Разработка уплотнительных резин на основе морозостойких каучуков и ультрадисперсных наполнителей для техники севера (1091138), страница 4
Текст из файла (страница 4)
УПТФЭ и 15мас.ч. пасты при увеличении х8002www.mitht.ru/e-libraryСопоставление электронно-микроскопических и рентгеноспектральныхданных с поверхности и из объема материала позволило заключить, что цеолитоваяпаста концентрируется преимущественно в объеме материала.Рис. 7. Электронная микрофотографияв объеме образца резины на основеСКПО, содержащей 1 мас.ч. УПТФЭ и15мас.ч. пасты при увеличении х800Таблица 1Содержание различных элементов в объеме образца резины на основе СКПО,содержащей 1 мас.ч. УПТФЭ и 15 мас.ч. пастыМетодом атомно-силовой микроскопии показано, что в случае композиций наоснове БНКС-18 и УПТФЭ, содержащих цеолитовую пасту наблюдается подобноеизменение структуры.Дальнейшее изучение механизма действия цеолитовой пасты на структурурезин проводилось методом дифференциальной сканирующей калориметрии.На термограмме ДСК композиции на основе СКПО и 5 мас.ч.
УПТФЭ (рис. 8,а) были зафиксированы два релаксационных пика, связанных со стеклованиемполимеров, что указывает на двухфазность смеси. Максимум при -65,1 °С связан сувеличением Тс СКПО и низкотемпературной фракции УПТФЭ, а пик при -48,3 °С– со смещением на 12 °С Тс в область низких температур высокотемпературнойфракции фторполимера, вследствие термических напряжений.При добавлении цеолитовой пасты в смесь СКПО и 5 мас.ч. УПТФЭ (рис. 8,б), согласно полученным результатам, пики, соответствующие стеклованию СКПОи УПТФЭ смещаются и образуют один релаксационный максимум (Тс = -64,6 ºС),что свидетельствует об улучшении взаимодействия полимеров, вследствие влияниядобавки на уровень межфазного взаимодействия на границе раздела фаз.2www.mitht.ru/e-libraryРис.
8. Термограмма ДСК композиции на основе СКПО и 5 мас.ч. УПТФЭ (а),СКПО и 5 мас.ч. УПТФЭ, содержащей 15 мас.ч. цеолитовой пасты (б)На основании проведенных исследований были предложены рецептурыэластомерных материалов, обладающих оптимальным комплексом свойств дляэкстремальных условий эксплуатации (табл. 2).Таблица 2Основные свойства резин на основе СКПОНаименованиеСКПО исхσp, МПаεp, %6,0 ± 0,2 192±3σ100, МПа∆V, см3ОДС, %Q, %72ч, 100 ºС72ч, 70 ºСKм,-50°С4,9±0,2 0,169 ± 0,021 57,3± 0,8 35,3 ± 0,4 0,88 ± 0,01СКПО+1мас.ч.УПТФЭ7,6 ± 0,1 184,0± 7 5,1 ± 0,2 0,116±0,019 54,4 ± 1,9 31,0±0,2СКПО+0,5 мас.ч.УПТФЭ+паста 7,5± 0,2 200± 8 5,0± 0,3 0,150± 0,014 57± 0,5 26,0± 0,11,001,00Глава 5 «Разработка морозостойких уплотнительных резин на основепропиленоксидного каучука и природных бентонитовых глин».Пропиленоксидный каучук является новым продуктом на рынкеморозостойких каучуков, поэтому исследование возможности модификации егослоистыми силикатами или глинами представляет значительный интерес.
Ранеенами были исследованы композиции на основе СКПО, содержащие каркасныеалюмосиликаты - цеолиты, которые обладали улучшенным комплексом свойств.Введение в количестве от 0,5 до 20 мас.ч. неактивированных бентонитовКурганского (БК) и Хакасского (БХ) месторождений привело к комплексному2www.mitht.ru/e-libraryулучшению свойств резин. Лучшими показателями обладают две рецептуры,содержащие 0,5 мас.ч.
Хакасского или 3 мас.ч. Курганского бентонитов, посколькуони обладают высокой износостойкостью (почти в 2 раза выше, чем у исходнойрезины) и более низкими значениями ОДС (на 30% по сравнению с исходнымматериалом)присохраненииисходныхнизкотемпературных свойств материала.физико-механическихиСопоставление лучших результатов, полученных при модификации резин наосновеСКПОнеактивированнымибентонитами,сактивированныминаполнителями, показало, что механоактивация наиболее эффективна дляпоказателей объемного износа, ОДС и степени набухания (табл.3). В случаекомпозиции, содержащей 0,5 мас.ч. активированного БХ было зафиксированодополнительное улучшение объемного износа на 26% и степени набухания на 8%по сравнению с резиной, содержащей неактивированный бентонит.Таблица 3Основные свойства резин на основе СКПО, содержащих бентониты*НаименованиеСКПО исхСКПО+0,5БХСКПО+0,5БХ(акт.)СКПО+3 БКСКПО+3 БК(акт.)σp, МПа6,0 ± 0,25,9 ± 0,2(↓ 7)5,8 ± 0,3(↓ 3)5,6 ± 0,2(↓ 7)6,0 ± 0,1(0)ΔV, см3ОДС, %57,3± 0,838,2 ± 0,7(↑ 30)51,9 ± 0,5(↑ 3)42,1 ± 0,7(↑ 22)55,2 ± 0,8(↑ 3)0,169 ± 0,0210,098 ± 0,012(↑ 42)0,073 ± 0,015(↑ 57)0,095 ± 0,018(↑ 44)0,089 ± 0,016(↑ 47)Q, %Км, -50°С35,3 ± 0,429,6 ± 0,6(↑ 16)27,3 ± 0,8(↑ 23)27,4 ± 0,5(↑ 22)30,1 ± 0,8(↑ 15)0,88 ± 0,010,91 ± 0, 08(↑ 4)0,75 ± 0,04(↓ 15)0,91 ± 0,04(↑ 4)0,88 ± 0,01(0)*- в таблице в скобках стрелками ↑ и ↓ указано улучшение и ухудшениесвойств соответственно, цифрами – изменения в % по отношению к исходномузначению.Для понимания процессов, происходящих между эластомерной матрицей инаполнителем, были проведены структурные исследования.
Электронномикроскопические и рентгеноспектральные исследования образцов резин на основеСКПО и неактивированных бентонитов показали, что частицы силикатаприсутствуют и на поверхности и в объеме материала, причем на поверхностилокализуется основное количество частиц силикатов. На картах распределенияэлементов в объеме образца резин на основе СКПО и 0,5 мас.ч. БХ при увеличениих50 отчетливо заметно наличие бентонитов (по местонахождению элемента Si и О)(рис. 9), что способствует улучшению износо- и маслостойкости резин.2www.mitht.ru/e-libraryх50SiO$Рис. 9.
Электронная микрофотография и карты распределения химическихэлементов (Si, O) в объеме образца композиции на основе СКПО и 0,5 мас.ч.неактивированных БХ при увеличении х50Механоактивация БХ с последующим их введением в количестве 0,5 мас.ч. вэластомерную матрицу способствует образованию более упорядоченной структуры(рис. 10, а,б). При этом проведение рентгеноспектрального анализа (пораспределению Si) позволило идентифицировать образования и выявитьдостаточно регулярную расположенность частиц бентонитов в композиции (рис.10, в,г). Это приводит к дополнительному улучшению поверхностных свойствкомпозитов.авх3000х800х3000бSiгЭлектронные10.Рис.микрофотографии в объемеобразца резины на основеСКПОи0,5мас.ч.неактивированного БХ (а),активированного БХ (б, в) икарта распределения кремнияпри х800 (г)Результатами рентгенофазового анализа бентонитов и эластомерныхкомпозитов, содержащих 5 мас.ч.
неактивированных БХ показано, что вкомпозитах образуется эксфолиированная структура, которая подтверждаетсяпоявлением дифракционного пика кварца d 3,33 и исчезновением рефлекса,соответствующего d 11,62 (рис.11). Согласно работам многих исследователей2www.mitht.ru/e-libraryисчезновение этого пика связано с интеркаляцией каучука в межслоевоепространство слоистого силиката и дезориентацией слоев глины.Рис. 11. Рентгенограммы бентонита Хакасского месторождения (а), эластомерныхкомпозитов на основе СКПО ненаполненного (б), содержащих 5 мас.ч. БХ (в)Исследование данной композиции методом ДСК показало, что по сравнению сненаполненной резиной на основе СКПО в системе происходит сдвиг Тс на 2 ºС всторону высоких температур (погрешность определения температуры в прибореДСК составляет ±0,1 ºС), что связано с изменениями в структуре композита.Материал в присутствии высокодисперсных бентонитовых глин характеризуетсяменьшей подвижностью макромолекул при нагревании в силу образованиябольшого количества межмолекулярных связей между полимерными цепями иповерхностью частиц наполнителя.Разработанные резины опробованы в производстве резиновых изделий,эксплуатируемых как при высоких (до 150 ºС), так и при пониженных (до -60ºС)температурах в ООО «Нордэласт» (г.
Якутск), что позволяет рекомендовать их кширокому использованию.ВЫВОДЫ1.Исследования работоспособности резин на основе бутадиен-нитрильногокаучука (БНКС-18), содержащих дибутилфталат (ДБФ) и дибутоксиэтиладипинат(ДБЭА) в условиях натурной экспозиции в нефти показали, что ДБЭА обладаетболее высоким пластифицирующим действием, чем ДБФ, и может бытьрекомендован для изготовления резин уплотнительного назначения.
ДБЭАобеспечивает высокий уровень низкотемпературных свойств при температурах до-40 ºС.2www.mitht.ru/e-library2.На основании проведения натурных испытаний материалов на основепропиленоксидного каучука (СКПО) и политетрафторэтилена (ПТФЭ) показанаперспективность использования смесей полимеров для эксплуатации в условияххолодного климата. Резина на основе СКПО и ПТФЭ, содержащая минеральнуюдобавку – цеолитовую пасту на основе природных цеолитов Якутскихместорождений и дибутилфталата, после экспозиции в нефти обладает болеевысоким уровнем морозо-, маслостойкости и остаточной деформации сжатия посравнению с композицией, не содержащей минеральной добавки.3.Установлено, что введение малых дозировок ультрадисперсногополитетрафторэтилена (УПТФЭ) в эластомерную матрицу (БНКС-18 или СКПО)приводит к улучшению «поверхностных» свойств композиций (снижениеобъемного износа и степени набухания в 2 раза), что связано с преимущественнымконцентрированием частиц фторполимера в поверхностных слоях материала испособствует защите материала при эксплуатации.
При этом введение УПТФЭнаиболее предпочтительно по сравнению с введением ПТФЭ, т.к. для достиженияположительного эффекта в резиновую смесь достаточно ввести не более 1 мас.ч.УПТФЭ против 20 мас.ч. традиционного.Показано, что введение минеральной добавки – цеолитовой пасты на основе4.природных цеолитов Якутских месторождений и дибутоксиэтиладипината - всмесь каучук/УПТФЭ способствует улучшению преимущественно объемныхсвойств исследованных материалов (морозостойкость улучшается в 2 раза,снижается остаточная деформация сжатия), что связано с увеличениемотносительного количества частиц УПТФЭ в объеме материала. При этоммеханизм действия цеолитовой пасты заключается во влиянии на уровеньмежфазного взаимодействия, что подтверждается сближением температурстеклования фаз УПТФЭ и СКПО.5.Получены и исследованы композиты на основе пропиленоксидного каучукаи бентонита.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
