Влияние нанонаполнителей на свойства резин на основе изопренового и бутадиенового каучуков

С. И. Вольфсон, Д. А. Михайлова, Г. Д. Нуриева,

Е. М. Готлиб, С. В. Наумов

ВЛИЯНИЕ НАНОНАПОЛНИТЕЛЕЙ НА СВОЙСТВА РЕЗИН НА ОСНОВЕ ИЗОПРЕНОВОГО И БУТАДИЕНОВОГО КАУЧУКОВ

Ключевые слова: нанонаполнители, каучуки, эксплуатационные свойства, полимерные

композиции.

Изучение влияния нанонаполнителей - мотмориллонита и наноалмаза на физико - механические свойства резин на основе изопренового и бутадиенового каучуков. Показано, что введение наноалмаза позволяет существенно повысить износостойкость резин на основе бутадиенового каучука.

Keywords: nanofillers, rubbers, operational properties, polymeric compositions.

The influence of nanofillers-montmorrilonite and nanodiamond on physical -mechanical properties of rubbers based on isoprene and butadiene elastomers is studied. . It is shown that introduction nanodiamond permits to increase essentially wear resistance of rubbers based on butadiene elastomer.

Наиболее перспективным и многообещающим направлением развития современной науки является разработка и следования полимерных композитов с нанонаполнителями из наночастиц. В последние десятилетия в мировой научной литературе появилось большое число работ, посвященных как технологическим, так и фундаментальным проблемам создания полимерных нанокомпозитов.

Особенностью полимерных композитов является «дальнедействие» межфазного (адсорбционного) взаимодействия, приводящего к образованию протяженных граничных слоев полимера с иной структурой и свойствами, чем у исходного полимера. Использование твердых наночастиц разной формы и химической природы в качестве наполнителей полимеров, открывает новые возможности модифицирования последних, поскольку поверхностные свойства наноразмерного вещества преобладает над объемными, отличаясь высокой поверхностной энергией и адсорбционной активностью. Вследствие такого взаимодействия образуется композиционный материал, обладающий высокой эффективностью взаимодействия полимерных матриц с наночастицами. В связи с этим следует отметить более сильное влияние поверхности наночастиц на формирование структуры граничных слоев полимерных матриц [1, 2].

Согласно литературным данным [3], полимеры, модифицированные небольшим количеством (до 5-7% масс.) наночастиц, демонстрируют впечатляющее улучшение эксплуатационных свойств. Особый интерес к таким нанокомпозитам объясняется возможностью получения материалов с повышенными прочностными свойствами, изностойкостью, термостойкостью, стойкостью к действию агрессивных сред.

Ключевым вопросом технологии наномодифицирования является способ введения и равномерного распределения в полимерной матрице частиц нанонаполнителя. Особенно сложно это реализовать в высокомолекулярных полимерах ввиду высокой вязкости их расплавов, а так же неполярных эластомерных матрицах.

В этой связи представляет интерес изучить влияние нанонаполнителей и свойств резиновых смесей на основе изопренового и бутадиенового каучуков, имеющих широкое применение в шинной и резино-технической промышленности.

В работе использовались изопреновый каучук СКИ-3 и бутадиен - метиллирован-ный СКМС-30 АРКН 15. В качестве нанонаполнителей брали монтмориллонит (ММТ) марки Cloisit 15А фирмы Rockwood (США) с исходной катионно-обменной есмкостью 125 эвк/100 г и модифицированный четвертичыми аммониевыми солями [(RH)2(CH3)3N]+Cl-, где R - остаток гидрированных жирных кислот С1б - С1В, а так же наноалмазы ЗАО «Алмазный центр» (г. Санкт-Петербург) со средним размером кристаллов 4-б нм. Дозировка ММТ и наноалмазов составила 7 м.ч. и G,2 м.ч. на 1GG м.ч. каучука, соответственно. Смеси готовили в смесительнйо камере и экструдере «Брабендер» при температуре 800С и частоте вращения б0 об./мин. Затем смеси вулканизовали в прессе при температуре 1500С в течении 30 мин. Результаты испытаний представлены в табл. 1, 2.

Таблица 1- Физико-механические характеристики композиций на основе СКИ - 3

Показатели Образцы

СКИ-3 станд. СКИ 3 + ММТ СКИ-3 + наноалмаз

Прочность при разрыве, МПА 19 17 21

Сопротивление разрыву, кН/м 95 б5 107

Твердость по Шору А. ус. ед. бЗ 75 73

Эластичность по отскоу, % 20 28 32

Агезия к латунированному металлокорду, Н 155 71 90

Таблица 2- Физико-механические характеристики композиций на основе СКМС - 30 АРКМ - 15

Показатели Образцы

СКМС - 30 АРКМ - 15 станд. СКМС - 30 АРКМ - 15 наноалмаз

Прочность при разрыве, МПА 1б 15

Сопротивление разрыву, кН/м 30 29

Твердость по Шору А. ус. ед. б9 б9

Эластичность по отскоу, % 22 22

Истираемость, м3/ГДж 13 5

Изностойость, Дж/мм 4В 108

Коэффициент трения 15 1В

Как следует из данных табл. 1, 2 введение в резиновые смеси ММТ практически не приводит к улучшению физико-механических свойств резин на основе изопренового кау-

9G4

чука. В тоже время использование в качестве наполнителя наноалмаз значительно повы-шет деформационно-прочностные и адгезионные характеристики, что важно для каркаса шин, в рецептуре которых используется данный каучук.

Это можно связать с лучшей совместимостью неполярного нанонаполнителя (наноалмаза) с неполярным каучуков (СКИ-3). В тоже время, ММТ является полярным, что естественно затрудняет совмещение компонентов резиновой смеси. Наноалмаз значительно увеличивает изностойкость и коэффициент трения резин на основе бутадиен-метиллированного каучука, который используется в протекторе легковых шин, что позволяет предполагать повышение срока службы легковых покрышек.

Литература

1. Михайлин, Ю.А. Полимерные нанокомпозиционные материалы / Ю.А. Михайлин // Полимерные материалы. - 2009. - №7. - С. 10-13.

2. Суздалев, И.П. Нанотехнология. Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов / И.П. Суздалев. - М.: Комкнига, 2006. - 395 с.

3. Петрова, Е.В. Физико-химические свойства наночастиц гидроксидов и оксидов алюминия, полученных электрохимическим способом / Е.В. Петрова, А.Ф. Дресвянников, М.А. Цыганова, А.М. Губайдуллина, В.В. Власов // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2008. - №5. - С. 302-310.

© С. И. Вольфсон - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии синтетического каучука КГТУ, svolfson@kstu.ru; Д. А. Михайлова - студ. КГТУ; Г. Д. Нуриева - студ. КГТУ; ; Е. М. Готлиб -д-р техн. наук, проф. каф. технологии синтетического каучука КГТУ, egotlib@yandex.ru; С. В. Наумов - канд. техн. наук, доц. той же кафедры, naumov-sv@mail.ru.

Все статьи номера поступили в редакцию журнала в период с 1.08.10 по 10.09.10.