Модифицированные эластомерные материалы на основе бутадиен-нитрильных каучуков с улучшенными эксплуатационными свойствами (1095066), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Было установлено, что увеличение содержания НАК приводит кизменению важных эксплуатационных показателей эластомерных материалов –изменение объема после воздействия эксплуатационной жидкости «Лукойл АЖ»при температуре 125°С в течение 72 часов с 12,5 до 5,1 %, температурыхрупкости с -60 до -35 °С, коэффициента морозостойкости по эластическомувосстановлению при -35°С с 0,78 до 0,30 (рис. 1). По значениям соотношенияпластической и эластической составляющей комплексного динамического5модуля (tg) и коэффициента трения установлено преимущество БНКС ссодержанием 28 и 40% НАК (рис.
2).10,80,60,40,20151050Коэффициент морозостойкостиб)БНКС-40АНNBR-25LHИзменение объема, %а)БНКС-18АНБНКС-28АНРис. 1. Влияние марки БНКС на физико-механические свойстваэластомерных материалов: а) изменение объема после воздействия среды«Лукойл АЖ» при 125°С × 72 час.; б) коэффициент морозостойкости поэластическому восстановлению при -35°С.коэффициент трения0,4tg δБНКС-18АНБНКС-40АНNBR-25LH0,3БНКС-28АН0,20,1125деформация, %а)0,4БНКС-18АН0,3БНКС-40АНNBR-25LHБНКС-28АН0,201012510 15 20 30время испытания, минб)Рис.
2. Влияние марки БНКС на свойства эластомерных материалов:а) tg; б) коэффициент трения при скорости 4,18 м/с и нагрузке 1,92 кгНаоснованиипроведенныхисследованийдляпроизводствауплотнительных изделий выбраны эластомерные материалы на основе БНКС28АН, характеризующиеся лучшим по сравнению с другими исследованнымимарками БНКС сочетанием морозостойкости и стойкости к агрессивным средам,хорошими эластическими свойствами и допустимым значением коэффициентатрения2.
Изучение влияния поверхностно-активных веществ и способов модификациина физико-механические свойства эластомерных материалов на основебутадиен-нитрильного каучука БНКС-28АНАнализ литературных данных показал актуальность использования ПАВ вполимерных материалах. Проведено изучение влияния ПАВ на свойства6эластомерных материалов на основе каучука БНКС-28АН. В качестве ПАВиспользовали ПЭГ-400, ПЭГ-4000, синтамид-510, а также серосодержащийпродукт"Polytron".ИсследуемыеПАВипродукт"Polytron"вводилиследующими способами: 1) в эластомерные композиции на стадии изготовления споследующей вулканизацией – объемная модификация (ОМ); 2) выдержкойвулканизатов, не содержащих ПАВ, в среде ПАВ при повышенной температуре –адсорбционно-абсорбционная модификация (ААМ); 3) добавлением ПАВ настадии изготовления эластомерных композиций с последующей вулканизацией ивыдержкой вулканизатов в среде ПАВ в течение определенного времени –комбинированный способ модификации (КМ).
Дозировка ПАВ на стадииизготовления эластомерных композиций составляла 1-5 м.ч. на 100 м.ч. каучука.Объемная модификация (ОМ). Установлено, что увеличение содержания ПЭГ4000 в композиции приводит к снижению вязкости с 63 до 47 ед. Муни (вероятно,это обусловлено эффектом пластификации); повышению стойкости к тепловомустарению при 125°С (по физико-механическим показателям) до 15-30% и кагрессивной среде (по объему) до 25%.
Можно предположить, что это связано собразованием водородных связей между ОН-группами ПЭГ с нитрильнымигруппами в каучуке.Увеличение содержания ПАВ с меньшей ММ (ПЭГ-400) приводит кповышению только стойкости к агрессивным средам до 20%. Увеличениесодержания синтамида-510 и продукта «Polytron» практически не изменяетфизико-механические свойства эластомерных материалов (рис. 3).Адсорбционно-абсорбционнаямодификация(ААМ).Приэтомспособепроисходит адсорбция ПАВ на участках поверхности эластомерного материала споследующей диффузией в приповерхностные слои за счет структурнойнеоднородности материала и путем активированной диффузии под влияниемградиента концентрации.
Структура ПАВ влияет на кинетику его поступления вобъем материала и на его распределение между поверхностным слоем и общимобъемом материала.7ААМ проводилась при температуре – 100, 125, 135, 150ºС и времени – 30,60, 90, 120 мин в среде модификаторов ПЭГ-400 и синтамида-510. Температурывыбраны с учетом данных термогравиметрического анализа – деструкция ПЭГ400 и синтамида-510 начинается при температуре выше 250°С, а также стойкостиэластомерного материала к реверсии.
Эффективность модификации оценивали понаиболеезначимомупоказателюдляуплотнительныхизделий–поотносительной остаточной деформации сжатия (ООДС).Установлено, что наименьшее значение ООДС достигается при обработкевулканизатов в среде ПЭГ-400 только при режиме 150°С × 60 мин (табл. 1), приэтом стойкость к тепловому старению улучшается на 15-35%, к агрессивнойсреде – на 30%. Увеличение температуры не улучшает физико-механическихсвойств; при увеличении времени модифицирования физико-механическиесвойства снижаются, из-за вероятного пластифицирующего эффекта.
Такимобразом, в результате проведенных исследований установлен температурновременной режим модификации в среде ПАВ – 150оС в течение 60 мин,позволяющий получать уплотнительные материалы с высокими физикомеханическими свойствами. ААМ в среде синтамида-510 не приводит кулучшению физико-механических показателей (рис. 3).Таблица 1. Влияние адсорбционно-абсорбционной модификации в среде ПЭГ-400и синтамида-510 на относительную остаточную деформацию сжатияВремяМодификатормодифициПЭГ-400Синтамид-510рования,Температура модификации, °Смин100125135150100125135150058,058,058,058,058,058,058,058,03057,556,056,055,057,056,556,056,06057,052,051,057,056,054,053,049,09057,052,051,051,057,056,054,055,012057,051,050,052,057,056,054,056,0Примечание: ООДС определяли при сжатия на 20 % при 125°С × 72ч.Комбинированный способ модификации.
Модификация осуществлялась порежиму, выбранному при ААМ – при температуре 150°С × 60 мин в среде ПЭГ400 и Синтамида-510. Установлено, что введение в объем композиции ПЭГ-40008и выдержка материала в среде ПЭГ-400 приводит к значительному снижениюпоказателя (ООДС) с 58 % до 43 % (на 25 %). Это, вероятно, связано с эффектомпластификации,перераспределениемивыравниваниемнагрузкинамакромолекулы.
Также повышается стойкость к тепловому старению на 35-45 %и к агрессивной среде на 40%. При КМ в среде синтамида-510улучшениеООДС, %5854504642012345содержание модификатора,м.ч. на 100 м.ч. каучукаа)Изменение относительногоудлинения, %физико-механических показателей не происходит (рис. 3).3834302622012345содержание модификатора,м.ч. на 100 м.ч. каучукаб)012345содержание модификатора,м.ч на 100 м.ч.
каучука.г)0,75КоэффициентморозостойкостиИзменение объема, %74265430,700,650,600,550,500,45012345содержание модификатора,м.ч. на 100 м.ч. каучукав)ОМ ПЭГ-400ААМ ПЭГ-400КМ - ОМ ПЭГ-4000+ААМ- 400ААМ Синтамид-510ОМ ПЭГ-4000КМ - ОМ ПЭГ-400+ААМ ПЭГ-400ОМ Синтамид-510КМ - ОМ Синтамид-510+ААМ Синтамид-510Рис. 3 Влияние объемной (ОМ), адсорбционно-абсорбционной (ААМ) икомбинированной модификации (КМ) на физико-механические свойстваэластомерных материалов: при 125°С×72 ч. – а) ООДС, б) изменениеотносительного удлинения, в) изменение объема после воздействияагрессивной среды «Лукойл АЖ»; г) коэффициент морозостойкости поэластическому восстановлению при -35 °С.9Результаты проведенных исследований показали, что только при КМ итолько при выдержке вулканизатов в ПЭГ-400 достигается наибольшееулучшение эксплуатационных показателей, что должно обеспечить хорошуювосстанавливаемость уплотнительных изделий и высокую работоспособность вдинамических условиях.
Диффузия ПЭГ из объема материала на его поверхностьпродлеваетресурсработоспособностиуплотнительныхизделийидолговременное хранение.Было изучено изменение структуры эластомерного материала после КМ всреде ПЭГ-400 при помощи сканирующего электронного микроскопа JSM-5610LVJeol (Япония) при ускоряющем напряжении 20 кВ (рис. 4).а)б)Рис. 4 Микрофотографии структуры поверхности эластомерного материала дои после КМ в среде ПЭГ-400 (содержание в объеме ПЭГ-4000 5 м.ч. на 100м.ч. каучука): а) до модификации; б) после модификации.Установлено, что КМ приводит к изменению структуры эластомерногоматериала: на срезе наблюдаются углубления с размерностью от 50 до 200 мкм,возникшие, вероятно, из-за накапливания ПЭГ в порах и микродефектахэластомерного материала в процессе модификации вследствие изменениятермодинамических условий при охлаждении образца после модификации.3.
Изучение фрикционных свойств эластомерных материалов на основебутадиен-нитрильного каучука БНКС-28АН, модифицированных ПАВВажным требованием, предъявляемым к эластомерным уплотнительнымизделиям, работающим в режиме трения скольжения, является обеспечениенизких значений коэффициента трения (f) и износа (I). Известно, что наименьшиезначения f и I достигаются при режиме жидкостного трения, которое100обеспечивает минимальные потери энергии на трение и максимальнуюдолговечность узла трения. Наибольшее влияние на работоспособность идолговечность эластомерных уплотнительных изделий оказывают скоростьскольжения по контртелу (V), удельная нагрузка (Q) и температура в зонеконтакта (Т).
Поэтому в диссертации изучено влияние этих показателей нафрикционныесвойствапроизводственныхэластомерныхматериалов,модифицированных ПАВ тремя способами: ОМ, ААМ и КМ. Исследованияпроводилисьнаиспытательноймашинедляфрикционныхиспытаний,разработанной в ИМАШ им. А.А.
Благонравова РАН. Определение f начальногои стационарного (для установившегося режима скольжения) и I проводили притрении скольжения без смазки. Условия испытания выбраны в соответствии свышеуказанными Методическими рекомендациями: V=1,74; 4,18; 6,20 м/с;Q=0,96; 1,28; 1,60; 1,92 кг; время испытания – 0-30 мин; путь трения составил3132; 7524; 11160 м, в зависимости от скорости скольжения.Объемная модификация. Образцы эластомерных материалов, содержащие ПЭГ400, ПЭГ-4000 и серосодержащий продукт «Polytron» испытывали при V=1,74;4,18 м/с и Q=1,92 кг, время испытания 0-30 мин. Установлено, что в течение 2-5мин происходит значительное снижение f вследствие приработки эластомера прискольжении по недеформируемому цилиндру и формировании фактическогопятна контакта. Влияние содержания исследуемых ПАВ на f при данныхусловиях испытания и при времени испытания 30 мин.
приведены на рис. 5.Установлено, что на снижение f оказывает влияние тип модификатора и егосодержание. Так, f при введение продукта «Polytron» снижается на 12%, привведении ПЭГ-400 и ПЭГ-4000 – на 20-40% в зависимости от V. Минимальноезначение f составляет 0,152 с ПЭГ-4000 при V=4,18 м/с, Q=1,92кг.Адсорбционно-абсорбционная модификация. Образцы эластомерных материаловобработанные в среде ПЭГ-400 испытывали при V=1,74 м/с; 4,18 м/с и Q=1,92 кг;время испытания – 0-30 мин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
