ИЗНОСОСТОЙКАЯ РЕЗИНА НА ОСНОВЕ ПРОПИЛЕНОКСИДНОГО КАУЧУКА И УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА
WEAR RESISTANT RUBBER BASED ON PROPYLENE OXIDE RUBBER AND ULTRA-FINE POLYTETRAFLUOROETHYLENE

Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к разработке эластомерных материалов уплотнительного назначения для экстремальных условий эксплуатации. Разработанные резины обладают высоким уровнем износостойкости и могут быть использованы для изготовления резиновых деталей, применяемых в различных видах уплотнительных узлов машин и механизмов, а также в других областях применения, например, для изготовления уплотнений для стеклопакетов в регионах холодного климата, поскольку эластомерная основа материала - пропиленоксидный каучук (СКПО) характеризуется, помимо высокой морозостойкости (температура стеклования равна -74°C), озоно- и термостойкостью (1. Говорова О.А. и др. Разработка атмосферостойких резин с улучшенными низкотемпературными и адгезионными свойствами / 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 износостойкая резиновая смесь на основе СКПО, содержащая серу, тиурамдисульфид, стеариновую кислоту, оксид цинка, 2-меркаптобензтиазол, технический углерод П-803 и фторопласт Ф-4 (3. Петрова Н.Н., Портнягина В.В., Федорова А.Ф., Биклибаева Р.Ф. Износостойкая смесь на основе пропиленоксидного каучука / Патент РФ №2294346. - М.: - 2007).
К недостаткам указанного изобретения следует отнести значительные производственные затраты, связанные с введением большого количества (до 25 мас.ч.) политетрафторэтилена Ф-4 и значительное снижение коэффициента морозостойкости резин при его введении.
Технической задачей изобретения является повышение износо- и морозостойкости резин на основе пропиленоксидного каучука.
2
2
n
Поставленная задача достигается тем, что в отличие от прототипа резиновая смесь, включающая каучук, диспергатор, активатор, наполнитель, ускоритель вулканизации тиурамдисульфид, вместо политетрафторэтилена Ф-4 (фторопласт Ф-4, ГОСТ 10007-80) химической формулы (-CF-CF-) содержит порошок ультрадисперсного политетрафторэтилена (УПТФЭ, ТУ 2229-004-02698192-2002), а также пластификатор дибутоксиэтиладипинат для снижения вязкости и наилучшего совмещения ингредиентов резиной смеси вместо дибутилфталата и ускоритель дибентиазолдисульфид вместо 2-меркаптобензтиазола.
3
2
4
m
2
3
2
4
k
3
пл
пл
c
2
3
УПТФЭ обладает, помимо характеристик, свойственных традиционному политетрафторэтилену, повышенной адгезией к металлическим поверхностям и частичной растворимостью (спирт, ацетон). Эти свойства связаны с наличием новых групп в макромолекулах и нанообразований - блоков и пленок, которые образованы из макромолекул с малым молекулярным весом (CF(CF)CFCF, CF(CF)CF, m,k<<n). Средний размер частиц 0,6 мкм, среднее значение удельной геометрической поверхности - 5,5 м/см, Т УПТФЭ - 232-320°C, в то время как фторопласт Ф-4 характеризуется Т кристаллитов +327°C, T аморфных участков - +120°C. Средние размеры частиц порошка фторопласта Ф-4 - 50-100 мкм (4. Бузник В.М., Фомин В.М., Алхимов А.П. и др. Металлополимерные нанокомпозиты. - Новосибирск: изд. СО РАН. - 2005. - 260 с.).
3
0,5
Также в данной резиновой смеси в качестве вулканизующего агента вместо каптакса (2-меркаптобензтиазол) использован альтакс (дибензотиазолдисульфид), ускоритель класса тиазолов средней активности (5. Кошелев Ф.Ф. и др. Общая технология резины. 4-е изд. М.: Химия, 1978, с.164). Смесь дополнительно содержит фенил-β-нафтиламин (неозон Д), который является противостарителем аминного типа, замедляющим процесс старения резин (5, с.198), а также пластификатор - дибутилтоксиэтиладипинат (ДБЭА, ТУ 2497-127-55778270-2002), который характеризуется хорошей совместимостью с полярными каучуками (значение параметра растворимости ДБЭА=8,20 (кал/см)) и низкой летучестью. Применение пластификатора позволяет получать резины более гомогенного состава за счет увеличения гибкости и подвижности макроцепей каучука и лучшего перемешивания ингредиентов. Состав резин приведен в таблице 1.
Порошок ультрадисперсного политетрафторэтилена вводят в резиновую смесь на стадии смешения каучука и ингредиентов на стандартном оборудовании. Вулканизацию резиновой смеси проводят при 150°C, 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.
Использование данного изобретения, реализуемого на стандартном оборудовании с минимальным изменением технологических режимов переработки смесей, позволяет повысить износостойкость резины (до 33%), морозостойкость (до 33%) и относительное удлинение (до 17%) по сравнению с прототипом. При этом значительно сокращаются производственные затраты, так как для достижения положительного эффекта необходимо ввести значительно меньшее количество добавки - 1 мас.ч. УПТФЭ против 15 мас.ч. традиционного Ф-4 (прототип). Применение резиновой смеси заявленного состава позволит повысить ресурс работы резиновых уплотнений при работе в составе герметизирующих устройств.
Таблица 1
Состав резин
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
3,0
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-β-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
Дибутоксиэтиладипинат
-
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
Сера
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
Фторопласт Ф-4
15
-
-
-
-
-
-
-
Ультрадисперсный политетрафторэтилен УПТФЭ
0,5
1,0
3,0
5,0
10,0
0
15,0
Таблица 2
Свойства резин
Прототип
По изобретению
Контрольные
1
2
3
4
5
6
7
Условная прочность при растяжении, МПа
14,5
7,4
7,4
7,9
7,9
7,4
7,5
7,9
Относительное удлинение при разрыве, %
228
240
268
268
232
230
192
228
Условное напряжение при удлинении 100%, МПа
6,6
3,3
3,2
3,2
3,2
3,6
4,9
3,7
Коэффициент морозостойкости при растяжении при -50°С
0,74
0,99
0,97
0,98
0,96
0,95
0,88
0,90
Остаточная деформация сжатия (100°С, 72 ч), %
51,5
54,0
52,0
52,0
62,0
63,0
55,3
68,0
Объемный износ, см<sup>3</sup>
0,15
0,11
0,10
0,12
0,13
0,14
0,17
0,15