Исследование упруго-гистерезисных характеристик динамических термоэластопластов

C. И. Вольфсон, Н. А. Охотина, А. И. Нигматуллина,

Р. К. Сабиров

ИССЛЕДОВАНИЕ УПРУГО-ГИСТЕРЕЗИСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИНАМИЧЕСКИХ ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТОВ

Ключевые слова: динамический термоэластопласт, полипропилен, бутадиен-нитрильный каучук, монтмориллонит.

Исследованы упруго-гистерезисные свойства динамических термоэластопластов на основе бутадиен-нитрильного каучука и полипропилена с использованием динамического анализатора полимеров RPA.

Keywords: dynamic thermoelastoplastic rubber, polypropylene, butadiene-nitrile rubber, montmorillonite.

The elastic-hysteresis properties of dynamic thermoelastoplastic rubbers based on butadiene-nitrile rubber and polypropylene were studied with the use of a dynamic RPA polymer analyzer.

Особый интерес для потребителей представляют динамические термоэластопласты ДТЭП на основе бутадиен-нитрильных каучуков (БНКС) и полипропилена (IIII) как материала используемого для производства автодеталей и в нефтяной промышленности. Однако при смешении полярной эластомерной фазы и неполярной термопластичной фазы в паре БНКС -1111 имеет место плохая совместимость полимеров, вследствие чего материал имеет невысокие упругопрочностные и термические характеристики. Одним из возможных путей улучшения комплекса свойств композиций на основе БНКС - 1111 является введение в него природного наноразмерного наполнителя -органоглины, в частности, монтмориллонита [1]. В этой связи представляется интересным и важным изучить влияние монтмориллонита (ММТ) на упруго-гистерезисные свойства ДТЭП, характеризующие их структуру, и установить наличие корреляции последних с физико-механическими, термическими и эксплуатационными свойствами.

Экспериментальная часть

В настоящей работе исследовались динамические термоэластопласты, получаемые смешением бу-тадиен-нитрильного каучука БНКС-18АМН (ТУ 38.30313-98) и полипропилена марки Бален 01030 (ТУ 2211-074-05766563-2005) при соотношении каучука и полиолефина 70:30 по разработанному режиму в смесительной камере пластикордера Брабендер при 180°С.

В качестве наполнителя использовался промышленный продукт марки С1о18Йе 15А фирмы

Rockwood (США), представляющий собой природный № - монтмориллонит, модифицированный четвертичными аммониевыми солями: [(RН)2(CH3)2N]+CГ где R - остаток гидрированных жирных кислот С:6-С18 с исходной катионной обменной емкостью 125 экв/100г. Средний размер исходных частиц порошка С1о18Йе 15А составлял 11,63 мкм, межслоевой интервал dool=31,5А°, плотность 1660 кг/м3. ММТ вводился либо полипропилен, либо в каучук в количестве 1-3 мас. ч. на 100 мас. ч. полимерной фазы.

Оценка упруго-гистерезисных характеристик модифицированных ДТЭП проводилась на динамическом реометре RPA 2000 фирмы «Альфа Технолод-

жис» (США). Образец подвергается циклическому сдвиговому деформированию в герметичной испытательной камере, биконические полуформы которой дают возможность быстро и точно регулировать температуру с точностью ± (0,3)°С. Крутящий момент передается через образец от колеблющейся нижней полуформы на высокочувствительный датчик регистрации крутящего момента, расположенного в верхней полуформе. Сигнал с датчика поступает в компьютер, который обрабатывает поступающую информацию и с помощью преобразования Фурье разделяет крутящий момент G* на две составляющие: действительный G' и мнимый G", характеризующие эластические и пластические свойства материала соответственно. Затем рассчитываются модуль упругости S', модуль потерь S" и соотношение пластической и эластической составляющих или тангенс угла механических потерь tg 5.

Деформационно-прочностные характеристики динамических термоэластопластов определяли в соответствии с ГОСТ 270-75 на приборе Inspect mini при скорости растяжения 50 мм/мин.

Обсуждение результатов

Данная работа является продолжением исследований, проводимых на кафедре химии и технологии переработки эластомеров, в области получения, модификации и исследования свойств динамических термоэластопластов [1-3].

Испытания ДТЭП, модифицированных орга-нофильным монтмориллонитом, проводились по двум режимам: при постоянной температуре (100°С) и частоте деформирования (1 Гц) и изменяемой величине деформации от 1 до 10% и при постоянной температуре (100°С) и величине деформации (1 %) и изменяемой частоте деформирования от 0,1 до 10 Гц. Исследовалось влияние дозировки наполнителя и способа его введения в ДТЭП от условий деформирования. Результаты испытаний в виде зависимостей модуля упругости, модуля потерь и тангенса угла механических потерь от степени деформации представлены на рис. 1 а, б, от частоты деформирования - на рис. 1 в, г.

Степень деформации, %

0 5 10

Частотадеформации, Гц

модифицированные 1,0 и 3,0 мас. ч. монтмориллонита, введенных в каучук.

Таблица 1 - Упруго-прочностные характеристики динамических термоэластопластов

Показатели Содержание ММТ, мас. ч.

0 1 3

Введение ММТ в полипропилен

Условная прочность при разрыве, МПа 4,0 4,6 4,74

Относительное удлинение при разрыве, % 159 196 204

Модуль упругости, МПа 80,1 109,6 110,0

Введение ММТ в каучук

Условная прочность при разрыве, МПа 4,0 4,82 5,0

Относительное удлинение при разрыве, % 159 185 219

Модуль упругости, МПа 80,1 107,0 108,4

1 - 0 мас. ч. ММТ; 2 - 1 мас. ч. ММТ в каучуке;

3 - 1 мас. ч. ММТ в ПП;

4 - 3 мас. ч. ММТ в каучуке; 5 - 3 мас. ч. ММТ в ПП

Рис. 1 - Влияние содержания ММТ и способа его введения в ДТЭП на модуль упругости 8', модуль потерь 8” и tg б а, б - при изменении степени деформирования; в, г - при изменении частоты деформирования

Из приведенных данных видно, что более высокие значения модуля упругости 8' и более низкие значения модуля потерь 8" и тангенса механических потерь tg 5 характерны для ДТЭП, полученных при введении 1 мас. ч. ММТ в каучук, и по изменению упруго-гистерезисных характеристик композиции располагаются в ряд: ДТЭП+1 мас. ч. ММТ в каучуке> ДТЭП+1 мас. ч. ММТ в полипропилене> ДТЭП+3 мас. ч. ММТ в каучуке> ДТЭП+3 мас. ч. ММТ в полипропилене.

Уменьшение модуля потерь и тангенса угла механических потерь в наполненных системах свидетельствуют о более равномерном распределении наполнителя, что должно отражаться на улучшении технологических свойств материалов в вязкотекучем состоянии и упруго-прочностных свойств в высокоэластическом состоянии. Это подтвердилось результатами деформационно-прочностных испытаний, представленных в табл. 1.

Как следует из данных табл.1, более высокие упруго-прочностные характеристики имеют ДТЭП,

Выводы

Таким образом, введение органофильного

слоистого наполнителя в динамические термоэласто-пласты на основе бутадиен-нитрильного каучука и полипропилена способствует улучшению упруго-гистерезисных и упруго-прочностных свойств композиций.

Литература

1. Нигматуллина А.И. Свойства динамических термоэластопластов, содержащих модифицированный полипропилен и слоистый наполнитель/ А.И. Нигматуллина, С.И. Вольфсон, Н.А. Охотина, М.С. Шалдыбина// Вестник Казанского технологического университета, 2010, № 9, С. 329-333.

2. Вольфсон, С.И. Динамические термоэластопласты, модифицированные монтмориллонитом/ С.И. Вольфсон, Н.А. Охотина, А.И. Нигматуллина, Р.К.Сабиров, В.В. Власов, Л.В. Трофимов// Каучук и резина, 2010, № 3, С. 11-14.

3. Нигматуллина, А.И. Оценка совместимости наночастиц органоглины с компонентами динамических термоэласто-пластов на основе полипропилена и бутадиен-нитрильных каучуков/ А.И. Нигматуллина, С.И. Вольфсон, Н.А. Охо-тина, С. В. Крылова// Вестник Казанского технологического университета, 2009, № 6, С. 204-207.

Работа проведена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы, государственный контракт №П866.

б

а

в

г

© С. И. Вольфсон - д-р техн. наук, проф., зав. каф. ХТПЭ КНИТУ; Н. А. Охотина - канд. техн. наук, проф. той же кафедры, okhna@mail.ru; А. И. Нигматуллина - канд. техн. наук, асс. той же кафедры, nigmatullina-al@mail.ru; Р. К. Сабиров - докторант той же кафедры, начальник отдела по вопросам нефтегазохимического комплекса Кабинета Министров Республики Татарстан.