КОМПОЗИЦИОННАЯ РЕЗИНОВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ВИБРОДЕМПФИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ
COMPOSITE RUBBER MIXTURE FOR VIBRATION-DAMPING COATINGS

Изобретение относится к резиновой промышленности и может быть использовано в производстве резиновых изделий различного целевого назначения, в том числе для объектов судостроения, в частности в качестве основной составляющей в конструкциях гидроакустических и вибродемпфирующих покрытий.
Композиционная резиновая смесь для вибродемпфирующих покрытий включает следующие компоненты: каучуки - бутадиен-нитрильный каучук марки СКН 4045 с высоким содержанием акрилонитрила (36-40 мас. %), хлорбутилкаучук марки ХБК-139; вулканизующие агенты - серу и новоперокс ДК; ускоритель вулканизации - сульфенамид Д; активатор вулканизации - оксид цинка; технологические добавки - квалистрол Б-70, стеарат кальция и транс-полинорборнен; антиоксидант - нафтам-2; мягчители - канифоль, смолу углеводородную «СМПласт», масло индустриальное И-121А, фактис; наполнители - технический углерод П 803, мел природный тонкодисперсный, фибру базальтовую; повыситель клейкости - капролактам и модификатор РУ.
/
Известна резиновая смесь, используемая для изготовления изделий различного назначения, в том числе для изготовления акустических покрытий (патент RU 2232172 С1), на основе бутадиен-нитрильного каучука марки БНКС-40АМ, АМН, включающая тиурам Д - 1,5, нафтам - 2 - 1,5, диафен - ФП - 1,0, белила цинковые - 5,0, канифоль - 5,0, фактис Агрис РО - 10,0, мел - 25,0, технический углерод П 701 - 75,0, сульфенамид Ц - 2,0, N,N -дитиодиморфолин - 2,0, дибутилфталат - 10,0, масло индустриальное И-8А - 5,0.
Недостатками резиновой смеси являются нестабильные виброизоляционные свойства вулканизата.
Уровень данной техники характеризует вибродемпфирующий эластомерный материал высокой плотности (патент RU 2637689 С1), на основе комбинации бутадиен-нитрильного каучука, с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-20 мас. %, и бутадиен-нитрильного каучука, с содержанием нитрилакриловой кислоты 36-40 мас. %. Кроме каучуков материал содержит в мас. %: вулканизирующую систему, включающую серу, ускоритель вулканизации тиазольного типа, оксид цинка, стеариновую кислоту или комплекс синтетических жирных кислот - 1,8-12,0, наполнитель - литопон или сульфат бария или мел - 25,0-70,0, канифоль - 0,5-2,0 и пигменты - 2,0-12,0.
Недостатками указанного эластомерного материала являются низкая условная прочность при растяжении (4,7 МПа) и низкий коэффициент механических потерь.
/
Наиболее близким техническим решением, которое по числу совпадающих признаков и эксплуатационным показателям выбрано в качестве аналога (прототипа) предложенной композиционной резиновой смеси, является полимерный материал для вибропоглощающих покрытий на основе комбинации бутадиен-нитрильного каучука и цис-изопренового каучука. Резиновая смесь включает сульфенамид Ц, тиурам Д, N,N- дитиодиморфолин, оксид цинка, стеариновую кислоту, смолу стирольно-инденовую, 2,5-дитретбутилгидрохинон, антипирены - триоксид сурьмы и хлорпарафин ХП-1100, водопоглотитель - кальцинафт (патент RU 2534242 С2, опубл. 10.07.2014).
Недостатком данного полимерного материала является низкие адгезионные свойства, что не позволяет получать дублированные многослойные каландрованные полотна толщиной 8 и более мм.
/
/
Задачей настоящего изобретения является разработка рецептуры резиновой смеси для изготовления неформовых резиновых изделий длительно эксплуатирующихся в качестве основной составляющей в конструкциях гидроакустических и вибродемпфирующих покрытий с улучшенной упруго-диссипативной характеристикой вулканизата (tgδ угла механических потерь, модуль упругости при сдвиге (G) и модуль упругости (Е) при определенной частоте).
Техническим результатом изобретения является совершенствование средств виброакустической защиты, улучшения акустических, эксплуатационных и ресурсных характеристик изделий, изготовленных из предлагаемой по изобретению композиционной резиновой смеси, за счет модификации эластомерной матрицы, с использованием специализированных эластомеров, с добавлением модифицирующей спецдобавки, отличительной особенностью которых от традиционных полимеров является повышенные требования к их свойствам, в том числе физико-механическим показателям и стойкости к агрессивным средам (морская вода, масла, озон).
Поставленная задача достигается методом подбора взаимосвязанных компонентов направленного действия в оптимальном количественном соотношении, мас.ч.:
Бутадиен-нитрильный каучук СКН 4045
80,0-90,0
Хлорбутилкаучук ХБК-139
10,0-20,0
Сера
1,3-1,5
Сульфенамид Ц
0,9-1,1
Дикумилпероксид
1,5-2,0
Оксид цинка
3,0-5,0
Квалистрол Б-70
1,0-1,5
Нафтам-2
1,5-2,5
Канифоль
4,0-5,0
Смола углеводородная «СМПласт»
4,0-5,0
Технический углерод П 803
50,0-60,0
Мел природный тонкодисперсный
20,0-30,0
Транс-полинорборнен, предварительно набухший
В индустриальном масле И-12А в соотношении 1:1,5
25,0-37,5
Фибра базальтовая
5,0-10,0
Капролактам
4,0-5,0
Стеарат кальция
1,5-3,0
Фактис
5,0-7,0
Модификатор РУ
1,5-2,0
Введение ингредиентов выше или ниже предельных значений приводит к ухудшению выходных характеристик резиновой смеси.
Отличительным признаком заявленного изобретения является многокомпонентная композиция выше перечисленных каучуков и ингредиентов, введенных в состав резиновой смеси и не используемых в рецептурах аналогичного назначения транс-полинорборнена, новоперокса ДК, квалистрола Б-70, капролактама и фибры базальтовой. Это позволяет получить необходимый технический результат: улучшение технологичности резиновой смеси при каландровании, в части сборки многослойной рулонной технической пластины и повышение упруго-диссипативных характеристик перфорированных по особой технологии готовых изделий.
Так как транс-полинорборнен, получаемый полимеризацией норборнена, обладает высокой адсорбционной способностью, его введение способствует улучшению технологических свойств резиновой смеси за счёт повышения степени наполнения техническим углеродом и возможности введения большого количества мягчителя и повысителей клейкости (канифоль, смола углеводородная «СМПласт», капролактам, модификатор РУ). Непосредственное введение транс - полинорборнена, представляющего собой гранулированный белый аморфный порошок размерами частиц меньше 0,8 мм, в матрицу каучука на существующем резинообрабатывающем оборудовании не представляется возможным, требуется его специальная подготовка - набухание в индустриальном масле в соотношении 1:1,5 (далее спецдобавка).
Дикумилпероксид, являясь инициатором полимеризации, способствует улучшению свойств полимерного материала, в том числе эластичность и стойкость к агрессивным средам за счет большого сшивания полимерных цепей.
Квалистрол Б-70 - технологическая добавка для резиновых смесей, представляет собой цинковые, либо кальциевые соли насыщенных жирных кислот, выпускаемые в виде чешуек. Отличается более быстрым действием на внедрение и диспергирование наполнителей в полимерной матрице. Повышает однородность физико-механических показателей, снижает производственные энергозатраты на изготовление резиновых смесей.
Фибра базальтовая представляет собой смесь коротких отрезков комплексных нитей, получающихся при рубке нитей, и является для предложенного состава резиновой смеси микроармирующей добавкой. Она обладает высокой прочностью и термостойкостью, абсолютной негорючестью, стойкостью к агрессивным средам и предназначена для трехмерного упрочнения вулканизата при совместной серно-, пероксидной вулканизации.
Подобранная комбинация полимеров (СКН-4045, ХБК 139, спецдобавка), наполнителей (мел природный тонкодисперсный, технический углерод П 324, фибра базальтовая), повысителей клейкости (канифоль, смола углеводородная «СМПласт», капролактам, модификатор РУ) и технологических добавок (квалистрол Б-70, стеарат кальция, фактис) позволили улучшить пласто-эластические, вулканизационные и упруго-диссипативные характеристики разработанной композиции.
/
/
Так как заявленная совокупность существенных признаков неизвестна, проявляет новые свойства, позволяющие получить изменение количественной меры результата, а именно позволяет улучшить упруго-диссипативные характеристики вулканизата (tgδ угла механических потерь, модуль упругости при сдвиге (G) и модуль упругости (Е) при определенной частоте) по сравнению с известной резиновой смесью, пригодна к производству в промышленных условиях, то можно сделать вывод о соответствии изобретения критериям патентоспособности.
Заявленную резиновую смесь изготавливают из следующих материалов:
- бутадиен-нитрильный каучук СКН-4045 с содержанием акрилонитрила (36-40 мас. %) - ТУ 38.30314-2006;
- хлорбутилкаучук марки ХБК-139 - ТУ 20.17.10-096-05766801-2017;
- сера - ГОСТ 127.2-93;
- сульфенамид Ц - производство КНР;
- дикумилпероксид - ТУ 2632-006-02750395-2013;
- оксид цинка - ГОСТ 202-84;
- квалистрол Б-70 - ТУ 20.59.56-005-40065452-2020;
- нафтам -2 - ГОСТ 39-79;
- канифоль - ГОСТ 19113-84;
- смола углеводородная «СМПласт» - ТУ 20.59.59-012-06859485-2019;
- технический углерод П 803 - ГОСТ 7885-86;
- мел природный тонкодисперсный - ТУ 5743-020-05346453;
- транс-полинорборнен - «Astron Industriebeteiligungs GmbН", Австрия;
- фибра базальтовая - ТУ 5769-004-80104765-2008;
- капролактам - ГОСТ 7850-2013;
- стеарат кальция - ТУ 2432-011-10269039-2013;
- масло индустриальное И-12А - ГОСТ 20799-88;
- фактис - ТУ 38 106257-79;
- модификатор РУ - ТУ 2494-019-58948815-2004.
В составе предлагаемой резиновой смеси могут использоваться аналоги каучуков и ингредиентов, выпускаемых различными отечественными производителями и иностранными фирмами, не ухудшающие потребительские и физико-механические свойства изготавливаемых изделий из резиновой смеси по изобретению.
Резиновую смесь изготавливали в лабораторных условиях в трехлитровом резиносмесителе SKI-3L, а в производственных условиях в резиносмесителе «Intermix" SKI-50L в две стадии:
1 стадия - приготовление маточной резиновой смеси:
- загрузка в резиносмеситель бутадиен-нитрильного каучука СКН 4045, хлорбутилкаучука ХБК -139, спецдобавки, ½ технического углерода П 803, фактиса и смешивание в течение 60 с при температуре 60-75°С;
- загрузка оксида цинка, нафтама-2, канифоли, квалистрола Б-70, стеарата кальция, фибры базальтовой, ½ технического углерода П 803 и смолы углеводородной «СМПласт» и смешивание в течение 240 с при температуре 95-110°С;
- выгрузка маточной резиновой смеси при температуре 110°С;
- листование на вальцах маточной резиновой смеси.
2 стадия - приготовление резиновой смеси:
- загрузка маточной резиновой смеси и перемешивание в течение 60 с при температуре 50-75°С;
- ввод мела природного тонкодисперсного, сульфенамида Ц, квалистрола Б-70, капролактама, модификатора РУ - смешивание в течение 120 с при температуре 60-80°С;
- ввод серы и дикумилпероксида - смешивание в течение 30 с при температуре 70-80°С;
- выгрузка резиновой смеси при температуре 110°С.
- листование резиновой смеси на вальцах.
Охлаждение маточной и резиновой смесей после изготовления проводят в фистонной установке.
Изобретение поясняется примерами, составы которых представлены в таблице 1.
Анализ данных, приведенных в табл.2 показывает, что новая рецептура резиновой смеси на основе комбинации бутадиен-нитрильного каучука марки СКН-4045 содержанием акрилонитрила 36-40 мас. % и галобутилкаучука марки ХБК-139, содержащая спецдобавку в виде набухшего в индустриальном масле И-12А и усредненного на вальцах транс-полинорборнена. имеет лучшие результаты по всем основным показателям, а с учетом проведения экспериментальных опытных работ наглядно обеспечивает существенное улучшение упруго-диссипативных свойств изделий, изготовленных по предлагаемой рецептуре.