Износостойкая резина на основе пропиленоксидного каучука и ультрадисперсного политетрафторэтилена

Износостойкая резина на основе пропиленоксидного каучука и ультрадисперсного политетрафторэтилена

Реферат

Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к разработке эластомерных материалов уплотнительного назначения для экстремальных условий эксплуатации. Разработанные резины обладают высоким уровнем износостойкости и могут быть использованы для изготовления резиновых деталей, применяемых в различных видах уплотнительных узлов машин и механизмов, а также в других областях применения, например, для изготовления уплотнений для стеклопакетов в регионах холодного климата, поскольку эластомерная основа материала - пропиленоксидный каучук (СКПО) характеризуется, помимо высокой морозостойкости (температура стеклования равна -74°C), озоно- и термостойкостью (1. Говорова О.А. и др. Разработка атмосферостойких резин с улучшенными низкотемпературными и адгезионными свойствами / 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 износостойкая резиновая смесь на основе СКПО, содержащая серу, тиурамдисульфид, стеариновую кислоту, оксид цинка, 2-меркаптобензтиазол, технический углерод П-803 и фторопласт Ф-4 (3. Петрова Н.Н., Портнягина В.В., Федорова А.Ф., Биклибаева Р.Ф. Износостойкая смесь на основе пропиленоксидного каучука / Патент РФ №2294346. - М.: - 2007).

К недостаткам указанного изобретения следует отнести значительные производственные затраты, связанные с введением большого количества (до 25 мас.ч.) политетрафторэтилена Ф-4 и значительное снижение коэффициента морозостойкости резин при его введении.

Технической задачей изобретения является повышение износо- и морозостойкости резин на основе пропиленоксидного каучука.

Поставленная задача достигается тем, что в отличие от прототипа резиновая смесь, включающая каучук, диспергатор, активатор, наполнитель, ускоритель вулканизации тиурамдисульфид, вместо политетрафторэтилена Ф-4 (фторопласт Ф-4, ГОСТ 10007-80) химической формулы (-CF₂-CF₂-)_n содержит порошок ультрадисперсного политетрафторэтилена (УПТФЭ, ТУ 2229-004-02698192-2002), а также пластификатор дибутоксиэтиладипинат для снижения вязкости и наилучшего совмещения ингредиентов резиной смеси вместо дибутилфталата и ускоритель дибентиазолдисульфид вместо 2-меркаптобензтиазола.

УПТФЭ обладает, помимо характеристик, свойственных традиционному политетрафторэтилену, повышенной адгезией к металлическим поверхностям и частичной растворимостью (спирт, ацетон). Эти свойства связаны с наличием новых групп в макромолекулах и нанообразований - блоков и пленок, которые образованы из макромолекул с малым молекулярным весом (CF₃(C₂F₄)_mCFCF₂, CF₃(C₂F₄)_kCF₃, m,k<<n). Средний размер частиц 0,6 мкм, среднее значение удельной геометрической поверхности - 5,5 м²/см³, Т_пл УПТФЭ - 232-320°C, в то время как фторопласт Ф-4 характеризуется Т_пл кристаллитов +327°C, T_c аморфных участков - +120°C. Средние размеры частиц порошка фторопласта Ф-4 - 50-100 мкм (4. Бузник В.М., Фомин В.М., Алхимов А.П. и др. Металлополимерные нанокомпозиты. - Новосибирск: изд. СО РАН. - 2005. - 260 с.).

Также в данной резиновой смеси в качестве вулканизующего агента вместо каптакса (2-меркаптобензтиазол) использован альтакс (дибензотиазолдисульфид), ускоритель класса тиазолов средней активности (5. Кошелев Ф.Ф. и др. Общая технология резины. 4-е изд. М.: Химия, 1978, с.164). Смесь дополнительно содержит фенил-β-нафтиламин (неозон Д), который является противостарителем аминного типа, замедляющим процесс старения резин (5, с.198), а также пластификатор - дибутилтоксиэтиладипинат (ДБЭА, ТУ 2497-127-55778270-2002), который характеризуется хорошей совместимостью с полярными каучуками (значение параметра растворимости ДБЭА=8,20 (кал/см³)^0,5) и низкой летучестью. Применение пластификатора позволяет получать резины более гомогенного состава за счет увеличения гибкости и подвижности макроцепей каучука и лучшего перемешивания ингредиентов. Состав резин приведен в таблице 1.

Порошок ультрадисперсного политетрафторэтилена вводят в резиновую смесь на стадии смешения каучука и ингредиентов на стандартном оборудовании. Вулканизацию резиновой смеси проводят при 150°C, 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.

Использование данного изобретения, реализуемого на стандартном оборудовании с минимальным изменением технологических режимов переработки смесей, позволяет повысить износостойкость резины (до 33%), морозостойкость (до 33%) и относительное удлинение (до 17%) по сравнению с прототипом. При этом значительно сокращаются производственные затраты, так как для достижения положительного эффекта необходимо ввести значительно меньшее количество добавки - 1 мас.ч. УПТФЭ против 15 мас.ч. традиционного Ф-4 (прототип). Применение резиновой смеси заявленного состава позволит повысить ресурс работы резиновых уплотнений при работе в составе герметизирующих устройств.

Таблица 1
Состав резин
	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	3,0	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-β-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
Дибутоксиэтиладипинат	-	10,0	10,0	10,0	10,0	10,0	10,0	10,0
Сера	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5
Фторопласт Ф-4	15	-	-	-	-	-	-	-
Ультрадисперсный политетрафторэтилен УПТФЭ		0,5	1,0	3,0	5,0	10,0	0	15,0

Таблица 2
Свойства резин
	Прототип	По изобретению	Контрольные
		1	2	3	4	5	6	7
Условная прочность при растяжении, МПа	14,5	7,4	7,4	7,9	7,9	7,4	7,5	7,9
Относительное удлинение при разрыве, %	228	240	268	268	232	230	192	228
Условное напряжение при удлинении 100%, МПа	6,6	3,3	3,2	3,2	3,2	3,6	4,9	3,7
Коэффициент морозостойкости при растяжении при -50°С	0,74	0,99	0,97	0,98	0,96	0,95	0,88	0,90
Остаточная деформация сжатия (100°С, 72 ч), %	51,5	54,0	52,0	52,0	62,0	63,0	55,3	68,0
Объемный износ, см3	0,15	0,11	0,10	0,12	0,13	0,14	0,17	0,15

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

Пропиленоксидный каучук СКПО	100,0
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
Дибутоксиэтиладипинат	10,0
Сера	1,5
Ультрадисперсный
политетрафторэтилен УПТФЭ	0,5; 1,0; 3,0; 5,0; 10,0