Влияние состава на свойства композиций на основе бутилкаучука

ХИМИЯ, ТЕХНОЛОГИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИМЕРОВ

УДК 678.062.5:678.046.8

Р. Ю. Галимзянова, Т. В. Макаров, Ю. Н. Хакимуллин,

С. И. Вольфсон

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА НА СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ БУТИЛКАУЧУКА

Показано влияния различных реакционноспособных добавок на основные реологические, физико-механические и адгезионные свойства композиции на основе бутилкаучука.

Известно, что пласто-эластические, когезионные, адгезионные и другие свойства резиновых смесей на основе эластомеров оказывают значительное, иногда определяющее влияние на эксплуатационные свойства комбинированных резинометаллических и резинотканевых изделий, таких как шины, рукава, различные изолирующие материалы и т.д. При создании таких композиций приходится решать компромиссные задачи достижения и сохранения высоких когезионных и адгезионных характеристик в сочетании с требуемыми пласто-эластическими свойствами в определенном диапазоне температур.

Особый интерес представляют эксплуатируемые в отвержденном и неотвержденном виде композиции на основе бутилкаучука, нашедшие в настоящее время широкое использование в автомобильной промышленности, строительстве, в качестве шумопоглощающих, демпфирующих и гидроизолирующих материалов.

Целью данной работы является разработка композиций на основе бутилкаучука с высокой адгезией к стеклу и дюралю, не уступающих по комплексу физико-механических и эксплуатационных лучшим зарубежным аналогам.

Были проведены исследования влияния различных реакционноспособных добавок на основные реологические, физико-механические и адгезионные свойства композиции на основе бутилкаучука. Базовая рецептура включала в себя: бутилкаучук (БК), 100 мас. ч.; наполнитель — тех. углерод, 30 мас. ч.; пластификаторы парафинового и ароматического типа, суммарным содержанием 40 мас. ч.

В качестве адгезионных добавок использовались:

канифоль, 10-60 мас. ч.;

АФФС (алкилфенолформальдегидная смола 8Р-1045), 2-70 мас.ч.;

полиизобутилен с молекулярным весом 20 тыс. (ПиБ-20), 2-20 мас.ч.;

полиизобутилен с молекулярным весом 10 тыс. (ПиБ-10), 2-40 мас.ч.

Сравнивали данные физико-механических и реологических испытаний

исследуемых композиций и немецкой мастики 00-115.

Результаты исследований адгезионных свойств эталона и приготовленных смесей представлены в таблице 1 и на рисунках 1-4.

Анализ данных, представленных на рисунке 1, показал, что зависимости адгезионной прочности композиции от содержания добавки, как к стеклу, так и к дюралю, имеет экстремальный характер. Первоначальное увеличение адгезионной прочности происходит в результате взаимодействия карбоксильных групп, содержащихся в

канифоли, с функциональными группами, находящимися на поверхности субстрата. С увеличением содержания добавки наблюдается изменение характера разрушения с адгезионного на когезионный. Это говорит о снижении прочности композиции и приводит к уменьшению показателя адгезионной прочности. Результаты испытаний

свидетельствуют, что оптимальное содержание канифоли находится в пределах от 30 до 45 мас. ч. При данных содержаниях канифоли, показатели адгезионной прочности композиции и GD-115 близки по значениям.

Таблица 1 - Адгезионные свойства мастики ОВ-115

Прочность на отрыв, МПа Характер отрыва

Дюраль Стекло Дюраль Стекло

0,51 0,56 когезионный когезионный

При введении АФФС в композицию адгезионная прочность возрастает (рис.2). Такая способность АФФС, обеспечивать значительную адгезию к различным материалам, обусловлена наличием в структуре смолы метилольных групп и высокой реакционной способностью. При дозировке смолы 30 мас. ч. и более, возможно, образование отдельной матрицы со структурой типа «сетка в сетке», что может повысить когезионную прочность композиции. Оптимальное количество добавки: от 50 до 60 мас. ч. В этом интервале адгезионная прочность исследуемых композиции больше чем у GD-115.

Использование в композиции полиизобутиленов ПиБ-20 и ПиБ-10 (рис. 3, 4) не позволила улучшить адгезионные характеристики композиции. Полиизобутилен ПиБ-10 вводили в композицию в сочетании с оптимальным содержанием канифоли (30 мас. ч.). Уменьшение адгезионной прочности и изменение характера разрушения с адгезионного на когезионный свидетельствуют о том, что введение полиизбутиленов приводит к снижению когезионной прочности композиций.

Рис. 2 - Зависимость адгезионной прочности композиции от содержания АФФС

Содержание ПиБ-20,

Дюраль Стекло мас.ч.

Рис. 3 - Зависимость адгезионной прочности композиции от содержания ПиБ-20

Рис. 4 - Зависимость адгезионной прочности композиции с оптимальным количеством канифоли (30 мас. ч.) от содержания ПиБ-10

Одновременно с испытаниями на адгезионную прочность проводили реологические исследования (рис. 5, 6). Смеси содержащие оптимальное количество добавок, были исследованы при температурах 800С (верхний предел эксплуатации) и 1200С (температура, при которой подобные композиции перерабатываются).

Анализируя зависимости вязкости от скорости сдвига, можно сделать следующие выводы, что композиция с оптимальным количеством АФФС при 800С и при 1200С, близка по параметрам вязкости к GD-115.

При температуре 800С вязкость композиции с 30 мас. ч. канифоли при минимальных скоростях сдвига совпадает со значениями GD-115. С возрастанием скорости сдвига, снижение вязкости данной смеси происходит более интенсивно, чем у GD-115. При 1200С близкие значения вязкостных характеристик наблюдаются при высоких скоростях сдвига (рис. 6).

Следует отметить, что реологические характеристики изучаемых композиции при температурах переработки и верхнего предела эксплуатации несколько уступают по своим значениям GD-115, вязкость которого при 800С выше, а при температуре переработки ниже вязкости исследуемых смесей.

Таким образом, по результатам проведенных исследований, было выявлено, что из изученных соединений наиболее эффективно повышает адгезионную прочность алкилфенолформальдегидная смола SP-1045. Введение добавки в композицию на основе бутилкаучука не ухудшает реологических характеристик резиновой смеси.

Экспериментальная часть

В работе использовали БК-1675H (ТУ 38.303103-93) производства ОАО

«Нижнекамскнефтехим», канифоль (ГОСТ 19113-84), смола SP-1045 (США, SV), полиизобутилен с молекулярным весом 20 тыс. и 10 тыс., (ПиБ-20 и ПиБ-10) (ГОСТ 13303-86), мастика GD-115 фирмы «Kommerling».

Композиции готовили на смесительных вальцах при комнатной температуре валков. [1] Физико-механические исследования проводились по ГОСТ 209-75, на разрывной машине РМИ-250 при скорости движения нижнего зажима 50 мм/мин.

Образцы для испытаний собирали из двух грибков. Исследуемую смесь наносили между грибками в виде лепешки массой 1,8±0,1 г. Образец выдерживают под грузом для получения равномерного слоя между дисками толщиной 2-3 мм. Излишки смеси с боковой поверхности удаляли. Готовые образцы выдерживали не менее 2 ч при 15 - 25°С. Исследовали адгезионную прочность к стеклу и к дюралю.

При проведении данного испытания определяли также характер разрушения. При отрыве мастики от диска грибка на участке площади не более 10 % общей площади образца характер разрушения считается когезионным.

Реологические исследования были проведены на капиллярном вискозиметре MPT фирмы «Monsanto» [2].

Литература

1. Охотина Н.А. Основные методы физико-механических испытаний эластомеров: Метод. указания /Казан. гос. технолог. ун-т. Казань, 1995. 72 с.

2. В.И. Кимельблат, И.В. Волков. Релаксационные характеристики расплавов полимеров и их связь со свойствами композиций: Монография/; Казан. гос. технол. ун-т. Казань, 2006 188 с.

© Р. Ю. Галимзянова - асп. каф. химии и технологии переработки эластомеров КГТУ; Т. В. Макаров - канд. техн. наук, асс. той же кафедры; Ю. Н. Хакимуллин - д-р техн. наук, проф. той же кафедры; С. И. Вольфсон - д-р техн. наук, проф., зав. каф. химии и технологии переработки эластомеров КГТУ.