотношение сера/ускоритель, природа второгомономера и степень насыщенности полибутадиеновых звеньев оказывает влияние начувствительность вулканизационных характеристик к взаимодействию ускорителей.Для более глубокого понимания условий возникновения синергическихэффектов при взаимодействии компонентов вулканизующей группы в процессевулканизации для резиновых смесей на основе перечисленных выше каучуковбыли реализованы следующие мероприятия: оценка воспроизводимости реометрических кривых; количественная интерпретация кинетических кривых процесса вулканизации; анализ дифференциальных кинетических кривых с позиции функциираспределения случайных величин;При изучении кинетики вулканизации резиновых смесей на реометреМонсанто 2000 было отмечено, что получаемые реометрические кривые врамках одной рецептуры отличаются низкой воспроизводимостью.Введение безразмерной величины, характеризующей степень вулканизациии равной β=(M–Mmin)/(Mmax–Mmin)[0,1], позволяет устранить влияния неконтролируемых факторов и практически с минимальной погрешностью описать наборреограмм единственной кривой.Для аппроксимации интегральных кинетических кривых первого типа состабилизирующимся во времени значением крутящего момента преимущественно использовалась пятипараметрическая модель:(2.2)M=a+b(1–(1+exp((t+d·ln(21/e–1)–c)/d))–e).здесь M – крутящий момент, t – продолжительность вулканизации, a=Mmin (с учетомэкспериментальных погрешностей), b=ΔM, c=tС(50), d и e – параметры модели, причемd=(tС(90)–tС(50))/(ln(101/e–1)–ln(21/e–1)).При этом не учитывалась нисходящая ветвь реограммы в начальной стадиивулканизации.

Эта модель обеспечивает высокий уровень адекватности и содержательности и характеризуется приемлемыми значениями критериев качествамодели (коэффициент детерминации, стандартная ошибка, критерий Фишера).Степень вулканизации определяется соотношением:(2.3)β=1–(1+exp((t+d·ln(21/e–1)–c)/d))–e.Отсюда(2.4)t=c-dln(21/e-1)+dln(1-(1-β)1/e)-(d/e)ln(1-β).Выражения для вулканизационных характеристик имеют вид:β=0.1 tC(10)= c-dln(21/e-1)+dln(1-(0.9)1/e)-(d/e)ln(0.9);(2.5)β=0.9 tC(90)= c-dln(21/e-1)+dln(1-(0.1)1/e)-(d/e)ln(0.1);β=0.5 tC(50)= c.17Формально рассматривая кривые скорости как функции распределенияслучайных величин, можно провести статистический анализ, включающий расчетстатистических моментов: математическое ожидание (абсцисса центра тяжестифигуры, образованной кинетической кривой); дисперсия (характеристика разбросазначений около математического ожидания), коэффициент асимметрии (в рассматриваемом случае – количественный критерий величины индукционного периода),коэффициент эксцесса (характеристика крутовершинности кривой скорости,позволяющая судить, например, о наличии или отсутствии совулканизации прииспользовании комбинации каучуков).Мода и амплитуда пика кривой скорости:(2.6)Mo=c-dln(e(21/e-1)); A=(1/d)(e/(e+1))e+1.Мода и амплитуда двух пиков кривой «ускорения»:Mo=c+d(lnu-ln(21/e-1)); A=(e/d2)(u(1-eu))/(u+1)e+2;(2.7)u=(3e+1±(5e2+6e+1)1/2)/(2e2).Рис.

Характеристики

Список файлов диссертации