СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИХ ИЗДЕЛИЙ
METHOD OF ENCAPSULATING ITEM MANUFACTURE

Изобретение относится к способам изготовления герметизирующих прокладок из измельченных отходов для установки между деталями и узлами двигателей внутреннего сгорания, между фланцевыми соединениями в химической промышленности, для отделочных, шумо- и теплоизоляционных панелей.
Известен способ изготовления прессованных изделий, включающий смешивание органических наполнителей - измельчение до 1,5-2,5 мм отходы текстильного производства, деревообрабатывающей промышленности, сухие листья, ботву сельскохозяйственных культур или их смеси при массовом соотношении связующего и наполнителя 30-50:50-70, использование в качестве связующего отходов препрега на основе фенолформальдегидной смолы, измельченные до 1,0 мм, прессование при температуре 150-170°С и давлении 15-20 МПа с выдержкой в прессе после сбрасывания давления 10 мин (пат. РФ №2017759, МПК СO8J 5/04, СО8L 61/10 за 1994 г.).
Недостатком данного способа является то, что прокладки, полученные этим способом, не могут работать при высоких температурах.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится способ изготовления герметизирующих прокладок из измельченных отходов, включающий измельчение до 0,5-5 мм резинопробковых отходов, смешение со связующим веществом, формование посредством прессования под давлением (пат. РФ №2213104, МПК СO8J 5/10, СO8К 3/10, СO8L 9/02, опубл. 27.09.2003 г.).
Недостатком этого изобретения является низкие по сравнению с заявляемым способом упруго-эластичные свойства прокладок, приводящие к преждевременному разрушению, что снижает их надежность, а также невозможность работы в агрессивных средах из-за их высокой степени набухания, что делает материал неприемлемым для использования в качестве прокладок в химической промышленности.
Задачей изобретения является повышение надежности получаемых изделий за счет улучшения эксплуатационных, таких как упруго-эластичных свойств, истираемости изделий, повышения стойкости к набуханию в агрессивных средах, а также упрощение технологии получения прокладочного материала и расширение областей применение заявленной композиции.
Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления герметизирующих изделий, включающем измельчение до 0,5-5 мм резинопробковых отходов, смешение со связующим веществом, формование посредством прессования под давлением, согласно изобретению в качестве связующего используют сырую резиновую смесь на основе уретанового и бутадиен-нитрильного каучуков при массовом соотношении 10÷90:10÷90, а в качестве измельченных резинопробковых отходов используют взятые раздельно или в любых соотношениях между собой кору пробкового дуба, отходы обувных и протезно-ортопедических производств, отходы отделочных, тепло- и шумоизоляционных производств, а также собственные отходы материала, выпрессовки и отходы вырубки изделий при соотношении, мас.%: связующее вещество 25-60, указанные измельченные резинопробковые отходы - остальное, при этом формование осуществляют при температуре 143-151°С под давлением 3-10 МПа в течение от 20-60 минут с дальнейшей выдержкой при комнатной температуре в течение суток, затем листы разрезают и вырубают из них изделия.
Отличительными признаками предлагаемого изобретения являются использование в качестве связующего сырой резиновой смеси на основе уретанового и бутадиен-нитрильного каучуков при массовом соотношении 10÷90:10÷90, а в качестве измельченных резинопробковых отходов использование взятых раздельно или в любых соотношениях между собой коры пробкового дуба, отходов обувных и протезно-ортопедических производств, отходов отделочных, тепло- и шумоизоляционных производств, а также собственных отходов материала, выпрессовок и отходов вырубки изделий при соотношении, мас.%: связующее вещество 25-60, указанные измельченные резинопробковые отходы - остальное, формование при температуре 143-151°С под давлением 3-10 МПа в течение от 20-60 минут с дальнейшей выдержкой при комнатной температуре в течение суток, разрезка и вырубка из них изделий, что позволяет улучшить упруго-эластичные свойства изделий, в том числе в диапазоне связующего 35-40 мас.% при сохранении прочностных свойств на уровне нормы, а также повысить их надежность и стойкость к набуханию в агрессивных средах. Кроме того, предложенный способ позволяет расширить область применения материала, в частности для изготовления герметизирующих прокладок для установки между деталями и узлами двигателей внутреннего сгорания, между фланцевыми соединениями в химической промышленности, для изготовления отделочных, шумо- и теплоизоляционных панелей, футеровки для химической аппаратуры за счет того, что в заявляемом способе используется невысокое давление формования 3-10 МПа, в то время как в прототипе оно составляет 20-30 МПа. Применение высокого значения давления формования влечет за собой значительные энергетические затраты. Кроме того, предлагаемый способ позволяет избежать дополнительной энергоемкой технологической операции термостабилизации при высоких температурах 100-130°С в течение длительного времени. Заявителю неизвестно использование в науке и технике отличительных признаков способа с достижением указанного технического результата.
Способ осуществляли следующим образом. В качестве наполнителя для создания ПКМ использовали взятые раздельно или в любых соотношениях между собой измельченную кору пробкового дуба, отходы обувных и протезно-ортопедических производств, отходы отделочных, тепло- и шумоизоляционных производств, а также собственные отходы материала, представляющие собой некондицию, выпрессовки и отходы вырубки изделий, при этом размеры наполнителя варьируются от 0,5 до 5 мм (табл.4, 5).
Пример 1. Первоначально осуществляли пластикацию уретанового каучука марки СКУ-8ТБ и бутадиен-нитрильного каучука марки СКН-26 (БНКС-28) (в массовом соотношении 20:80 соответственно) на холодных лабораторных вальцах ЛБ 320-160/160 или в лабораторном резиносмесителе «Brabender» при температуре 50-60°С в течение 0-15 мин. Далее в смесь каучуков добавляли порциями в несколько приемов наполнитель в количестве 250 мас.ч. на 100 мас.ч. смеси каучуков (образец №10 таб.3). Измельчение пробковых и/или резинопробковых отходов осуществляли предварительно в экструдере до размеров 0,5-5 мм (табл.1).
Далее сырую резиновую смесь помещали в пресс-форму гидравлического вулканизационного пресса и подвергали формованию при 151°С и под давлением 5 МПа, затем материал выдерживали при комнатной температуре в течение суток с последующей нарезкой листов требуемой толщины, из которых вырубали изделия нужной конфигурации и размеров.
По предложенному способу были изготовлены прокладки (Пробкур) для двигателя внутреннего сгорания автомобиля типа ВАЗ, которые работали без капитального ремонта 150 тыс. часов при температуре 125°С, толщина прокладки 4 мм (табл.1, образцы №7-10 табл.3), что по сравнению с прототипом позволило увеличить надежность герметизирующих прокладок на 50%, восстанавливаемость после снятия давления на 18%, снизить относительную остаточную деформацию при сохранении других показателей на уровне прототипа.
Пример 2. Сырую резиновую смесь изготавливали и формовали аналогично примеру 1.
По предложенному способу был изготовлен тепло-звукоизолирующий материал (Пробкур) в виде плиты: 610 мм × 915 мм, толщина 4 мм (Образцы №10-12 табл.3).
Основные технические характеристики полученного материала приведены в таблице 3, которые удовлетворяют требованиям для теплоизоляционных материалов по ГОСТ 23499-79. При этом материал обладал следующими параметрами:
Плотность, кг/см<sup>3</sup>
200÷700 (в зависимости от режима формования)
Водопоглощение, %
0÷5
Огнестойкость
класс горючести В1
Аналогично проводились испытания герметизирующих изделий с различным соотношением ингредиентов, и полученные свойства сведены в табл.1-5.
Таблица 1
Сравнительные характеристики прокладочных материалов
Показатели
Норма для прокладочных материалов по ТУ 2549-001-21109211-95
САПР-0001 СП «Саморим-ПК» прототип
ПРОБКУР
Время формования, мин
-
-
40
Давление формования, МПа
-
20-30
3-10
Температура формования,°С
155-165 с последующей термостабилизацией при 100-130°С в течение 12-24 ч
143-151 с последующей вылежкой при комн. температуре в течение 24 ч
Работа при температуре, С°
-
-
-45+250
Гибкость при температуре 20±5°С
Не должно быть трещин и разрывов
Нет трещин и разрывов
Твердость по Шору А, усл.ед.
70±15
80±5
80
Плотность, кг/м
400÷800
-
600
Условная прочность при растяжении, МПа
4,9
4,9
4,9
Восстанавливаемость после снятия давления (2,75±0,05)МПа, % не менее
80
80
95+1
Сжимаемость при давлении (2,75±0,05)МПа, (28±0,05 кгс/см<sup>2</sup>) в пределах, %
14±6
14±6
12±1
Относительная остаточная деформация при 20% статической деформации сжатия температура 125°С в течение 72 ч, % не более
70
70
25±1
Степень набухания в моторном масле в течение 24 ч при 20±2°С,%
0÷45
13±1
Степень набухания в бензине в течение 24 ч при 20±2°С, %
0÷70
-
68±1
Стойкость к действию агрессивных сред (изменение массы материала после выдержки образца в течение 24 ч при 20±2°С), % - серная кислота (10% р-р)
±15
6±1
Стойкость к термическому старению в воздухе при температуре 125°С в течение 72 ч -изменение деформации, % -гибкость
±35Не должно быть трещин и разрывов
±35Нет трещин и разрывов
25Нет трещин и разрывов
Стойкость в ненапряженном состоянии к воздействию моторных масел при температуре 125°С в течение 72 ч - изменение объема, % - гибкость
±8Не должно быть трещин и разрывов
±8Нет трещин и разрывов
-3÷-1 Нет трещин и разрывов
Таблица 2
Показатели композиций с различным соотношением Показатели композиций с различным соотношением уретанового и бутадиен-нитрильного каучуков. Размер зерна пробки 3-5 мм, количество наполнителя 100 мас.ч. на 100 мас.ч. смеси каучуков.
Показатели
Соотношение уретанового и бутадиен-нитрильного каучуков в композиции, мас.ч. соответственно
90:10
70:30
50:50
30:70
20:80
10:90
№1
№2
№3
№4
№5
№6
Время формования, мин
10
25
25
25
25
40
Давление формования, МПа
5
5
5
5
5
5
Температура формования, °С
143
143
143
151
151
151
Гибкость при температуре 20°±5°С
Нет трещин и разрывов
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
580
600
600
700
700
600
Твердость по Шору А, усл. ед.
50÷60
60÷70
50÷60
60÷70
70÷75
60÷70
Работа при температуре, С°
-45+250
Условная прочность при растяжении, МПа
4,8
4,8
4,8
4,9
4,9
5,0
Восстанавливаемость после снятия давления (2,75±0,05)МПа, % не менее
90
90
90
90
90
90
Степень набухания в масле при 20°С в течение 24 часов,%
8±1
5±1
3±1
2±1
1±1
4±1
Степень набухания в бензине при 20°С в течение 24 часов, %
28±1
30±1
25±1
20±1
10±1
40±1
Таблица 3
Показатели композиций с различным содержанием тробкового наполнителя композиции на основе смеси уретанового и бутадиен-нитрильного каучуков в массовом соотношении 20: 80
Показатели
Содержание пробкового наполнителя в композиции, мас.ч.
100
150
200
250
300
350
№7
№8
№9
№10
№11
№12
Время формования, мин
25
30
40
40
50
60
Давление формования, МПа
3
4
5
5
5
5
Температура формования,°С
151
151
151
151
151
151
Гибкость при температуре 20±5°С
Нет трещин и разрывов
Твердость по Шору А, усл.ед.
70
75
78
80
80
80
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
700
670
635
600
607
655
Условная прочность при растяжении, МПа
4,9
Восстанавливаемость после снятия давления (2,75±0,05)МПа, % не менее
90
90
90
95
95
96
Степень набухания в масле в течение 24 ч при 20±2°С, %
1±1
15±1
11±1
13±1
18±1
8±1
Степень набухания в бензине в течение 24 ч при 20±2°С, %
10±1
49±1
51±1
68±1
69±1
37±1
Коэффициент теплопроводности, Вт/(мК)
0,2
0,1
0,05
0,048
0,045
0,043
Коэффициент звукопоглощения
0,58
0,61
0,73
0,8
0,83
0,85
Коэффициент газопроницаемости м<sup>2</sup>/(Па*с); 25°С
2,9*10<sup>-17</sup>
(O<sub>2</sub>)
0,8*10<sup>-17</sup>
(N<sub>2</sub>)
23* 10<sup>-17</sup>
(СО<sub>2</sub>)
Таблица 4
Показатели ПКМ с различным размером зерна пробки Температура формования 151°С, время 30 минут, давление 3 МПа.
Содержание наполнителя 100 мас.ч. на 100 мас.ч. смеси каучуков
Показатели
Размер зерна наполнителя
0,5-1
1-3
3-5
№13
№14
№15
Гибкость при температуре 20±5°С
Нет трещин и разрывов
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
890
870
650
Твердость по Шору А, усл. ед
60÷70
60÷70
60÷70
Работа при температуре, С°
-45+250
Условная прочность при растяжении, МПа
4,9
Восстанавливаемость после снятия давления (2,75±0,05)МПа, % не менее
90
Степень набухания в масле при 20°С в течение 24 часов, %
1±1
3±1
6±1
Степень набухания в бензине при 20°С в течение 24 часов, %
26±1
26±1
25±1
Как видно из таблиц, при сохранении таких же показателей с прототипом как прочность при растяжении, у предлагаемого способа изготовления герметизирующих изделий увеличились восстанавливаемость после снятия давления на 18%; надежность полученных герметизирующих изделий на 50%; снизилась относительная остаточная.
В настоящее время намечено внедрение предлагаемого способа изготовления герметизирующих изделий на таких заводах РТИ как ЗАО «Кварт» г.Казань, НИИ «Спецкаучук» г.Казань, а также на предприятиях: ООО «Автодеталь» г.Казань, ООО «Фопро-М» г.Ростов-на-Дону.