Цеолитосодержащая морозостойкая резиновая смесь

Цеолитосодержащая морозостойкая резиновая смесь

Реферат

Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к разработке морозо-, износо-, маслостойких резин на основе бутадиен-нитрильного каучука СКН-18 для изготовления уплотнительных деталей, используемых в подвижных узлах механизмов, эксплуатирующихся в условиях низких температур.

Известно, что для изготовления маслобензостойких, износостойких манжет и уплотнителей используют резиновые смеси на основе бутадиен-нитрильного каучука [1].

Известны резиновые смеси на основе бутадиен-нитрильного каучука (БНКС-18), включающие наполнители, активаторы вулканизации, ускорители вулканизации, мягчители, диспергаторы и серу (возможно введение других целевых добавок) [2]. При этом улучшаются технологические свойства резиновой смеси (пластичность, шприцуемость и др.) и технические параметры резин (прочностные характеристики, маслобензостойкость). Однако резины на основе БНКС-18 имеют невысокие триботехнические показатели и морозостойкость.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленной смеси является резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-23 мас.%, включающая серу, N,N-дифенилгуанидин, ди-(2-бензотиазолил) дисульфид, оксид цинка, стеариновую кислоту, альдоль-α-нафтиламин, N-(4-гидроксифенил) нафтиламин-2, N-(1,3-диметилбутил)-N′-фенилендиамин-1,4, технический углерод П803 с удельной поверхностью 12-18 м²/г, дибутилфталат, дисульфид молибдена, β-сиалон общей формулы Si_6-XAl_XO_XN_8-X, где х=0,8÷4 и фторопласт-4МБ (прототип - RU 2125068 С1, 1996).

К недостаткам известной резиновой смеси следует отнести недостаточные морозо- и износостойкость.

Целью изобретения является повышение морозостойкости и износостойкости бутадиен-нитрильной резины.

Поставленная цель достигается тем, что резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-23 мас.%, включающая серу, N,N′-дифенилгуанидин, ди-(2-бензотиазолил) дисульфид, оксид цинка, стеариновую кислоту, альдоль-α-нафтиламин, N-(4-гидроксифенил) нафтиламин-2, N-(1,3-диметилбутил)-N′-фенилендиамин-1,4, технический углерод П803 с удельной поверхностью 12-18 м²/г, дибутилфталат, дополнительно содержит вместо дисульфида молибдена, β-сиалона и фторопласта-4МБ полимерную композицию сверхвысокомолекулярного полиэтилена с природным цеолитом, подвергнутым механической активации, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Бутадиен-нитрильный каучук с содержанием нитрила
акриловой кислоты 17-23 мас.%	100,00
Сера	2,45-2,65
N,N′-Дифенилгуанидин	0,20-0,30
Ди(2-бензотиазолил)дисульфид	2,6-2,8
Оксид цинка	7,40-7,60
Альдоль-α-нафтиламин	3,80-4,20
N-(4-Гидроксифенил)нафтиламин-2	0,90-1,10
N-(1,3-Диметилбутил)-N′-фенилендиамин-1,4	0,80-1,20
Технический углерод П803	128-132
Стеариновая кислота	0,80-1,20
Дибутилфталат	18,0-22,0
Полимерная композиция сверхвысокомолекулярного
Полиэтилена с природным цеолитом, подвергнутым
механической активации, при их массовом
соотношении 10-30:0,5-2,0	10,5-32,0

Природный цеолит месторождения Хонгуруу Республики Саха (Якутия) представляет собой каркасный алюмосиликат, во внутрикристаллическом пространстве которого размещены обменные катионы щелочных и щелочно-земельных металлов и молекулы воды.

Цеолиты называют также молекулярными ситами, поскольку в их кристаллах имеется развитая система пор и каналов молекулярного размера, что обуславливает их уникальные адсорбционные свойства. Химический состав цеолита: SiO₂ - 63-68%, Al₂О₃ - 11-13%, Na₂O - 2-5%, СаО - 0,67-1,77%, TiO₂, Fe₂O₃, FeO - остальное. Общая формула может быть показана следующим образом:

Me_2/nO·Al₂O₃·xSiO₂·yH₂O,

где Me - катион щелочного или щелочно-земельного металла, n - его валентность.

Размер частиц составляет 1,6-4 мкм, плотность 0,62-0,72 г/см³.

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) - белый кристаллический полимер (степень кристалличности - 49%) с молекулярной массой 2000000, относящийся к классу полиэтиленов высокой плотности, обладает высокими морозо-, влаго-, износостойкостью, химической инертностью и низким коэффициентом трения.

Перед введением в эластомерную смесь цеолиты прокаливают при температуре 450°С и времени прокаливания 60 минут. Затем для удаления адсорбционной воды цеолиты подвергают механической активации, которая происходит за счет центробежных сил при вращении барабанов вокруг общей и планетарной осей мельницы АГО-2с (время активации - 2 мин, частота вращения вала электродвигателя - 1450 об/мин, частота вращения барабанов - 1290 об/мин). Активация приводит к диспергированию частиц и повышению структурной активности природного цеолита:

удельный объем пор (см³/г) увеличивается в 1,3 раза;

удельная геометрическая поверхность (м²/г) увеличивается в 1,5 раза.

Прокаленные природные цеолиты, подвергнутые механической активации, вводят в порошкообразный сверхвысокомолекулярный полиэтилен путем сухого смешения в лопастном смесителе в течение 2-3 минут. Таким образом, получают полимерную композицию, которую затем вводят на вальцах в резиновую смесь в течение 5 мин при температуре валков 50-60°С. Вулканизацию проводят при температуре 155°С в течение 20 мин. Выдержка вулканизатов до испытаний не менее 6 часов. Состав резиновых смесей приведен в табл.1.

Физико-механические показатели вулканизатов определяют по ГОСТ 270-75, объемный износ при абразивном истирании по ГОСТ 25509-79, коэффициент морозостойкости по эластическому восстановлению после сжатия по ГОСТ 13808-79, степень набухания в углеводородной среде по ГОСТ 9.030-74.

Свойства вулканизатов приведены в табл.2.

Технико-экономическая эффективность

Использование данного изобретения позволяет существенно повысить морозостойкость и износостойкость резин, что приведет к увеличению ресурса работы уплотнений, изготовленных из этих резин и используемых в узлах трения машин и механизмов, эксплуатирующихся при естественно-низких температурах.

Как видно из приведенных данных, вулканизаты из резиновой смеси заявляемого состава превосходят резины из известной смеси (прототипа): морозостойкость увеличилась в 1,2 раза, объемный износ при абразивном истирании уменьшился в 1,2 раза (т.е. износостойкость увеличилась в 1,2 раза) при сохранении уровня прочности при растяжении и маслостойкости.

Источники информации

1. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник. / Под ред. А.И.Голубева, Л.А.Кондакова. - М.: Машиностроение, 1986. - 464 с.

2. Федюкин Д.Л., Махлис Ф.А. Технические и технологические свойства резин. - М.: Химия, 1985. - 217 с.

3. Челищев Р.Ф., Беренштейн Б.Г, Володин В.Ф. Цеолиты - новый тип минерального сырья. - М.: Недра, 1987. - 176 с.

Таблица 1
Состав резиновых смесей
Ингредиент	Состав, мас.ч.
известная	по изобретению	контрольные
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Бутадиен-нитрильный каучук с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-23 мас.%	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0
Сера	2,5	2,45	2,65	2,50	2,45	2,50	2,50	2,50	2,50
N,N′-Дифенилгуанидин	0,25	0,20	0,30	0,25	0,20	0,25	0,25	0,25	0,25
Ди(2-бензотиазолил)дисульфид	2,7	2,60	2,80	2,70	2,60	2,70	2,70	2,70	2,70
Оксид цинка	7,5	7,40	7,60	7,50	7,40	7,50	7,50	7,50	7,50
Альдоль-α-нафталамин	4,0	3,80	4,20	4,00	3,80	4,00	4,00	4,00	4,00
N-(4-Гидроксифенил)нафтиламин-2	1,0	0,90	1,10	1,00	0,90	1,00	1,00	1,00	1,0
N-(1,3-Диметилбутил)-N′-фенилендиамин-1,4	1,0	0,80	1,20	1,00	0,80	1,00	1,00	1,00	1,00
Технический углерод П803	130,0	128,0	132,0	130,0	128,0	130,0	130,0	130,0	130,0
Стеариновая кислота	1,0	0,80	1,20	1,00	0,80	1,00	1,00	1,00	1,00
Дибутилфталат	20,0	18,0	22,0	20,0	18,0	20,0	20,0	20,0	20,0
Полимерная композиция сверхвысокомолекулярного полиэтилена с прокаленным природным цеолитом, подвергнутым механической активации		10,5	21,0	32,0	31,0	42,5	5,5	22,5	41,0

Таблица 2
Свойства вулканизатов
Показатель	Резиновая смесь по примерам
известная	по изобретению	контрольные
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Условная прочность при растяжении, МПа	13,8	12,9	13,5	14,2	14,5	10,6	13,2	11,4	9,8
Относительное удлинение при разрыве, %	235	263	251	210	208	165	280	196	203
Коэффициент морозостойкости по эластическому восстановлению после сжатия, 20% при - 50°С	0,468	0,567	0,614	0,687	0,654	0,423	0,461	0,398	0,415
Объемный износ при абразивном истирании, см3	0,131	0,105	0,086	0,048	0,056	0,120	0,162	0,141	0,128
Степень набухания в масле АМГ-10 при 70°С в течение 72 ч, %	-0,018	-0,017	-0,016	-0,016	-0,015	-0,018	-0,020	-0,021	-0,016
Коэффициент трения	0,82	0,91	0,90	0,83	0,85	0,98	0,91	0,92	0,82

Резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-23 мас.%, включающая серу, N,N-дифенилгуанидин, ди-(2-бензотиазолил)дисульфид, оксид цинка, стеариновую кислоту, альдоль-α-нафтиламин, N-(4-гидроксифенил)нафтиламин-2, N-(1,3-диметилбутил)-N-фенилендиамин-1,4, технический углерод П803 с удельной поверхностью 12-18 м²/г, дибутилфталат, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит полимерную композицию сверхвысокомолекулярного полиэтилена с природным цеолитом, подвергнутым механической активации, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

бутадиен-нитрильный каучук с содержанием
нитрила акриловой кислоты 17-23 мас.%	100
сера	2,45-2,65
N,N′-дифенилгуанидин	0,2-0,3
ди(2-бензотиазолил)дисульфид	2,6-2,8
оксид цинка	7,4-7,6
альдоль-α-нафтиламин	3,8-4,2
N-(4-гидроксифенил)нафтиламин-2	0,9-1,1
N-(1,3-диметилбутил)-N′-фенилендиамин-1,4	0,8-1,2
технический углерод П803	128-132
стеариновая кислота	0,8-1,2
дибутилфталат	18-22
полимерная композиция сверхвысокомолекулярного
полиэтилена с природным цеолитом, подвергнутым
механической активации, при их массовом
соотношении 10-30:0,5-2,0	10,5-32,0