Морозостойкая резина на основе пропиленоксидного каучука и природных бентонитов

Морозостойкая резина на основе пропиленоксидного каучука и природных бентонитов

Реферат

Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к разработке эластомерных материалов уплотнительного назначения с высоким уровнем морозостойкости и низким значением остаточной деформации сжатия. Разработанные резины могут быть использованы для изготовления резиновых деталей, применяемых в различных видах уплотнительных узлов машин и механизмов и в других областях применения, например, для изготовления уплотнений для стеклопакетов в регионах с холодным климатом.

Наиболее перспективным материалом для эксплуатации в условиях Крайнего Севера являются резины на основе пропиленоксидного каучука (СКПО), который характеризуется морозо-, озоно- и термостойкостью. Недостатком его являются высокие значения остаточной деформации сжатия (1. Говорова О.А. и др. Разработка атмосферостойких резин с улучшенными низкотемпературными и адгезионными свойства / Каучук и резина. - М.: - 1999. №2, с.18-20; 2. Говорова О.А. и др. Использование добавок эпихлоргидриновых и пропиленоксидных каучуков для расширения температурного интервала работоспособности резины на основе бутадиен-нитрильных каучуков / Каучук и резина. - М.: -2000. №4, с.18-20).

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой композиции является морозостойкая резиновая смесь на основе СКПО, содержащая серу, тиурамдисульфид, стеариновую кислоту, оксид цинка, 2-меркаптобензтиазол, технический углерод П-803, природные цеолиты и дибутилфталат, подвергнутые совместной механоактивации в планетарной мельнице АГО-2 с в соотношении 70:30 (3. Петрова Н.Н., Портнягина В.В., Биклибаева Р.Ф. Морозостойкая смесь на основе пропиленоксидного каучука /Патент РФ №2294341. - М.: - 2007). Природные цеолиты представляют собой каркасные алюмосиликаты, обладающие высокой адсорбционной способностью (4. Новгородов П.Г. Актуальные проблемы освоения цеолитового сырья месторождения Хонгуруу. /Матер, науч. чтений, посвященных памяти первооткрывателя месторожения цеолитов Якутии К.Е. Колодезникова. - Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН. - 2005. - 124 с.). К недостаткам указанных резин следует отнести высокое значение остаточной деформации сжатия, сложную технологию производства, связанную с приготовлением пасты на основе цеолитов и пластификатора, кроме того для надежной эксплуатации деталей из данных резин желательно дальнейшее повышение коэффициента морозостойкости при -50°С.

Технической задачей изобретения является снижение остаточной деформации сжатия при улучшении низкотемпературных показателей резиновой смеси на основе СКПО за счет введения новых минеральных наполнителей в эластомерную матрицу.

Используемый наполнитель - природные бентониты (4. Лыгина Т.З., Сабитов А.А., Трофимова Ф.А. и др. Бентониты и бентонитоподобные глины. Классификация, особенности состава, физико-химические и технологические свойства. - Казань: ФГУП «ЦНИИгеолнеруд». - 2005. - 72 с.) представляют собой слоистые алюмосиликаты. Остальную часть природных бентонитов составляют минералы, содержащие макро, микро и ультрамикроэлементы. Состав минерала может быть представлен химической формулой:

M_x(Al_4-xMg_x)Si₈O₂₀(OH)₄, где М - катион щелочных или щелочно-земельных металлов, х - степень изоморфного замещения (0,5-1,3).

Известно положительное воздействие природных бентонитов на структуру и эксплуатационные свойства некоторых каучуков. Так, в работах Туторского И.А. и Покидько Б.В. по модификации бутадиен-нитрильного и изопренового каучуков (5. Туторский И.А., Альтзицер Б.В., Покидько В.В.

Термостойкие нанокомпозиты со слоистыми силикатами на основе бутадиен-нитрильного каучука /Каучук и резина. - М.: - 2007. №2, с.16; 6. Туторский, И.А., Кузин B.C., Покидько Б.В. Полимерные композиты со слоистыми силикатами на основе изопренового каучука / Каучук и резина. - М.: - 2009. №4, с.18) показано, что в композитах происходит улучшение физико-механических и динамических свойств, понижается газопроницаемость, происходит повышение термостойкости за счет образования эксфолиированной структуры, когда слоистые силикаты при диспергировании полностью расслаиваются в полимерной матрице до индивидуальных пластинчатых частиц с нанометровой толщиной. Влияние на морозостойкость резин слоистых алюмосиликатов, в отличие от каркасных алюмосиликатов, в настоящее время не исследовано.

Поставленная задача достигается тем, что резиновая смесь, включающая пропиленоксидный каучук, серу, тиурамдисульфид, стеариновую кислоту, оксид цинка, технический углерод П-803, вместо пасты на основе природных цеолитов и пластификатора дибутилфталата, полученной совместной обработкой в планетарной мельнице АГО-2С, содержит порошок природных бентонитов. Пластификатор в смеси также присутствует, но вводится в резиновую смесь на стадии смешения каучука и ингредиентов. Вместо традиционного дибутилфталата использован пластификатор дибутоксиэтиладипинат (ДБЭА, ТУ 2497-127-55778270-2002), который характеризуется высокой совместимостью с полярными каучуками и низкой летучестью по сравнению с дибутилфталатом, при его применении получают резины с более высокой морозостойкостью. Также в данной резиновой смеси в качестве вулканизующего агента вместо каптакса использован альтакс (дибензотиазолдисульфид), ускоритель класса тиазолов средней активности (7. Кошелев Ф.Ф., Корнев А.Е., Буканов A.M. Общая технология резины. 4-е изд. М.: Химия, 1978, с.164). Смесь содержит дополнительно фенил-(3-нафтиламин (неозон Д), который является противостарителем аминного типа (8. Кошелев Ф.Ф., Корнев А.Е., Буканов A.M. Общая технология резины. 4-е изд. М.: Химия, 1978, с.198). Состав резин приведен в таблице 1.

Резиновую смесь по предложенной рецептуре готовят на стандартном оборудовании при следующей последовательности введения ингредиентов:

пропиленоксидный каучук, стеариновая кислота, оксид цинка, дибензотиазолдисульфид, тиурамдисульфид, бентониты, фенил-(3-нафтиламин, технический углерод, дибутоксиэтиладипинат, сера. Вулканизацию резиновой смеси проводят при 150°С, давлении 12,0 МПа в течение 30 мин. Выдержка вулканизатов до испытаний не менее 6 ч.

Физико-механические показатели вулканизатов определяют по ГОСТ 270-84, остаточную деформацию сжатия (ОДС) по ГОСТ 9.029-74, объемный износ по ГОСТ 25509-79, коэффициент морозостойкости при растяжении (Км) по ГОСТ 408-78. Свойства вулканизатов приведены в таблице 2.

Применение резиновой смеси заявляемого состава, повысит ресурс работы резиновых уплотнений при их эксплуатации в составе герметизирующих устройств, поскольку данный материал обладает высокой морозостойкостью и низким значением остаточной деформации сжатия, а также получен по более простой по сравнению с прототипом технологии приготовления, исключающей стадию совместной механоактивации цеолита и дибутилфталата.

Таблица 1
Состав резин
Ингредиент	Прототип	По изобретению	Контрольные
1	2	3	4	5	6	7
СКПО	100	100	100	100	100	100	100	100
Стеариновая кислота	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
Оксид цинка	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0
Дибензотиазолдисульфид	-	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5
2-Меркаптобензтиазол	2,0	-	-	-	-	-	-	-
Тиурамдисульфид	2,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
Фенил-р-нафтиламин	-	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0
Технический углерод П-803	60,0	60,0	60,0	60,0	60,0	60,0	60,0	60,0
Сера	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5
Паста на основе природных цеолитов и дибутилфталата	15	-	-	-	-	-	-	-
Природные бентониты	-	0,5	1,0	3,0	5,0	10,0	0	20,0
Дибутоксиэтиладипинат	-	10,0	10,0	10,0	10,0	10,0	10,0	10,0

Таблица 2
Свойства резин
Показатель	Прототип	По изобретению	Контрольные
		1	2	3	4	5	6	7
Условная прочность при растяжении,	12,4	7,8	7,5	7,0	7,4	7,1	7,0	6,8
МПа
Относительное	242
удлинение при		165	161	134	143	118	192	104
разрыве, %
Условное	4,8
напряжение при		4,2	4,2	4,1	4,1	4,6	4,9	2,9
удлинении 100%,
МПа
Коэффициент
морозостойкости при	0,83	0,94	0,93	0,93	0,92	0,90	0,89	0,86
растяжении при -50
°С	0,66	0,88	0,87	0,86	0,85	0,84	0,78	0,84
при сжатии при -35
°С
Остаточная	56,5
деформация сжатия		38,2	45,8	48,6	40,5	44,3	57,3	47,6
(100°С, 72 ч),%

Резиновая смесь на основе пропиленоксидного каучука СКПО, включающая серу, стеариновую кислоту, оксид цинка, тиурамдисульфид, технический углерод П-803, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит природные бентониты, пластификатор дибутоксиэтиладипинат, дибензотиазолдисульфид (альтакс), фенил-β-нафтиламин (неозон Д) при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Пропиленоксидный каучук СКПО	100,0
Сера	1,5
Стеариновая кислота	1,0
Оксид цинка	5,0
Дибензотиазолдисульфид	1,5
Тиурамдисульфид	1,0
Фенил-β-нафтиламин	2,0
Технический углерод П-803	60,0
Природные бентониты	0,5; 1,0;
	3,0; 5,0; 10,0
Дибутоксиэтиладипинат	10,0