РЕЗИНОВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
RUBBER MIX FOR PRODUCING COMPOSITE MATERIALS

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к созданию резиновых смесей на основе силоксановых каучуков, и может быть использовано для изготовления электроизоляционных трубок и изоляционных оболочек кабеля, полимерных изоляторов высоковольтных линий, резинотехнических изделий и материалов, применяемых в электротехнической, авиационной, судостроительной, машиностроительной и нефтегазодобывающей отраслях промышленности, работающих в контакте с бензинами, органическими растворителями и минеральными маслами.
Известна в широком ассортименте резиновая смесь на основе высокомолекулярного метилвинилсилоксанового каучука, аэросила, полуусиливающих наполнителей (оксидов цинка, титана), пылевидного кварца, антиструктурирующего агента - кремнийорганического соединения, вулканизующего агента - органической перекиси, выпускаемые промышленностью [см. Химия и технология кремнийорганических эластомеров. / Под редакцией В.О. Рейхсфельда. Л.: Химия, 1973 г. стр.141-153], являющаяся наиболее близкой к изобретению.
Однако вулканизаты данной резиновой смеси не устойчивы к действию топлив, масел, органических растворителей. Все это ограничивает их практическое применение в ряде областей техники, где требуется повышенная маслобензостойкость.
Из ТУ 2257-001-68189339-2011 ЗАО «Центр-Синтез» известна каучуковая композиция «Силотерм ЭП-6» на основе низкомлекулярного силоксанового каучука, содержащая низкомолекулярный силан, микронизированную аммонийную соль полифосфорной кислоты, пентаэритрит, катализатор аминопропилтриметоксисилан и дибутилдиацетат олова при определенных соотношениях компонентов композиции.
Силиконовое огнезащитное покрытие «Силотерм ЭП-6» предназначено для:
- противопожарной защиты кабельного хозяйства, в том числе на АЗС и ТЭС;
- повышение предела огнестойкости несущих конструкций;
- повышение предела огнестойкости вентиляционных коробов, в том числе на АЭС и ТЭС;
- отделки огнестойких конструкций промышленных и строительных объектов, в целях повышения влагозащиты в системах СПО-3 при транспортировке и хранении.
Однако данная композиция не предназначена для получения композиционных материалов, таких как резинотехнические изделия, а используется только в качестве огнезащитного покрытия. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату с заявленным изобретением является известная резиновая смесь на основе высокомолекулярного метилвинилсилоксанового каучука, включающую аэросил, пылевидный кварц, органическую перекись и антиструктурирующий агент - кремнийорганическое соединение, дополнительно вводят низкомолекулярный метилвинилсилоксановый каучук формулы:
3
2
3
2
n
НО[(СН)SiO]m(СН)(СНСН)SiO]H,
где m, n - мольное содержание звеньев, причем m+n=100 (моль.%), n=98,5-99,85 (мол.%), n=0,15-1,5 (мол.%); с молекулярной массой 20-70 тыс. ед., а также и в качестве антиструктурирующего агента - α, ω-дигидроксиполидиметилсилоксан повышенное количество пылевидного кварца при следующем соотношении компонентов, масс.ч.:
Высокомолекулярный метилвинилсилоксановый каучук 70-80
Низкомолекулярный метилвинилсилоксановый каучук 20-30
Аэросил 40-50
Пылевидный кварц 170-200
Антиструктурирующий агент - α, ω-дигидроксиполидиметилсилоксан (продукт НД-8) 8-10
Органическая перекись 1,5-2,0
Согласно изобретению в качестве вулканизующего агента используют перекиси, такие как Пероксим F-40 и перекись 2,4-ДХБ(2,4-дихлорбензоил), но в основном (согласно примерам), предпочтительно используют 2,4-дихлорбензоил (см. пример конкретного получения резиновой смеси), (RU 2224774, 27.02.2004). Получают резиновую смесь, изделия из которой стойки в контакте с бензинами, органическими растворителями и минеральными маслами. Технической задачей заявленной резиновой смеси для получения композиционных материалов (различных резинотехнических изделий) является повышение работоспособности получаемых резинотехнических изделий при рабочей температуре окружающей среды от минус 60 градусов С до плюс 130 градусов С и относительной влажностью воздуха 98% при температуре до 35 градусов, повышение огнестойкости и пожаробезопасности их, а также снижение дымообразования, а обеспечение стойкости их к воздействию плеснивых грибов, к воздействию смазочных масел, воздействию озона и солнечной радиации, и в итоге к повышению срока службы резинотехнических изделий Поставленная техническая задача и достигаемый технический результат достигается новой резиновой смесью для получения резинотехнических изделий (композиционных материалов), включающей смесь высокомолекулярного диметилвинилсилоксинового каучука, полученного полимеризацией в присутствии щелочного катализатора, и диметилсилоксанового каучука при соотношении их 50:50, аэросил, кварцевый наполнитель порошкообразный с размером частиц от 1,0 до 5,0 мкм, перекисный вулканизующий агент Периксимон F-40- (бис-(трет-бутилпероксиизопропилбензол), добавку в виде красной кровяной соли-гексацианоферрата (III) калия при следующем соотношении компонентов в масс.ч.дение в рецептуру их к резиновой смеси дополнительно в качестве полимерной основы низкомолекулярного метилвинилсилоксанового каучука приводит к формированию в мас.ч:
указанная смесь силоксановых каучуков
- 100,0
аэросил
- 1,9-2,1
указанный кварцевый порошкообразный наполнитель
- 98,0-102,0
указанный перекисный вулканизующий агент
- 1.0-5,0
гексацианоферрат(III)калия
- 1.0-2,0
Использование в заявленной резиновой смеси высокомолекулярного диметилвинилового каучука в сочетании с диметилсилоксановым каучуком в соотношении их 50:50, а также использование кварцевого порошкообразного наполнителя с размером частиц 1,0-5,0 мкм. в меньшем количестве, а также сочетание их с аэросилом и гексацианоферратом(III)калия (красной кровяной соли) именно Периксимона F-40 (бис(трет-бутилпероксиизопропилбензол) приводит к формированию более плотной вулканизационной сетке. Сочетание данных компонентов, взятых в указанных количественных соотношениях приводит к получению композиционных материалов (резинотехнических изделий) из заявленной резиновой смеси способствует повышению срока службы их с улучшенными свойствами (морозостойкостью, теплостойкостью, огнестойкостью снижению дымообразованию, стойкостью к плесневым грибам, стойкостью к смазочным маслам, воздействию озона и солнечной радиации). В качестве высокомолекулярного диметилвинилсилоксанового каучука, получаемого полимеризацией в присутствие щелочного катализатора, используют каучуки марок СКТВ (СКТВ - 1 щел.), в качестве диметилсилоксанового каучука используют каучуки марок СКТ (Энциклопедия полимеров, т.1, 1972, Москва, Сов. энциклопедия, с.1150-1156).
В качестве целевой добавки используют красную кровяную кровь (гексацианоферрат(III) калия; железосинеродистый калий, ферроцианид калия).
В качестве аэросила резиновая смесь содержит, например аэросил А-300, А-175.
Резиновую смесь готовят следующим образом. В смесителе типа М-1 с Z-образной формой рабочих лопастей и числом оборотов 20-28 в минуту или другого типа, обеспечивающим получение гомогенной смеси при температуре 20-30°C, смешивают диметилвинилсилоксановый каучук с аэросилом и предварительно перемешанным до получения гомогенной массы диметилсилоксановым каучуком с порошкообразным и красной кровяной солью. После получения гомогенной массы резиновую смесь прогревают при температуре 160-180°C в течение 25-30 минут. Затем в охлажденную до комнатной температуры резиновую смесь на вальцах вводят вулканизующий агент - органическую перекись (Пероксимон F-40).
Полученную смесь вулканизуют в одну стадию в экструдере при температуре 127-132°C.
Свойства вулканизатов резиновых смесей определялись с использованием тестированных методик:
ГОСТ 269-66 - Резина. Общие требования к проведению физико-механических испытаний.
ГОСТ 270-75 - Резина. Метод определения упруго-прочностных свойств.
ГОСТ 263-75 - Резина. Метод определения твердости по Шору А.
ГОСТ 9030-74ЕСЭКС - Резина. Метод испытания на стойкость в ненапряженном состоянии к воздействию жидких агрессивных сред.
Качество ингредиентов, используемых для приготовления резиновых смесей, соответствует требованиям, заложенным в следующей технической документации: В таблице 1 приведены примеры составов резиновой смеси по изобретению. В таблице 2 приведены некоторые свойства материалов (композиционных материалов), изготовленных из резиновой смеси по изобретению.
Примеры составов резиновой смеси по изобретению.
Таблица 1
Компоненты
Содержание компонентов, масс.ч.
Резиновой смеси
1
2
3
1. Высокомалекулярный
Диметилвинилсилоксановый
50
50
50
каучук СКТВ-1 (щелочн.)
2. Диметилсилоксановый
50
50
50
каучук СКТ
3. Аэросил А-300
1,9
2,0
2,1
4. Порошкообразный кварцевый порошок с размером частиц 3 мкм
98,0
100,0
102,0
5. Гексацианоферрат(III) калия
1,0
2,0
1,5
6. Вулканизующий перегисный агент Периксимон F-40
1,0
2,0
5,0
Композиционные материалы, например силовые кабели с оболочкой и изоляцией из резиновой смеси по изобретению обладают следующими свойствами:
- могут эксплуатироваться при рабочей температуреокружающей среды от минус 60°C до плюс 130°C и относительной влажности воздуха до 98°C при температуре до 35°C;
- кабели являются гибкими и огнестойкими: не распространяют горения при групповой прокладки по категории А;
- огнестойкость кабелей в условиях воздействия открытого пламени огня с температурой (750±50°С) составляет не менее 180-240 мин.;
- дымообразование при горении и тлении кабелей не приводит к снижению светопроницаемости в испытательной камере более, чем на 40-50%;
- кабели стойки к воздействию смены температур от минус 60°C до плюс 155°C (при отсутствии токовых нагрузок);
- стойки к воздействию смазочных масел;
- стойки к воздействию озона и солнечной радиации;
- стойки к воздействию плесневых грибов;
Все указанные свойства позволяют увеличить качество их и срок их эксплуатации:
- минимальный срок службы 20-30 лет.
Таблица 2
Показатели
Прототип*
1
2
3
4
5
6
7
8
Твердость по Шору А, ед.
Изменение массы образца, %, после выдержки его в течение 72 ч.
а) в масле марки М<sub>8</sub>Г<sub>3</sub>К при 150°С
-7,8
-1,8
-3
-2,3
-2,5
-1,4
-1,5
-5,0
-
б) в изооктанотолуольной смеси (7:3) при (25±5)°С
123
40,1
38,2
37,4
47,2
44,8
44,2
74
-
Изменение показателей после воздействия масла М<sub>8</sub>Г<sub>3</sub>К в течении 72 часов при 150°С
а) твердость по Щору А, ед.
-14
-3
-3,5
-2,5
-4,5
-3,6
-39
-14
-
б) прочность, %
-20
-13
-14
-15
-14
-13
-14
-18
-
в) положительного удлинения, %
-25
-16
-12
-14
-17
-18
-35
-20
-