МОРОЗОСТОЙКАЯ РЕЗИНА НА ОСНОВЕ ПРОПИЛЕНОКСИДНОГО КАУЧУКА И ПРИРОДНЫХ БЕНТОНИТОВ
FROST RESISTANT RUBBER BASED ON PROPYLENE OXIDE RUBBER AND NATURAL BENTONITES

Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к разработке эластомерных материалов уплотнительного назначения с высоким уровнем морозостойкости и низким значением остаточной деформации сжатия. Разработанные резины могут быть использованы для изготовления резиновых деталей, применяемых в различных видах уплотнительных узлов машин и механизмов и в других областях применения, например, для изготовления уплотнений для стеклопакетов в регионах с холодным климатом.
Наиболее перспективным материалом для эксплуатации в условиях Крайнего Севера являются резины на основе пропиленоксидного каучука (СКПО), который характеризуется морозо-, озоно- и термостойкостью. Недостатком его являются высокие значения остаточной деформации сжатия (1. Говорова О.А. и др. Разработка атмосферостойких резин с улучшенными низкотемпературными и адгезионными свойства / Каучук и резина. - М.: - 1999. №2, с.18-20; 2. Говорова О.А. и др. Использование добавок эпихлоргидриновых и пропиленоксидных каучуков для расширения температурного интервала работоспособности резины на основе бутадиен-нитрильных каучуков / Каучук и резина. - М.: -2000. №4, с.18-20).
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой композиции является морозостойкая резиновая смесь на основе СКПО, содержащая серу, тиурамдисульфид, стеариновую кислоту, оксид цинка, 2-меркаптобензтиазол, технический углерод П-803, природные цеолиты и дибутилфталат, подвергнутые совместной механоактивации в планетарной мельнице АГО-2 с в соотношении 70:30 (3. Петрова Н.Н., Портнягина В.В., Биклибаева Р.Ф. Морозостойкая смесь на основе пропиленоксидного каучука /Патент РФ №2294341. - М.: - 2007). Природные цеолиты представляют собой каркасные алюмосиликаты, обладающие высокой адсорбционной способностью (4. Новгородов П.Г. Актуальные проблемы освоения цеолитового сырья месторождения Хонгуруу. /Матер, науч. чтений, посвященных памяти первооткрывателя месторожения цеолитов Якутии К.Е. Колодезникова. - Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН. - 2005. - 124 с.). К недостаткам указанных резин следует отнести высокое значение остаточной деформации сжатия, сложную технологию производства, связанную с приготовлением пасты на основе цеолитов и пластификатора, кроме того для надежной эксплуатации деталей из данных резин желательно дальнейшее повышение коэффициента морозостойкости при -50°С.
Технической задачей изобретения является снижение остаточной деформации сжатия при улучшении низкотемпературных показателей резиновой смеси на основе СКПО за счет введения новых минеральных наполнителей в эластомерную матрицу.
Используемый наполнитель - природные бентониты (4. Лыгина Т.З., Сабитов А.А., Трофимова Ф.А. и др. Бентониты и бентонитоподобные глины. Классификация, особенности состава, физико-химические и технологические свойства. - Казань: ФГУП «ЦНИИгеолнеруд». - 2005. - 72 с.) представляют собой слоистые алюмосиликаты. Остальную часть природных бентонитов составляют минералы, содержащие макро, микро и ультрамикроэлементы. Состав минерала может быть представлен химической формулой:
x
4-x
x
8
20
4
M(AlMg)SiO(OH), где М - катион щелочных или щелочно-земельных металлов, х - степень изоморфного замещения (0,5-1,3).
Известно положительное воздействие природных бентонитов на структуру и эксплуатационные свойства некоторых каучуков. Так, в работах Туторского И.А. и Покидько Б.В. по модификации бутадиен-нитрильного и изопренового каучуков (5. Туторский И.А., Альтзицер Б.В., Покидько В.В.
Термостойкие нанокомпозиты со слоистыми силикатами на основе бутадиен-нитрильного каучука /Каучук и резина. - М.: - 2007. №2, с.16; 6. Туторский, И.А., Кузин B.C., Покидько Б.В. Полимерные композиты со слоистыми силикатами на основе изопренового каучука / Каучук и резина. - М.: - 2009. №4, с.18) показано, что в композитах происходит улучшение физико-механических и динамических свойств, понижается газопроницаемость, происходит повышение термостойкости за счет образования эксфолиированной структуры, когда слоистые силикаты при диспергировании полностью расслаиваются в полимерной матрице до индивидуальных пластинчатых частиц с нанометровой толщиной. Влияние на морозостойкость резин слоистых алюмосиликатов, в отличие от каркасных алюмосиликатов, в настоящее время не исследовано.
Поставленная задача достигается тем, что резиновая смесь, включающая пропиленоксидный каучук, серу, тиурамдисульфид, стеариновую кислоту, оксид цинка, технический углерод П-803, вместо пасты на основе природных цеолитов и пластификатора дибутилфталата, полученной совместной обработкой в планетарной мельнице АГО-2С, содержит порошок природных бентонитов. Пластификатор в смеси также присутствует, но вводится в резиновую смесь на стадии смешения каучука и ингредиентов. Вместо традиционного дибутилфталата использован пластификатор дибутоксиэтиладипинат (ДБЭА, ТУ 2497-127-55778270-2002), который характеризуется высокой совместимостью с полярными каучуками и низкой летучестью по сравнению с дибутилфталатом, при его применении получают резины с более высокой морозостойкостью. Также в данной резиновой смеси в качестве вулканизующего агента вместо каптакса использован альтакс (дибензотиазолдисульфид), ускоритель класса тиазолов средней активности (7. Кошелев Ф.Ф., Корнев А.Е., Буканов A.M. Общая технология резины. 4-е изд. М.: Химия, 1978, с.164). Смесь содержит дополнительно фенил-(3-нафтиламин (неозон Д), который является противостарителем аминного типа (8. Кошелев Ф.Ф., Корнев А.Е., Буканов A.M. Общая технология резины. 4-е изд. М.: Химия, 1978, с.198). Состав резин приведен в таблице 1.
Резиновую смесь по предложенной рецептуре готовят на стандартном оборудовании при следующей последовательности введения ингредиентов:
пропиленоксидный каучук, стеариновая кислота, оксид цинка, дибензотиазолдисульфид, тиурамдисульфид, бентониты, фенил-(3-нафтиламин, технический углерод, дибутоксиэтиладипинат, сера. Вулканизацию резиновой смеси проводят при 150°С, давлении 12,0 МПа в течение 30 мин. Выдержка вулканизатов до испытаний не менее 6 ч.
Физико-механические показатели вулканизатов определяют по ГОСТ 270-84, остаточную деформацию сжатия (ОДС) по ГОСТ 9.029-74, объемный износ по ГОСТ 25509-79, коэффициент морозостойкости при растяжении (Км) по ГОСТ 408-78. Свойства вулканизатов приведены в таблице 2.
Применение резиновой смеси заявляемого состава, повысит ресурс работы резиновых уплотнений при их эксплуатации в составе герметизирующих устройств, поскольку данный материал обладает высокой морозостойкостью и низким значением остаточной деформации сжатия, а также получен по более простой по сравнению с прототипом технологии приготовления, исключающей стадию совместной механоактивации цеолита и дибутилфталата.
Таблица 1
Состав резин
Ингредиент
Прототип
По изобретению
Контрольные
1
2
3
4
5
6
7
СКПО
100
100
100
100
100
100
100
100
Стеариновая кислота
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
Оксид цинка
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
Дибензотиазолдисульфид
-
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
2-Меркаптобензтиазол
2,0
-
-
-
-
-
-
-
Тиурамдисульфид
2,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
Фенил-р-нафтиламин
-
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
Технический углерод П-803
60,0
60,0
60,0
60,0
60,0
60,0
60,0
60,0
Сера
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
Паста на основе природных цеолитов и дибутилфталата
15
-
-
-
-
-
-
-
Природные бентониты
-
0,5
1,0
3,0
5,0
10,0
0
20,0
Дибутоксиэтиладипинат
-
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
Таблица 2
Свойства резин
Показатель
Прототип
По изобретению
Контрольные
1
2
3
4
5
6
7
Условная прочность при растяжении,
12,4
7,8
7,5
7,0
7,4
7,1
7,0
6,8
МПа
Относительное
242
удлинение при
165
161
134
143
118
192
104
разрыве, %
Условное
4,8
напряжение при
4,2
4,2
4,1
4,1
4,6
4,9
2,9
удлинении 100%,
МПа
Коэффициент
морозостойкости при
0,83
0,94
0,93
0,93
0,92
0,90
0,89
0,86
растяжении при -50
°С
0,66
0,88
0,87
0,86
0,85
0,84
0,78
0,84
при сжатии при -35
°С
Остаточная
56,5
деформация сжатия
38,2
45,8
48,6
40,5
44,3
57,3
47,6
(100°С, 72 ч),%