ЭЛАСТОМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
ELASTOMER COMPOSITION

Изобретение относится к области промышленного производства резин и резиноподобных материалов, а именно к производству материалов, используемых для изготовления различных тонкостенных РТИ, подвергающихся воздействию агрессивных сред и многократным деформациям растяжения, в том числе для крупногабаритных мембран различного типоразмера, широко используемых в Судпроме, например в пневмогидроаккумуляторах (ПГА). Изобретение также может быть использовано в машиностроении, строительстве и других отраслях.
Конструкционным материалом для ряда изделий являются резины, преимуществом которых по сравнению с другими материалами является их высокая эластичность. Резины имеют высокую прочность, водостойкость и низкую газопроницаемость и придают изделиям упругость и эластичность. Из них изготавливают широкий спектр различных изоляционных и уплотнительных деталей, в том числе и мембраны, используемые в ПГА.
Известна резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильных каучуков по патенту РФ №2499806 с повышенной атмосферо- и маслобензостойкостью при повышенных температурах, содержащая бутадиен-нитрильный каучук, перекисную вулканизующую систему, технический углерод, антиоксидант, карбоксилированный бутадиен-нитрильный каучук и пластификатор. Однако эта резиновая смесь не предназначена для изготовления тонкостенных деталей, работающих под воздействием агрессивных сред, высоких температур и многократных циклических деформаций растяжения. В частности, невысокий уровень эластических свойств (относительное удлинение при разрыве) не позволит получить крупногабаритные тонкостенные мембраны с высокой стойкостью к многократной деформации растяжения.
До настоящего времени в России для изготовления крупногабаритных мембран различного типоразмера, комплектующих технические средства кораблей ВМФ, в том числе ПГА, применяется серийная резиновая смесь 51-2130 по ТУ 38 1051280-2013. Однако в связи с изменением в последнее десятилетие конъюнктуры и качества компонентов, входящих в рецептуру резины 51-2130, резко увеличился брак (до 100%) при изготовлении мембран из этой резины, что является следствием ухудшения реологических и технологических свойств резины 51-2130. Наблюдается появление включений в изделиях, снижение устойчивости к многократным деформациям, что связано с образованием в процессе изготовления резиновой смеси агломератов каучука и ингредиентов, в частности, технического углерода К-354. Это обусловлено:
- нестабильностью характеристик, значительным ухудшением качества каучука СКН-26 СМИТ, а также отсутствием его равноценного аналога;
- использованием импортного низкокачественного технического углерода в связи с прекращением выпуска российскими заводами К-354.
Задачей заявленного изобретения является разработка эквивалентной эластомерной композиции с использованием, в основном, отечественных ингредиентов, способной заменить резину 51-2130 и обеспечить при этом требования, предъявляемые к тонкостенным РТИ, в том числе к крупногабаритным мембранам ПГА - разделителям газообразной и гидравлической рабочих сред.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в повышении качества изготовления тонкостенных резинотехнических изделий, в том числе крупногабаритных (до 500 мм) мембран с сохранением их работоспособности в среде различных масел, воздуха и морской воды при температурах от минус 40°C до плюс 70°C. Исследования морфологии поперечных срезов мембран с использованием цифрового USB-микроскопа показали, что в серийной резине 51-2130 содержатся включения размером от 400 мкм до 2 мм, в то время как в заявленной эластомерной композиции включения отсутствуют, наблюдается тонкодисперсная структура.
Указанный результат достигается рецептурным составом заявленной эластомерной композиции, содержащей в качестве полимерной основы синтетический бутадиен-нитрильный каучук, вулканизующую систему, антиоксидант, наполнитель в виде смеси технических углеродов и пластификатор. Кроме того, композиция дополнительно содержит модифицирующую добавку в виде смеси полиоксиэтиленгликолевых эфиров, замедлитель подвулканизации - N-циклогексилтиофталимид, а также технологическую добавку - смесь производных дифениламина и имидазола.
Композиция содержит в качестве вулканизующей системы дитиодиморфолин (ДТДМ), тиурам Д, оксид цинка, стеариновую кислоту, альтакс и сульфенамид Ц; антиоксиданта - нафтам-2; технологической добавки - смесь производных дифениламина и имидазола; пластификатора - дибутилсебацинат (ДБС), в следующих соотношениях компонентов, мас.ч:
синтетический бутадиен-нитрильный каучук
100,0
вулканизующая система
10,6
антиоксидант
1,0÷3,0
технологическая добавка
2,0÷6,0
наполнитель (технический углерод)
55÷125
пластификатор ДБС
20,0
смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров
0,5÷3,0
N-циклогексилтиофталимид
0,5÷0,75
Основную массу заявленной композиции составляют синтетический бутадиен-нитрильный каучук, наполнители и пластификатор, которые в основном определяют технологические и эксплуатационные свойства эластомерных композиций. Вся совокупность компонентов и соотношение их массовых частей, установленное в основном экспериментальным путем, позволяет получить не только повышенные динамические характеристики эластомерной композиции по сравнению с серийной резиной 51-2130, но и обеспечить качество крупногабаритных мембран в соответствии с требованиями ОСТ B38.055-82.
Эксперименты проводились с учетом того, что большинство компонентов заявленной эластомерной композиции многофункциональны. Поэтому для бутадиен-нитрильного каучука для получения вулканизатов с малыми остаточными деформациями сжатия и для сохранения механических свойств при повышенных температурах в качестве вулканизующей системы были выбраны дитиодиморфолин (ДТДМ), тиурам Д, оксид цинка и стеариновая кислота, а также альтакс и сульфенамид Ц.
Для предотвращения угрозы преждевременной вулканизации эластомерной композиции в процессе ее изготовления и переработки, а также для обеспечения широкого плато вулканизации и снижения эффекта реверсии прочностных свойств эластомерных композиций при повышении температуры вулканизации дополнительно введены замедлители подвулканизации.
Нафтам-2, применяемый в эластомерной композиции в качестве антиоксиданта, эффективно защищает от теплового старения и повышает сопротивление эластомерных композиций разрушению при многократных деформациях. Эффективность нафтама-2 повышается за счет производных дифениламина и имидазола.
Дибутилсебацинат относится к классу сложных эфиров и применяется в эластомерных композициях на основе бутадиен-нитрильных каучуков для повышения морозостойкости.
В качестве наполнителя в эластомерной композиции применяется сочетание технических углеродов Т900, П324, N326 и N220, обладающих различной структурой, дисперсностью, усиливающей способностью и способностью проникать в микроструктуру полимера, что позволяет достигнуть оптимального уровня физико-механических характеристик эластомерной композиции.
Модифицирующая добавка (смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров) применяется для улучшения технологических свойств эластомерной композиции и снижения вязкости системы.
Характеристики заявленной эластомерной композиции приведены в таблицах 1 и 2, примеры эластомерной композиции в таблице 3.
4
В процессе изготовления эластомерной композиции все указанные компоненты смешивались на вальцах Пд 630 315/315 или См 1500 660/660.