Разработка уплотнительных резин на основе морозостойких каучуков и ультрадисперсных наполнителей для техники севера (1091138), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Якутск, 2006, 2008), XIX Международная конференция молодыхученых и студентов по проблемам машиноведения (г. Москва, 2007 г.) (доклад былотмечен Дипломом за наиболее интересное научное сообщение), 28 ежегоднаямеждународная научно-практическая конф. «Композиционные материалы впромышленности» (г. Ялта, Крым, 2008), Международная конференция«Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследования, применение,экологически чистые технологии производства и утилизации изделий» (г.
Жуковка,Украина, 2008), Международная конференция студентов, аспирантов и молодыхученых «Ломоносов» (г. Москва, 2007, 2008), V International Conference onMechanochemistry and Mechanical Alloying “INCOME - 2006” (July 3 – 6, 2006,Novosibirsk) и др.Публикации. Результаты исследований отражены в 25 публикациях, в т.ч. 3статьи в рецензируемом журнале «Каучук и резина», 2 Патента РФ.На защиту выносятся следующие основные положения: Результаты исследования работоспособности в климатических условияхРеспублики Саха (Якутия) при одновременном воздействии нефти резин наоснове БНКС-18, содержащих новый пластификатор – дибутоксиэтиладипинат,а также резин на основе смесей СКПО/ПТФЭ и СКПО/ПТФЭ, содержащихцеолитовую пасту. Технологические приемы создания высокодисперсных добавок на основеприродных цеолитов Якутского месторождения, заключающиеся как вмеханоактивации минеральных наполнителей, так и в их совместной обработкес дибутоксиэтиладипинатом. Влияние УПТФЭ и высокодисперсных добавок на формирование структуры иосновные эксплуатационные свойства эластомерных материалов на основепропиленоксидного каучука.2www.mitht.ru/e-library Новые рецептуры эластомерных материалов уплотнительного назначения длятехники Севера, обладающих повышенным уровнем износо-, масло- иморозостойкости, а также низким значением остаточной деформации сжатия.Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения,литературного обзора, трех глав с результатами исследования, выводов, спискалитературы и приложения. Материал диссертации изложен на 175 страницахмашинописного текста и содержит 60 рисунков и 26 таблиц. Список используемойлитературы содержит 123 наименования отечественных и зарубежных авторов.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВовведениипредставленообоснованиеактуальностиработы,сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическаязначимость.В первой главе приведен обзор литературных источников, посвященныхособенностям эксплуатации РТИ уплотнительного назначения в суровыхклиматических условиях Республики Саха (Якутия), выявлены основныетребования, предъявляемые к ним. Рассмотрены способы повышения основныхэксплуатационных свойств эластомерных материалов для надежной эксплуатациив условиях холодного климата, среди которых наиболее популярным являетсявведение пластификаторов.
Однако, такие морозостойкие пластификаторы какДБС, не рекомендуется использовать для получения резин, эксплуатирующихся вуглеводородных средах, вследствие интенсивного вымывания, что подтверждаютданные натурных испытаний в климатических условиях г. Якутска. Показано, чтоиспользование композиционного подхода может позволить получить материалы сболее широким спектром физико-механических и технологических свойств посравнению с материалами на основе индивидуальных компонентов, в т.ч.материалы повышенной морозостойкости. А использование ультрадисперсныхминеральных наполнителей является эффективным методом направленногорегулирования свойств резин на надмолекулярном уровне.Во второй главе описаны объекты и методики экспериментальныхисследований. Объектами исследования являлись: резиновые смеси на основебутадиен-нитрильного (БНКС-18) и пропиленоксидного каучуков (СКПО).
БНКС смалым содержанием акрилонитрила традиционно используется для производстваморозостойких РТИ. СКПО синтезирован в середине 80-х гг. во ВНИИСКе, внастоящее время выпускается в опытно-промышленном масштабе наСтерлитамакском заводе синтетического каучука. Вследствие уникальнойморозостойкости и положительных результатов испытаний климатической2www.mitht.ru/e-libraryустойчивости его использование является перспективным для производстваматериалов в арктическом исполнении.Композиции готовили по стандартному рецепту в пластикордере«BRABENDER» PL 2200 при температуре 35-70 С.
Смеси вулканизовали вэлектрическом прессе при температуре 150 С в течение 30 мин.Политетрафторэтилен (ПТФЭ, фторопласт-4, ГОСТ 10007-80) –кристаллический полимер. Тпл кристаллитов +327 °С, Тс аморфных участков – 120°С. Степень кристалличности до спекания 95-98 %, после – 50-70 %. Средниеразмеры частиц порошка – 50-100 мкм. Отличительные свойства: низкийкоэффициент трения, работоспособность в широком диапазоне температур,уникальная химическая стойкость и морозостойкость.Ультрадисперсный политетрафторэтилен (УПТФЭ, Институт химииДальневосточного Отделения РАН, ТУ 2229-004-02698192-2002) обладает, помимохарактеристик, свойственных традиционному ПТФЭ, повышенной адгезией кметаллическим поверхностям и частичной растворимостью (спирт, ацетон).
Этисвойства связаны с наличием новых групп в макромолекулах и нанообразований— блоков и пленок, которые образованы из макромолекул с малым молекулярнымвесом (СF3(C2F4)m CFСF2, СF3(C2F4)kСF3). Средний размер частиц 0,6 мкм, среднеезначение удельной геометрической поверхности – 5,5 м2/см3. Тпл УПТФЭ – 232320°С.(ДБЭА,ТУ2497-127-55778270-2002)Дибутоксиэтиладипинатхарактеризуется хорошей совместимостью с бутадиен-нитрильными каучуками(значение параметра растворимости БНКС-18 = 8,23 (кал/см3)0,5 , ДБЭА = 8,20(кал/см3)0,5 и низкой летучестью (при прогреве резин при 150 ºС в течение 6 чпотеря массы составляет: в случае использования ДБФ – 15,2%, ДБС – 6,9 %,ДБЭА – 1,03%).Цеолит Якутского месторождения Хонгуруу – природный минерал,основным компонентом которого является клиноптилолит (содержание 80%).Общая кристаллохимическая формула (Nа,К)6(Аl6Si30O72)20H2O.
Каркасныйалюмосиликат, обладает высокими адсорбционными свойствами. Размер частиц150-1750 мкм.Бентонит Курганского (БК) и Хакасского (БХ) месторождений – природнаяглина, в которой содержится не менее 70% монтмориллонита. Слоистый силикат сразмером частиц менее 1 мкм. Состав минерала представлен химическойформулой: Мх(Al4-xMgx)Si8O20(OH)4, где М – катион щелочных или щелочноземельных металлов, х=0,5 – 1,3, х – степень изоморфного замещения. Обменныйкатион БК – Ca2+; БХ –– Na+.2www.mitht.ru/e-libraryДля оценки работоспособности уплотнительных резин на основе БНКС-18 иСКПО в экстремальных климатических условиях Севера были проведенынатурные испытания. Для этого образцы резин (цилиндры, пластины), помещенныев нефть Талаканского месторождения, были выдержаны в течение 12 месяцев в неотапливаемом складе в климатических условиях г.
Якутска. Их периодическивынимали и подвергали испытаниям согласно стандартным методикам:определение физико-механических показателей (ГОСТ 270-84), степени набуханияв нефти (ГОСТ 9.034-74), остаточной деформации сжатия (ГОСТ 9.029-74),коэффициента морозостойкости (ГОСТ 408-78).Нефть Талаканского месторождения по плотности относится к легким исредним, по содержанию серы – к малосернистым нефтям. Основу ее бензиновыхфракций составляют алкановые углеводороды, в небольших количествахсодержатся нафтены и ароматические соединения. Масляные фракциихарактеризуются высоким содержанием углеводородов с преобладанием метановонафтеновых структур и относительно невысоким содержанием смолистыхкомпонентов и асфальтенов.Присозданииэластомерныхматериаловсвысокимуровнемэксплуатационных свойств в резиновые смеси на основе СКПО вводили 0,5; 1,0;3,0; 5,0; 10; 15; 20 мас.ч.
УПТФЭ; на основе БНКС-18 УПТФЭ вводили вколичестве 0,5 и 20 мас.ч. и для сравнения фторопласт Ф-4 в аналогичныхдозировках.С целью регулирования фазовой морфологии в полученные смеси полимероввводили цеолитовую пасту, которую получали путем совместной механоактивациицеолитов и ДБЭА в планетарной мельнице АГО-2с, разработанной в Институтехимии твердого тела и механохимии СО РАН (г.
Новосибирск).При разработке эластомерных композитов на основе СКПО и природныхбентонитов, минеральный наполнитель вводили в количестве от 0,5 до 20 мас.ч. Вследующем ряде экспериментов бентониты активировали в планетарной мельницеАГО-2с в течение 3 мин и вводили в СКПО в малых дозировках (от 0,5 до 5 мас.ч).Основные технические характеристики разрабатываемых композицийопределялисогласностандартнымметодикам,приведеннымвыше,износостойкость резин исследовали на приборе АР-40 (ГДР) по методуопределения сопротивления истиранию.Исследование цеолитовой пасты, исходных цеолитов и ДБЭА проводили наИК-Фурье спектрометре «Paragon-1000» фирмы «Perkin Elmer». Изучениеструктуры бентонитовых глин до и после механоактивации, а также эластомерныхкомпозитов их содержащих – на дифрактометре ДРОН-2 методом малоугловой2www.mitht.ru/e-libraryрентгеновской дифракции с Cu-монохроматическим К-излучением в рабочемрежиме 30 kV и 20 mA.Фазовую морфологию композицийисследовалиспомощью методовэлектронной микроскопии (электронный сканирующий микроскоп JSM – 6480LVфирмы «JEOL», снабженный рентгеноспектральной приставкой «Oxford»), атомносиловой микроскопии (АСМ «NTEGRA») и дифференциальной сканирующейкалориметрии на приборе фирмы «NETZSCH» DSC 204 F1 Phoenix.В главе 3 «Комплексная оценка работоспособности уплотнительныхрезин на основе бутадиен-нитрильного и пропиленоксидного каучуков вэкстремальных климатических условиях Севера» приведены результатыисследований климатической устойчивости при совместном воздействии низкихтемператур и нефтяной среды резин на основе БНКС-18, содержащих новыйпластификатор ДБЭА.
Для определения эффективности ДБЭА в работеисследованы две модельные резины на основе БНКС-18, приготовленные постандартному рецепту, первая – содержащая 20 мас.ч. ДБЭА, вторая – 20 мас.ч.дибутилфталата (ДБФ). Исследования резин проводились с 03. 2007 по 03. 2008 гг.Среднемесячные температуры воздуха за этот период были близки к средниммноголетним значениям.Как показали проведенные исследования, влияние диффузионных процессовна свойства резин сводится к следующему: проникновение углеводородовинициирует вымывание пластификатора, при этом изменяется объем и массаобразцов, меняется состав резин. Затем степень набухания обеих модельных резинвозрастает до 10-12 % и достигает равновесного значения, т.е. в дальнейшемпроисходит компенсация потерянной массы материала путем проникновенияуглеводородов в эластомерную матрицу.Диффузионные процессы существенно влияют на весь комплекс свойствисследованных резин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
