ОГНЕСТОЙКАЯ РЕЗИНОВАЯ СМЕСЬ С УЛУЧШЕННЫМИ АНТИФРИКЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ
FIRE-RESISTANT RUBBER MIXTURE WITH IMPROVED ANTIFRICTION PROPERTIES

Изобретение относится к огнестойкой резиновой смеси с улучшенными антифрикционными свойствами и может быть использовано в уплотнительных деталях, подвижных узлах механизмов оборудования нефтяной и машиностроительной промышленности.
Известна огнестойкая резиновая смесь (патент RU 2513628, МПК C08L 9/00, опубл. 20.04.2014), содержащая в своем составе каучук бутадиен-нитрильный - 100,0 мас. ч., а также известные антипирены (трехокись сурьмы; хлорпарафин ХП-1100, борат бария) и трихлорэтилфосфат.
Недостатком известной резиновой смеси является то, что она не обладает антифрикционными свойствами.
Известна резиновая смесь (RU 2356918, МПК C08L 9/02, опубл. 27.05.2009) на основе бутадиен-нитрильного каучука, содержащая в своем составе терморасширенный графит - 8-12 мас.ч. Смесь имеет незначительный износ при абразивном истирании, что увеличивает герметизирующую способность и ресурс работы уплотнительных устройств, используемых в подвижных узлах трения.
Недостатком известной резиновой смеси является то, что вводится терморасширенный графит, а процесс терморасширения графита проводят в муфельной печи при температуре 950°С в течении 2-3 мин с последующим введением в резиновую смесь по стандартной технологии изготовления, что значительно увеличивает продолжительность ее изготовления, при этом резина не является огнестойкой.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату является резиновая смесь обладающая стойкостью к распространению пламени (RU 2291884, МПК C08L 11/00, опубл. 20.01.2007) на основе комбинации хлоропренового и бутадиен-нитрильного каучуков, которая дополнительно содержит тригидрат оксида алюминия.
Недостатком известной резиновой смеси на основе комбинации хлоропренового каучука с бутадиен-нитрильным каучуком является недостаточная огнестойкость, а также отсутствие антифрикционных свойств.
Целью изобретения является повышение огнестойкости резиновой смеси при воздействии открытого огня или высокой температуры, повышение антифрикционных свойств, а именно понижение коэффициента трения и уменьшение истираемости резины в системе резина-металл.
Техническим результатом является получение огнестойкой резиновой смеси на основе комбинации хлоропренового и бутадиен-нитрильного каучуков с улучшенными антифрикционными свойствами, пониженными коэффициентом трения и истираемостью.
Технический результат достигается за счет сочетания определенного соотношения известных антипиренов, используемых в резиновой промышленности, в том числе использования огнестойкого пластификатора трикрезилфосфата и антифрикционного материала, в частности дисульфида молибдена, с дальнейшей оптимизацией в определенном соотношении количества горючих и негорючих ингредиентов в составе резины.
14
15
2
Заявляемая огнестойкая резиновая смесь с улучшенными антифрикционными свойствами содержит комбинацию хлоропренового и бутадиен-нитрильного каучуков 70 и 30 мас. ч. соответственно, вулканизующий агент - оксид цинка - 5,0, ускоритель вулканизации состоит из группы - сера и тиурам (тетраметилтиурамдисульфид, импортный аналог - вулкацит тиурам/С) - 0,9, активаторы вулканизации - оксид магния и стеариновая кислота - 7,9-8,1, стабилизаторы и противостарители - ацетонанил и диафен ФП (N-изопропил-Nʹ-фенил-п-фенилендиамин, импортный аналог - вулканокс 4010 NA/LG) - 3,0-3,5, наполнитель - технический углерод - 60,0, замедлитель подвулканизации - сантогард PVI (N-Циклогексилтиофталимид (N-ЦТР, СТР) CHNOS) - 0,4-0,6, мас. ч., отличающаяся тем, что дополнительно содержит антипирены трехокись сурьмы, хлорпарафин ХП-66Т, менее горючий пластификатор трикрезилфосфат, антифрикционную добавку дисульфида молибдена при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
- Хлоропреновый каучук
70,0
- Бутадиен-нитрильный каучук
30,0
- Оксид цинка
5,0
- Ускорители вулканизации
0,9
- Активаторы вулканизации
7,9-8,1
- Стабилизаторы и противостарители
3,0-3,5
- Технический углерод
60,0
- Битум нефтяной хрупкий
5,0
- Сантогард PVI
0,4-0,6
- Дисульфид молибдена
15,0-20,0
- Трехокись сурьмы
10,0-15,0
- Хлорпарафин ХП-66Т
5,0-7,0
- Трикрезилфосфат
10,0-20,0
Все компоненты, входящие в состав композиции, известны и являются продуктами, выпускаемыми отечественной или зарубежной промышленностью.
Огнестойкость и способность к воспламенению определяется наличием галогена в структуре полимера, поэтому для огнестойких резин используются хлорсодержащие каучуки. Входящий в состав разрабатываемых резин хлоропреновый каучук сочетает теплостойкость с высокими прочностными характеристиками, и вследствие высокого содержания хлора резины имеют относительно хорошую огнестойкость. Трехокись сурьмы и хлорпарафин ХП-66Т, являющиеся традиционными антипиреновыми добавками для усиления огнезащитного действия, в комбинации с хлорсодержащим каучуком способствует дополнительному повышению огнестойкости. Технологическая добавка - трикрезилфосфат, придает резинам хорошие технологические и огнестойкие свойства при сохранении на высоком уровне физико-механических свойств.
Испытания по определению огнестойкости проводились при воздействии высокой температуры на образцы резины в муфельной печи в диапазоне температур от 600 до 1000°С, с продолжительностью воздействия температуры до возгорания (таблица 3). После экспозиции резиновых образцов в муфельной печи проводилась оценка огнестойкости резин (задымление, горение, тление или затухание).
Рецептуры резиновых смесей приведены в таблице 1. Пример 1 - известного состава (прототип), 2-4 - варианты состава заявляемой резиновой смеси.
Физико-механические свойства, огнестойкость резин и их антифрикционные свойства (коэффициент трения и истираемость) представлены в таблицах 2-4.
По примеру 1 (прототип) изготавливают резиновую смесь на основе комбинации хлоропренового каучука - 60,0 мас. ч. с бутадиен-нитрильным каучуком - 40,0 мас. ч., также в состав резины входит, мас. ч.: вулканизующий агент - оксид цинка - 4,5, ускорители вулканизации - тиурам и дифенилгуанидин по 0,5, активаторы вулканизации - оксид магния и стеариновую кислоту - по 2,0, стабилизатор - ацетонанил и диафен ФП - 1-2, пластификатор - дибутилфталат - 18,0, антиозонат-парафин - 6,0, наполнитель - технический углерод - 50,0 и каолин - 5,0, модификатор-полибутадиен - 0,1 и дополнительно содержит тригидрат оксида алюминия - 55,0.
По примеру 2 заявляемая огнестойкая резиновая смесь, содержит комбинацию каучуков хлоропренового и бутадиен-нитрильного каучуков - 70,0 и 30,0 мас. ч. соответственно, антипиреновые и антифрикционные добавки, в частности трехокись сурьмы, хлорпарафин ХП-66Т и дисульфид молибдена.
Пример 3 отличается от примера 2 тем, что в заявляемой огнестойкой резиновой смеси помимо увеличения антипиреновых добавок, произведена замена малоактивного технического углерода на технический углерод средней и высокой активности. Введение дополнительно указанных материалов приводит к повышению упруго-прочностных свойств (таблица 2) и огнестойкости (таблица 3).
В примере 4 заявляемую огнестойкую резиновую смесь изготавливают аналогично примерам 2 и 3, с частичной заменой техуглерода малой активности на техуглерод высокой активности, и дополнительно, увеличением массового содержания трикрезилфосфата и дисульфид молибдена до 20,0 мас. ч.
Из таблицы 3 видно, что варианты заявляемой огнестойкой резиновой смеси на основе комбинации хлоропренового и бутадиен-нитрильного каучуков, содержащие в своем составе антипиреновые и антифрикционные добавки, при соответствующей корректировке состава резиновых смесей в части наполнения и увеличения антипиреновых добавок являются огнестойкими (резины, содержащие огнестойкие пластификаторы и антипирены, не воспламеняются в зоне высокой температуры) и обладают удовлетворительными физико-механическими показателями (таблица 1). Из анализа полученных результатов следует, что резины, не содержащие в своем составе антипиреновых добавок, в зоне высокой температуры дымят, вспыхивают, при этом после извлечения из муфельной печи продолжают гореть открытым пламенем, сгорая до золы. Очевидно, что при дополнительном введении ускорителей вулканизации (это введение серы и увеличение количества тиурама по сравнению с прототипом (пример 1) увеличивается густота пространственной сетки, что можно объяснить ростом плотности резины и трудностью диффузии горючих продуктов разложения, при этом наличие менее горючих пластификаторов приводит к увеличению огнестойкости и уменьшению периода самозатухания резины.
Из таблицы 4 видно, что заявляемые огнестойкие резиновые смеси обладают улучшенными антифрикционными свойствами, а именно низким коэффициентом трения и пониженной истираемостью резины при трении по металлу.