Активация серно-ускорительной вулканизации синтетических углеводородных эластомеров в присутствии шунгита (1091596), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Структурная формула представлена в таблице 3.17.ЗамедлительСантогардПВИ).подвулканизацииТакжебыло–N-Циклогексилтиофталимидисследованодействие(ЦТФ,замедлителяподвулканизации [83, 85], характеристики которого представлены в таблице 2.4Растворим в толуоле, бензоле, ацетоне, этиловом эфире и этилацетате, а также втеплом тетрахлориде углерода, этиловом спирте и гептане. Плохо растворим вбензине. Не растворим в воде и в керосине.Таблица 2.4 – Характеристики Сантогард ПВИПоказательвнешний видРезультатбело-коричневый порошокначальная точка плавления, °С, не ниже87потери при нагревании, %0,4плотность при 25 °С, кг/м3133054Стеариновая кислота (С17Н35СООН) – хлопья белого цвета с температуройплавления 70 °С и плотностью 0,99 г/см3. При введении стеариновой кислотыуменьшается вязкость и улучшается обрабатываемость материала.Активаторы серно-ускорительной вулканизации:Оксид цинка (ZnO, ТУ-1721-138-65) представляет собой белый порошокплотностью 5,60 г/см3.
Получается сжиганием металлического цинка вспециальных муфельных печах. Оксид цинка в резиновых смесях играет весьмаважнуюроль:онявляетсяактиваторомускорителей,усиливающимнаполнителем, белым красителем и теплопроводящим наполнителем, снижающимтеплообразование при многократных деформациях.Минерал шунгит. Шунгиты Зажогинского месторождения – уникальноеприродное образование. Необычное сочетание состава, структуры и свойств этогоматериала является причиной не утихающего интереса к шунгиту.
Химическийсостав шунгитов Зажогинского месторождения представлен в таблице 2.5 [86].Таблица 2.5 Химический состав шунгитов Зажогинского месторожденияКомпонент SiO2 TiO2 Al2O3 FeO MgO CaO Na2O K2O SСостав, %57,00,24,02,51,20,30,21,5C1,2 29,0H2O крист.4,2Шунгитовый углерод по рентгеновским характеристикам представляетсобой некристаллическую форму углерода с графитоподобной структурой.Вместе с тем в шунгите отсутствует строго регулярная графитовая структура.
Посравнению с графитовым монослоем, поликонденсированная ароматическая сеткашунгита дефектна, сильно деформирована и характеризуется увеличеннымимежатомными расстояниями. В шунгитовых породах шунгитовый углерод приего содержании более 20 % образует матрицу, в которой равномернораспределены зерна силикатных минералов. Несмотря на отсутствие химическихсвязей между основными составляющими – углеродом и SiО2, они не разделяютсяпри измельчении и представляют собой две взаимопроникающие мозаичныеструктуры [69]. Именно поэтому шунгит выступает в роли наполнителя врезиновых смесях, обладающего способностью смешиваться с полимерамиразной полярности, со связующими как органической, так и неорганической55природы.Крометого,шунгитхарактеризуетсяразвитойвнутреннейповерхностью и высокой адсорбционной активностью по отношению к воде,карбоновым кислотам и спиртам.
В данной работе исследовали его роль какактиватора серно-ускорительной вулканизации.Карбид кремния* (карборунд) — бинарное неорганическое химическоесоединение кремния с углеродом. Химическая формула SiC. практически невзаимодействуетсбольшинствомкислот,кромеконцентрированныхфтористоводородной (плавиковой), азотной и ортофосфорной кислот. Способенвыдерживать нагревание на открытом воздухе до температур порядка 1500°С.Определяли объёмное распределение по размерам частиц методом дифракциилазерного луча на приборе LS 13 320 (смотри 2.1.5). Средний размер частицисследованного SiC составляет 63,38 мкм. В условиях 2 средний размер частицстановитсязначительнополупроводникомсменьшешириной2,56мкм.запрещеннойКарбидзоны 2,86кремнияявляетсяэВ. Известно оиспользованию его в качестве наполнителя [87], но в данной работе былорассмотрено его действие как активатора.*Автор выражает благодарность Волжскому политехническому институту(филиал) Волгоградского технического университету и лично д.т.н.
проф. В.Ф.КабловуНаполнители.Техническийуглерод(техуглерод,сажа,ТУ)–высокодисперсный углеродистый материал, который образуется при неполномсгоранииилитермическом разложенииуглеводородов, содержащихся вприродных или промышленных газах, а также в жидких продуктах нефтяного иликаменноугольного происхождения [36, 83].Техуглерод N220 – высокодисперсная усиливающая марка техническогоуглерода (таблица 2.6). Обеспечивает высокое сопротивление истиранию ираздиру, относительно низкий модуль.56Таблица 2.6 – Характеристики ТУ N220ПоказательРезультатЙодное число, г/кг125±5pH водной суспензии в пределах7-10Потери при нагревании при 105 °С, %, не более1,0Зольность %, не более0,45Массовая доля общей серы, %, не более1,1Светопропускание толуольного экстракта, % не менее75Насыпная плотность см3/100г, не менее330Техуглерод N330 – высокодисперсная усиливающая марка техническогоуглерода(таблица2.7).Обеспечиваетвысокийпределпрочностиприрастяжении, хорошее сопротивление истираниюТаблица 2.7 – Характеристики ТУ N330ПоказательРезультатЙодное число, г/кг77 – 87pH водной суспензии в пределах6-8Потери при нагревании при 105 °С, %, не более1,2Зольность %, не более0,45Массовая доля общей серы, %, не более1,1Светопропускание толуольного экстракта, % не менее85Насыпная плотность см3/100г, не менее340572.2.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ2.2.1 Изготовление резиновых смесей, вулканизацияПриготовление, смешение и вулканизацию резиновых смесей проводили, всоответствии с рекомендациями, изложенными в ГОСТ 30263-96 [88]. Рецептурырезиновых смесей подробно представлены в разделе 3. Резиновые смесиизготавливалиналабораторномрезиносмесителеобъемом100см3подвухстадийному режиму смешения.
Компоненты, входящие в состав смесей,отнесены к 100 масс. ч. каучука. При испытаниях был проведен пересчет награммы, исходя из потребностей. Масса загрузки в граммах для лабораторныхвальцов составляла от 30 до 50 г. Масса загрузки в граммах для закрытогорезиносмесителя была равна номинальной вместимости резиносмесителя вкубических сантиметрах, умноженной на плотность смеси.Режим смешения резиновых смесей на лабораторных вальцах представленниже (в скобках указано общее время от начала смешения):Каучук → (0-3) минАктиватор и стеариновая кислота → (6-7) минУскоритель → (7,5) минСера → (8-9,5)минОбщее смешение → (10,5) минРежимсмешениярезиновыхсмесейналабораторномпредставлен ниже (в скобках указано общее время от начала смешения):Каучук→ (0-2) минТехнический углерод→ (2-6) минАктиватор и стеариновая кислота→ (6-7) минУскоритель → (7-8) минОбщее смешение → (8-10) минСера вводилась дополнительно на лабораторных вальцах.Сера → (10-11) минСмешение → (11-12) минсмесителе58Приготовление стандартных вулканизованных пластин для полученияобразцов в виде двойной лопатки осуществляли с помощью пресса собогреваемыми плитами так, чтобы никакая часть вулканизуемой резиновойсмеси не находилась ближе 30 мм oт края плиты.
Пресс-форму нагревали всомкнутом прессе до температуры вулканизации с предельным отклонением ±0,5°С и выдерживали при этой температуре не менее 20 мин до помещения в нееневулканизованных заготовок. Толщина пластин для физико-механическихиспытаний составляла 1 мм, для сканирующей электронной и атомно-силовоймикроскопии 2 мм.Вулканизацию проводили в электропрессе при температурах 150, 155,160 °С, давлении 200 кгс/см2, в течение необходимого времени с предварительнойподпрессовкой в течение 20 сек.2.2.2 Исследование кинетики вулканизации резиновых смесей. Проведениединамических испытаний вулканизатовИспытания с использованием безроторного осцилляционного реометра дляизмерения реологических свойств каучука и невулканизированных резиновыхсмесейпроводилисогласнорекомендациямГОСТР54547-2011[89].Виброреометрия относится к динамическим методам испытания вязкоупругихматериалов: образец подвержен знакопеременным (циклическим) сдвиговымдеформациям при сравнительно малых амплитудах в широком диапазонеизменения частот колебания.Исследованиевулканизационныххарактеристикрезиновыхсмесейпроводили на приборе ротационного типа фирмы "Alpha Technologies" RPA-2000.Принцип работы основан на определении комплексной функции откликакрутящего момента S*, которая не совпадает по фазе с деформацией вследствиевязкоэластической природы исследуемого каучука.
Угол δ количественноопределяет отклик. Из комплексной функции отклика крутящего момента S* ифазового угла δ, могут быть получены эластический крутящий момент S'59(совпадающий по фазе с приложенной деформацией) и вязкостный крутящиймомент S'' (отстающий на угол δ от фазы, приложенной деформацией) (рисунок2.1) [42].Рисунок 2.1 – Приложенная синусоидальная деформация и получающаяся врезультате функция отклика напряжения [42]Образецзакладываливгерметичнуюиспытательнуюкамеру.Двебиконические формы прямого нагрева давали возможность быстро и точнорегулировать температуру с точностью ± 0,3 °. Крутящий момент передавался отколеблющейся нижней полуформы на высокочувствительный датчик крутящегомомента расположенный в верхней полуформе.
Сигнал датчика передавался вкомпьютер. Были получены зависимости величины крутящего момента отвулканизации. Испытания считались законченными, при достижении значенияравновесного крутящего момента, когда достигается максимум или когдаскорость увеличения крутящего момента не изменялась.Были получены следующие данные:Минимальный крутящий момент (ML), дН·мМаксимальный крутящий момент (MH), дН·мВремя начала подвулканизации (tS1), минВремя достижения 90% вулканизации (t90), минСкорость вулканизации*, дН·м/мингде скорость вулканизации, была рассчитана для главного периода[дН·м/мин] как отношение изменения значений крутящего момента ко времени60этого изменения для линейного участка кривой в главном периоде согласноформуле 2.3:скорость вулканизации в главном периоде [дН·м/мин] = Δ M /Δ t (2.3)Были проведены:Динамические испытания в условиях варьирующейся частоты от 0,03 до 33Hz (50 и 80 0С) при заданной деформацииДинамические испытания в условиях варьирующейся деформации от 0 до60 % (50 и 80 0С) при заданной частотеВулканизационные свойства также определяли на реометре «Monsanto R100» согласно рекомендациям, изложенным в ГОСТ 12535-84 [90] реометра«Monsanto R-100».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
