Особенности свойств эластомерных
композиций с волокнистыми добавками
Студ. А. В. Булавко Науч. рук. доц. Ж. С. Шашок
(кафедра технологии нефтехимического синтеза
и переработки полимерных материалов, БГТУ)
В резиновые смеси для улучшения некоторых показателей и снижения себестоимости резин вводят различные наполнители. В от- личие от общепринятых наполнителей? волокна, являющиеся анизо- тропными, способны ориентироваться в эластомерных материалах. Благодаря этому открывается возможность направлено регулировать технические свойства резин [1]. Особый интерес представляет приме- нение волокнистых наполнителей в качестве основных ингредиентов резиноволокнистых композитов [2]. Например, из волокнистых наполнителей с добавками полимерного связующего при повышенных температурах и давлениях формируют пластины. Используют волок- нистые наполнители в составах резин для внутренних деталей обуви, придавая им повышенную прочность и жесткость при изгибе [3].
Целью данной работы являлось исследование влияния волокнистых модифицирующих добавок на технологические свойства резиновых смесей и физико-механические показатели вулканизатов.
В качестве объектов исследования использовались резиновые смеси на основе комбинации каучуков БНКС–28 АН и БНКС–18 АМН, в которые вводились разные марки и дозировки волокон: Рубротекс, Фибротекс, Волокно химическое измельченное (ВХИ). Исследуемые компоненты отличались основой и размером волокон. Данные волокна вводились в дозировках 1,00; 5,00; 10,00; 15,00; 20,00 масс. ч. на 100,00 масс. ч. каучука.
Технические требования для волокон, использующихся в каче- стве наполнителя, приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Техническая характеристика исследуемых волокон
| Показатель | Единица измерения | Волокна | ||
|---|---|---|---|---|
| Рубротекс | Фибротекс | ВХИ | ||
| Длина волокна | мм | 1,0–15,0 | 1,0–15,0 | Не более 6 |
| Диаметр волокна | мм | 0,4–0,8 | 0,4–0,8 | (18–2)·10–3 |
| Разрывная нагрузка | H | 300,0–500,0 | 200,0–300,0 | - |
| Удлинение при разрыве | % | 16,0–30,0 | 3,0–10,0 | - |
| Фактическая влажность | % | Не более 2 | Не более 2 | Не более 5 |
На основании полученных экспериментальных данных по определению вязкости по Муни резиновых смесей (табл. 2) выявлено,
21
Показатель
Единица
измерения
Волокна
Рубротекс
Фибротекс
ВХИ
Длина волокна
Диаметр волокна
Разрывная нагрузка
Удлинение при разрыве
Фактическая влажность
мм
мм
Н
%
%
1,0–15,0 0,4–0,8
300,0–500,0 16,0–30,0 Не более 2
1,0–15,0 0,4–0,8
200,0–300,0 3,0–10,0 Не более 2
Не более 6
(18–2)·10–3 –
–
Не более 5
Секция технологии органических веществ
что при увеличении дозировки вводимых волокон Фибротекс, вязкость увеличивается на 23,1–9,7 % по сравнению с композицией, не содержащей волокна. Определено, что при добавлении волокон типа ВХИ нет выраженной зависимости изменений вязкости по Муни от дозировок, минимальное значение вязкости составляет 74,60 усл. ед. Муни, максимальное значение – 82,20 усл. ед. Муни, при введении 5,00 и 15,00 масс. ч. волокон, соответственно. При исследовании образцов с волокнами Рубротекс установлено, что с увеличением дозировки с 1,00 до 20,00 масс. ч. вязкость уменьшается на 0,1–8,8 %, но при этом не наблюдается выраженной зависимости вязкости резиновых смесей от дозировки. Такое изменение пласто- эластических свойств может быть связано с особенностями природы волокон и их распределением в объеме эластомерной матрицы.
Таблица 2 – Вязкость по Муни наполненных резиновых смесей с исследуемыми добавками
| Показатель | Без добавок | 1,00 | 5,00 | 10,00 | 15,00 | 20,00 | 1,00 | 5,00 | 10,00 | 15,00 | 20,00 | 1,00 | 5,00 | 10,00 | 15,00 | 20,00 |
| Вязкость по Муни | 78,70 | 78,60 | 80,10 | 79,10 | 71,80 | 72,40 | 60,50 | 78,70 | 82,70 | 83,20 | 86,30 | 80,00 | 74,60 | 76,90 | 82,20 | 79,10 |
В таблице 3 представлены результаты определения оптимального времени вулканизации исследуемых резиновых смесей (t90), которые проводились при температуре 153 °С (25 минут).
Таблица 3 – Исследование кинетики вулканизации резиновых смесей
| Показатель | Без добавок | 1,00 | 5,00 | 10,00 | 15,00 | 20,00 | 1,00 | 5,00 | 10,00 | 15,00 | 20,00 | 1,00 | 5,00 | 10,00 | 15,00 | 20,00 |
| t90, мин. | 5,61 | 6,50 | 6,75 | 7,06 | 7,45 | 7,35 | 7,32 | 6,25 | 5,69 | 6,66 | 5,29 | 6,24 | 6,37 | 6,32 | 6,18 | 7,56 |
На основании экспериментальных данных установлено, что при увеличении содержания волокон Рубротекс в эластомерной композиции увеличивается время достижения оптимальной степени вулканизации на 15,9–32,8 %. Анализ кинетических кривых вулканизации показал, что нет выраженной зависимости изменения t90 от вводимых дозировок волокон Фибротекс. При введении минимального количества (1,00 масс. ч.) оптимальное время вулканизации увеличивается на 30,5 %, а при максимальном введении (20,00 масс. ч.) – уменьшается на 5,7 %, по сравнению с образцами без добавок. Выявлено, что при увеличении дозировки волокон типа ВХИ с 1,00 до 15,00 масс. ч. значение t90 увеличивается на 11,2–13,5%, но при этом не наблюдается выраженной зависимости изменения оптимальной степени вулканизации от дозировки используемого волокна. При дозировке ВХИ 20,00 масс. ч. наблюдается резкое увеличение t90 до 7,56 мин по сравнению с образцом без волокон (5,61 мин).
В таблице 4 приведены значения коэффициентов стойкости резин к тепловому старению по относительному удлинению при разрыве (kε) и по условной прочности при растяжении (kfp).
Таблица 4 – Результаты исследования упруго-прочностных характеристик резин
| Показатель | Без добавок | 1,00 | 5,00 | 10,00 | 15,00 | 20,00 | 1,00 | 5,00 | 10,00 | 15,00 | 20,00 | 1,00 | 5,00 | 10,00 | 15,00 | 20,00 |
| k(ε) | 0,70 | 0,75 | 0,80 | 0,90 | 0,70 | 0,80 | 0,80 | 0,80 | 0,60 | 0,60 | 0,50 | 0,80 | 0,70 | 0,80 | 0,70 | 0,80 |
| k(fp) | 1,07 | 0,85 | 1,08 | 1,21 | 0,78 | 0,88 | 1,12 | 1,19 | 1,10 | 1,11 | 1,21 | 1,03 | 1,22 | 1,12 | 1,16 | 1,18 |
В результате исследования стойкости к тепловому старению резин установлено, что введение волокон в эластомерную композицию способствует сохранению упруго-прочностных свойств при воздействии повышенной температуры и кислорода воздуха. При этом наилучшим комплексом свойств характеризуются резины, содержащие волокна ВХИ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Соловьев, Е.М. Получение волокнистых наполнителей резин
и пути улучшения их свойств: Тем. обзор / Е.М. Соловьев, Т.Н. Несиоловская, И.А. Кузнецова. – М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1986. – 50 с.
2. Современные проблемы модификации природных и синтетических волокнистых и других полимерных материалов: теория и практика / под. ред. А. П. Морыганова, Г. Е. Заикова – СПб.: Научные основы и технологии, 2012. – 466 с.
3. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология / под ред. А.А. Берлина. – СПб.: Профессия, 2009. – 560 с.
2. Современные проблемы модификации природных и синтетических волокнистых и других полимерных материалов: теория и практика / под. ред. А. П. Морыганова, Г. Е. Заикова – СПб.: Научные основы и технологии, 2012. – 466 с.
3. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология / под ред. А.А. Берлина. – СПб.: Профессия, 2009. – 560 с.