Исследование влияния модифицированного дисперсного алюмосиликатного наполнителя на огнестойкость эластомерных композиций

УДК 678.01

В. Ф. Каблов, О. М. Новопольцева, В. Г. Кочетков, А. Г. Лапина, Н. О. Цыбулько

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОГО ДИСПЕРСНОГО АЛЮМОСИЛИКАТНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ НА ОГНЕСТОЙКОСТЬ ЭЛАСТОМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

Ключевые слова: эластомеры, резины, наполнители, модифицирующие добавки, огнестойкость.

Развитие техники привело к созданию конструкций, эксплуатация которых связана с воздействием на них высоких температур. В этих условиях конструкционные материалы быстро утрачивают эксплуатационные свойства. Использование для защиты конструкций теплоогнезащитных материалов с низкими значениями тепло- и температуропроводности, с высокой теплоемкостью, создающих тепловой и температурный перепад между горячей рабочей средой и конструкцией за счет хороших теплофизических свойств, ограничено термоустройчивостью теплозащитных материалов. В работе показана возможность использования функционально активных наполнителей для создания эластомерных композиций. Рассмотрено их влияние на огне-теплостойкость резин на основе каучуков общего назначения.

Key words: elastomers, rubbers, fillers, modifying additives, fire resistance.

The development of technology has led to the creation of structures, operation of which is linked to exposure to extremely high temperatures. Under these conditions, structural materials quickly lose performance properties. The use of heat to protect structures fireproof materials with low values of thermal and thermal diffusivity, high heat capacity, creating heat and the temperature difference between the hot working environment and design due to good thermal properties, thermal stability is limited TLV. The paper illustrates the use of functionally active fillers to create elasto-meric compositions. Examined their impact on the fire heat-resistant rubber based on general-purpose rubbers.

Введение

Изделия из эластомерных композиций применяются в ракетной, авиационной и морской технике, в том числе, для конструкций специального назначения, работающих при экстремальных температурах. Поэтому особый интерес представляют композиционные полимерные материалы с теплостойкостью выше 200°С, изделия из которых могут длительное время эксплуатироваться при повышенных температурах [1,2].

Одним из перспективных направлений повышения термостойкости таких материалов является использование в составе эластомерных композиций слоистых вспучивающихся алюмосиликатов и высокодисперсных наполнителей [2, 3]. Однако введение их в состав эластомерной композиции приводит к некоторому ухудшению ее физико-механических показателей, таких как, условная прочность при разрыве, напряжения при заданных деформациях. Данный недостаток возможно устранить модификаци-ейтаких наполнителей, позволяющей улучшить их распределение и повысить сродство к эластомеру.

Экспериментальная часть

Целью исследования является повышение огне-теплостойкости эластомерных материалов на основе различных каучуков общего назначения путем модификации микродисперсных алюмосиликатных наполнителей.

Модификация алюмосиликатного наполнителя проводилась элементоорганическим (ММА1), ами-носодержащим (ММА2) и гидроксилсодержащими (ММА3 и ММА4) соединениями c последующей термообработкой.

Резиновые смеси изготавливались по стандартной рецептуре на основе бутадиен-стирольного каучука

СКМС-30АРКМ 15 с серной вулканизующей группой. Содержание наполнителей приведено в табл. 1.

Таблица 1 - Содержание наполнителя в резиновой смеси

Наполнитель Дозировка, масс.ч на 100 масс частей каучука

Кон-трол ьный ММ А1 ММ А2 ММ А3 ММ А4

ТУ П324 30,00 30,00 30,00 30,00 30,00

ММА - 10,00 10,00 10,00 10,00

Ранее нами [3-5] было установлено, что оптимальное содержание подобных алюмосиликатных наполнителей составляет 10 масс.ч. на 100 масс. ч. каучука.

Кинетические параметры резиновых смесей определялись с помощью реометра MDR 3000 Professional.

Введение в состав резиновой смеси ММА практически не влияет на кинетику вулканизации, при незначительном увеличении индукционного периода и позволяет сохранить физико-механические свойства на заданном уровне (табл. 2).

Для оценки теплостойкости полученныхвулкани-затов определялась температура на необогреваемой поверхности образца при действии на него открытого пламени плазматрона. На поверхности создавалась температура порядка 2500 оС.

При воздействии пламени горелки на контрольный образец практически не образуется «коксовая шапка» (рис. 1), а у образцов, содержащих модифицированный алюмосиликатный наполнитель (рис. 2, 3) на поверхности образуется плотный и стойкий к пламени кокс, защищающий образец от горения.

Таблица 2 - Вулканизационные, физико-механические и теплозащитные характеристики резиновых смесей и вулканизатов*

Показатель К ММ А 1 ММ А 2 ММ А 3 ММ А 4

Минимальный крутящий момент (М^п), Н-м 1,23 1,46 1,25 1,32 1,30

Максимальный крутящий момент (Мтах), Н-м 9,24 7,39 9,20 9,41 9,17

Время начала вулканизации (х8), мин 2,8 3,3 3,3 4,0 3,5

Оптимальное время вулканизации (т90), мин 31 32 32 33 31

Показатель скорости вулканизации (Яу), мин"1 3,55 3,59 4,23 4,32 3,51

Условная прочность при растяжении (/р), МПа 10,2 11,1 11,5 12,4 13,5

Относительное удлинение при разрыве (еотн), % 560 637 410 510 520

Относительное остаточное удлинение после разрыва (еост), % 21 8 8 4 16

Твердость, ед.Шор А 59 45 50 51 60

Плотность, г/см3 1,06 1,13 1,10 1,08 1,08

Скорость линейного горения, мм/мин 24,5 15,5 13,9 14,3 22,9

Время прогрева поверхности образца до 100оС, с 119 120 130 150 172

Изменение показателей после старения (100 оС х 72 час.), %: ДР Де -38 -60 -23 -43 -16 -32 -13 -35 -37 -57

Режим вулканизации 155 оС х 40 мин

Рис. 1 - Изменения в структуре контрольного образца после воздействия пламени горелки

В зависимости от используемого модифицирующего агента плотность коксового слоя и его количество меняется: в случае использования элементооргани-ческого модификатора образуется более плотный слой.

Рис. 2 - Изменения в структуре образца ММА1 после воздействия пламени горелки

Рис. 3 - Изменения в структуре образца ММА2 после воздействия пламени горелки

Выводы

Таким образом, проведенные исследования показали, что проведенная модификация алюмосиликат -ного наполнителя позволяет повысить его огнетеп-лозащитную эффективность.

Работа выполнена при поддержке проекта «Разработка модификаторов и функциональных наполнителей для огне-, теплозащитных полимерных материалов» выполняемого вузом в рамках государственного задания Минобрнауки России.

Литература

1. Заиков Г.Е.Горение, деструкция и стабилизация полимеров / Под ред. Г.Е. Заикова - СПб: Научные основы технологии, 2008 - 420 с.

2. Каблов В.Ф., Новопольцева О.М., Кочетков В.Г.Исследование эластомерных материалов с микродисперсными отходами карбида кремния Современные проблемы науки и образования, 4, URL: www.science-education.ru/110-9971 (2013);

3. Каблов В.Ф., Новопольцева О.М., Кочетков В.Г. Влияние наполнителя перлит на теплостойкость резин на основе этиленпропилендиенового каучука Современные проблемы науки и образования, 3, URL: www.science-education.ru/109-9370 (2013);

4. Каблов В.Ф., Новопольцева О.М., Кочетков В.Г., Кос-тенко Н. В. Влияние наполнителей на огнетеплостойко-стьэластомерных материалов Современные наукоемкие технологии, 7, 2, 103-104 (2014);

5. Каблов В.Ф., Новопольцева О.М., Кочетков В.Г., Костен-ко Н.В. Влияние алюмосиликатного наполнителя на тепло-и огнестойкость резин на основе этиленпропилендиенового каучука Научные труды sworld, 7,1, 91-92 (2014).

© В. Ф. Каблов, д.т.н., проф. каф. «Химическая технология полимеров и промышленная экология»; директор ВПИ (филиал) ВолгГ-ТУ, kablov@volpi.ru; О. М. Новопольцева, д.т.н., профессор; зам. зав. той же кафедры, nov@volpi.ru; В. Г. Кочетков, асп. ВолгГТУ, geminy-i@mail.ru; А. Г. Лапина, магитр ВПИ (филиал) ВолгГТУ; Н. О. Цыбулько, студент ВПИ (филиал) ВолгГТУ.

© V. F. Kablov, Ph.D., professor of the department "Chemical technology of polymers and industrial ecology" of VPI (Branch) VSTU, kablov@volpi.ru; O. M. Novopoltseva, - Doctor of Engineering Science, professor, Deputy Head of "Chemical technology of polymers and industrial ecology" VPI (Branch) VSTU, geminy-i@mail.ru; V. G. Kochetkov, graduate student of the department "Chemical technology of polymers and industrial ecology" VPI (Branch) VSTU; A. G. Lapina, magistrand of the department "Chemical technology of polymers and industrial ecology" VPI (Branch) VSTU; N. O. Tsybulko, student VPI (Branch) VSTU.