Отверждающиеся герметики на основе жидкого тиокола с улучшенными электропроводящими свойствами

УДК 678.028: 293.3

И. И. Сабиров, Г. Р. Гиматдинова, А. Р. Курбангалеева, А. Д. Хусаинов, Ю. Н. Хакимуллин, Е. С. Нефедьев

ОТВЕРЖДАЮЩИЕСЯ ГЕРМЕТИКИ НА ОСНОВЕ ЖИДКОГО ТИОКОЛА

С УЛУЧШЕННЫМИ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИМИ СВОЙСТВАМИ

Ключевые слова: жидкий тиокол, полисульфидный олигомер, технический углерод, герметик, свойства.

Изучено влияние содержания электропроводящего технического углерода марки УМ-76 на физико-механические свойства и электропроводность герметиков на основе жидкого тиокола марки НВБ-2. Установлено, что удельное объемное электрическое сопротивление материала, главным образом, зависит от содержания электропроводного наполнителя. Чем больше содержание такого наполнителя, тем меньше значение показателя удельного объемного электросопротивления герметиков на основе жидкого тиокола.

Key words: liquid thiokol, polysulfide oligomer, carbon black, sealant, properties.

The influence of the content conductive carbon black in the physical and mechanical properties and electrical conductivity of sealants based on liquid thiocol was studied. It is found that the specific volume resistivity of the material mainly depends on the content of the conductive filler. Increasing offiller content decreases the index volume resistivity value of liquid thiokol based sealants.

Электропроводящие полимерные материалы обычно являются композициями полимер-проводящий наполнитель. Одним из таких наполнителей является технический углерод марки УМ-76 (ЗАО «ХимПласт», г. Омск). Технический углерод широко используется для усиления герметизирующих материалов на основе полисульфидных олиго-меров. В то же время процессы, протекающие при получении герметиков, наполненных техническим углеродом, и приводящие к увеличению их прочности, тесно взаимосвязаны с процессами, определяющими их электропроводность [1-3]. Важнейшей характеристикой электропроводящих материалов является показатель их удельного объёмного электрического сопротивления (р).

Объектом исследования является отверждаю-щийся герметик на основе жидкого тиокола марки НВБ-2 (ГОСТ 12812-80, ТУ 38.50309-93).

Процесс приготовления герметизирующей пасты заключался в механическом смешении и диспергировании частиц твердых наполнителей в жидких компонентах при комнатной температуре до получения гомогенной однородной массы. Приготовление герметика заключается в смешении герметизирующей и отверждающей пасты на основе диоксида марганца (ТУ У 21855220.001- 2000) в определенном соотношении.

Целью исследования являлось изучение влияния электропроводной марки технического углерода марки УМ-76 (ТУ 38 10002-02) на физико-механические и электропроводящие свойства герметика на основе жидкого тиокола марки НВБ-2. Содержание технического углерода марки УМ-76 варьировали от 10 до 40 мас. ч., более 40 мас. ч. не вводили ввиду сложности распределения такого количества технического углерода и быстрого нарастания вязкости композиции. В качестве пластификатора в данных композициях использовали ди-бутилфталат (дибутиловый эфир ортофталевой кислоты).

Физико-механические испытания проводились по ГОСТ 21751-76. Измерение удельного объемного

электрического сопротивления образцов проводилось на тераомметре Е6-13А с точностью до 2,5 %. Тераомметр Е6-13А предназначен для измерения сопротивления постоянному току в диапазоне от 10 до 1014 Ом.

Углеродосодержащие композиционные материалы на основе полисульфидных олигомеров обладают сложной внутренней структурой. По электрофизическим свойствам саженаполненные композиционные материалы на основе полисульфидных оли-гомеров являются полупроводниками [4-5]. Исключительно ценной особенностью некоторых видов технического углерода является способность структурироваться в цепные комплексы, а именно к образованию длинных прочных цепочек из отдельных частиц, обеспечивая получение высокоомных композиций с хорошими электрическими свойствами. Совокупность цепочек образует матрицу технического углерода, внутренний объем которого в электропроводящих полимерных материалах заполнен связующим компонентом.

Рецептура отверждающегося герметика на основе жидкого тиокола марки НВБ-2 представлена в таблице 1.

Таблица 1 - Рецептура герметика на основе жидкого тиокола марки НВБ-2

Ингредиент Содержание, мас. ч.

Жидкий тиокол марки НВБ-2 100

Дибутилфталат (ДБФ) 30

Технический углерод марки УМ-76 10 - 40

Отверждающая паста (паста № 9) 13,37

Дифенилгуанидин (ДФГ) 0,8

С увеличением содержания технического углерода марки УМ-76 значение условной прочности при разрыве герметиков возрастает. Механизм усиления в первую очередь связан с образованием при определенной концентрации технического углерода цепочечных структур, жидкий тиокол в такой струк-

туре играет роль связующего, обеспечивая его физико-механические свойства. Во-вторых, средний диаметр частиц технического углерода марки УМ-76 составляет 24,7 нм, благодаря высокой удельной поверхности частиц с повышением наполнения увеличивается межфазное взаимодействие наполнителя с олигомером. Кроме того, следует отметить, что на поверхности технического углерода имеются реак-ционноспособные группы (карбоксильная, гидро-ксильная и др.), которые способствуют образованию дополнительных физических взаимодействий на границе раздела с макромолекулами олигомера и, как следствие, повышению вязкости и прочности герметиков.

Увеличение содержания технического углерода марки УМ-76 с 10 до 20 мас. ч. незначительно снижает относительное удлинение, дальнейшее увеличение содержания наполнителя приводит к незначительному повышению этого показателя. Повышение прочности и относительного удлинения при содержании технического углерода марки УМ-76 от 20 до 40 мас. ч., свидетельствует об оптимальном содержании технического углерода марки УМ-76, при котором улучшается весь комплекс физико-механических свойств. Твёрдость по Шору А герме-тиков при содержании УМ-76 до 30 мас. ч. изменяется незначительно, при 40 мас. ч. происходит существенное увеличение твердости.

Для оценки электрических характеристик электропроводящих герметиков (о„< 104 Ом*м) в работе определяли значение их удельного объемного электрического сопротивления на тераомметре Е6-13А с точностью до 2,5% (табл.2).

Таблица 2 - Удельное объемное электрическое сопротивление герметиков на основе жидкого тиокола марки НВБ-2 от содержания ТУ УМ-76, Ом*м

Содержание тех- Удельное объемное

нического углерода электрическое сопротив-

УМ-76, мас. ч. ление, Ом*м

10 1,61*105

20 7,28*104

30 6,05*103

40 2,67*101

Удельное объемное электрическое сопротивление при увеличении содержания электропроводящей сажи с 10 до 40 мас. ч. уменьшается на три порядка, что способствует улучшению электропроводящих свойств герметика и приближению к нижней границе полупроводниковой зоны.

Таким образом, введение в состав герметиков на основе жидкого тиокола марки НВБ-2 технического углерода марки УМ -76 увеличило вязкость композиции, при этом позволило получить герметики с высокими физико-механическими свойствами и понизить удельное объемное электрическое сопротивление до 2,67*10 1 Ом*м. Следует отметить, что наименьшие значения показателя удельного объемного электросопротивления достигаются в гермети-ках на основе жидкого тиокола марки НВБ-2 при содержании технического углерода марки УМ-76 40 мас. ч. на 100 мас. ч. жидкого тиокола.

Литература

1. Миракова Т.Ю. Влияние структуры полисульфидного олигомера на электрические свойства герметиков / Т.Ю. Миракова, Ю.С. Карасева, Е.Н. Черезова, А.Х. Абдрах-манова, Е.С. Нефедьев // Вестник Казанского технологического университета - 2011. - № 19. - С. 131-135

2. Сафиуллин Р.А. Влияние углеродных наночастиц на термоэлектрические свойства саженаполненных полисульфидных полимеров / Р.А. Сафиуллин, Д.М. Кади-ров, И.Э. Исмаев, Е.С. Нефедьев, М.К. Кадиров // Вестник Казанского технологического университета - 2012. -№ 3. - С. 94-95

3. Миракова Т.Ю. Влияние состава полимерных композиций на основе полисульфидных олигомеров на их электропроводность / Т.Ю. Миракова, Е.С. Нефедьев, З.Ш. Идиятуллин, А.И. Даянова, И.Р. Низамиев, Г.Ф. Манна-нова, Ю.С. Карасева // Вестник Казанского технологического университета - 2011. - № 1. - С. 109-113

4. Установка для измерения температурных характеристик проводящих полимеров / Сафиуллин Р.А., Нефедьев Е.С., Кадиров М.К. // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. - № 12. - С. 67-69.

5. Bertozzi, E.R. Chemistry and Technology of Elastomeric Polysulfide Polymers / E.R. Bertozzi //Rubber Chem. And Techn. - 1968. - V. 41. - №1. - P. 114-160.

© И. И. Сабиров - магистр каф. химии и технологии переработки эластомеров КНИТУ; Г.Р. Гиматдинова - магистрант той же кафедры; А. Р. Курбангалеева - к.т.н., доцент той же кафедры; А. Д. Хусаинов - к.т.н., доцент той же кафедры; Ю. Н. Хакимуллин - д.т.н., профессор той же кафедры; hakim123@rambler.ru; Е. С. Нефедьев - д.х.н., профессор кафедры физики КНИТУ.

© 1 1 Sabirov - master from department of chemistry and processing technology of elastomers of KNRTU; G. R. Gimatdinova -master from department of chemistry and processing technology of elastomers of KNRTU; A. R. Kurbangaleeva - Ph.D. in Engineering Science, associate professor from department of chemistry and processing technology of elastomers of KNRTU; A. D. Khusainov - Ph.D. in Engineering Science, associate professor from department of chemistry and processing technology of elastomers of KNRTU; Y. N. Khakimullin - Doctor of Engineering Science, full professor from department of chemistry and processing technology of elastomers of KNRTU, hakim123@rambler.ru; E. S. Nefed'ev - Doctor of Engineering Science, full professor from department of Physics of KNRTU.