Основы рецептуростроения эластомеров. Учебное пособие

наирита П и ПНК в составе вулканизующих систем целесообразно применять этилентиомочевину или ее в комбинации с тиурамом.

При разработке резин для разных элементов конструкций ремня состав вулканизующей группы должен подбираться таким образом, чтобы эквивалентное время вулканизации, определенное для этого ремня, обеспечивало равную степень вулканизации всех резин.

Использование наполнителей в рецептуре резин на основе ПХП обусловлено, главным образом, необходимостью повышения твердости, теплостойкости, сопротивления раздиру, истиранию. Отмечается, что ПХП меркаптанового регулирования более эффективны по прочности, пределы наполнения смесей выше, чем у ПХП, регулированных серой. В смесях на основе ПХП используют полуусиливающие марки технического углерода и минеральные наполнители. С увеличением степени диспергирования технического углерода снижается пластичность резиновых смесей, что затрудняет их переработку. В рецепте слоя сжатия применяют комбинацию технического углерода марок 701П и Т900 в соотношении 1,0:1,0 или 0,8:1,0, что позволяет улучшить технологические свойства резиновых смесей, снизить себестоимость рецепта, получить резины с повышенными динамическими свойствами.

В резинах слоя сжатия с повышенной твердостью помимо технического углерода применяют10-25 масс. % волокнистых наполнителей. Применение таких резин позволяет получить ремни с повышенной поперечной жесткостью и износостойкостью, большей тяговой способностью. В качестве волокнистых наполнителей используют природные, химические и минеральные волокна, которые повышают монолитность материла, его устойчивость к истиранию; минеральные волокна придают резинам высокую прочность и жесткость.

В кордшнуровых клиновых ремнях необходимое сочетание поперечной жесткости и продольной гибкости достигают применением в слое сжатия двух резин. Резина у несущего силового слоя содержит 10 - 30 масc. ч. волокнистого наполнителя, ориен-

91

тированного поперек сечения. Ориентация происходит в каландровом зазоре при листовании смеси, после чего ее раскраивают под углом 90°. Вторая часть слоя сжатия изготавливается из резины с пониженным модулем и повышенной деформационной способностью. То есть в такой конструкции ремня используют эффект анизотропии свойств резины в продольном и поперечном направлениях - каландровый эффект. Чем выше анизотропия, тем оптимальнее соотношение поперечной жесткости и продольной гибкости.

В клиновых ремнях применяют различные волокнистые -на полнители: хлопчатобумажные, химические волокна в виде очесов, отходы производства искусственного меха, резиноволокнистые наполнители, которые изготавливают из отходов прорезиненных хлопчатобумажных и вискозных тканей производства ремней, лент, рукавов. Применяется прессовочный термореактивный дозирующийся стекловолокнит, изготовленный на основе модифицированной фенолформальдегидной смолы, которая играет роль связующего комплексных стеклянных нитей, состоящих из элементарных волокон.

Наиболее эффективным является наполнитель на основе рубленных вискозных нитей, пропитанных латексно-смоляным составом на основе наиритового латекса. Обработанный пропиточным составом вискозный наполнитель имеет хорошую адгезию к резине и лучше распределяется в полимерной матрице. Для повышения адгезии волокнистого наполнителя к резине, вводят модифицирующие системы, например, из белой сажи и модификатора РУ в дозировках соответственно 1,5 и 0,7 % масс.

Технологическую обработку резиновых смесей, морозостойкость резин регулируют введением пластификаторов, чаще всего дибутилфталатом, дибутилсебацинатом. Как отмечалось выше, повышение морозостойкости резин обеспечивается совмещением полярных с низкостеклующимися каучуками. Оптимальные свойства резин достигаются при введении СКД до30 масс. ч. Дальнейшее увеличение содержания СКД ухудшает маслостойкость .резин В резинах на основе ПХП меркаптанового регулирования используют олигомер хлорированного полиэтилена, который положительно влияет на усталостную выносливость , модульрезин и износостойкость.

92

Интерес с точки зрения повышения эластичности и морозостойкости представляют хлорпарафин ХП-333, ди(бутилкарбитол)формаль. Наряду с этим в качестве мягчителей, улучшающих процессы переработки резиновых смесей, применяют инденкумароновые, стирол-инденовые и нефтеполимерные смолы, низкомолекулярный полиэтилен, нефтеароматические масла ПН-6, МР-9. Для наиритов, регулируемых серой, применяют химические пластификаторы 2-меркаптобензтиазол, тиурам Д, гуанид Ф, 2,2′-дибензтиазолдисульфид.

Синтетические жирные кислоты, стеариновая кислота, вазелин, парафин или воск позволяют снизить прилипание резиновых смесей к валкам, улучшают диспергирование наполнителей. Для снижения подвулканизации смесей используют хозяйственное мыло, N-нитрозо-дифениламин, 2,2′-дибензтиазол-дисульфид.

Для ремней, работоспособных до –50 оС, в слое сжатия и растяжения применяют резины на основе морозостойкого наирита М – регулированого серой, в который на стадии латекса введен в качестве антифриза дибутилсебацинат. Резины с этим каучуком сохраняют удовлетворительную теплостойкость и высокую маслобензостойкость. В ремнях, эксплуатируемых при температурах до –60 ○С используют резины на основе бутадиенового и изопренового каучуков в соотношении от 70-40 до 50-50 масс. ч., температура хрупкости таких резин–74 ○С. Динамическая выносливость их ниже, чем резин на основе хлоропреновых каучуков.

Резина эластичного слоя должна быть температуростойкой, так как в процессе работы внутри ремня развиваются высокие температуры. В зависимости от условий работы и размеров ремня они достигают 60-100 ○С, а вариаторный ремень снегохода«Буран» нагревается до 110-130 °С. Поэтому решающее значение имеет температуростойкость элементов ремня на границе раздела шнур - резина (рис. 8). Хотя резина I имеет меньшую начальную прочность связи, но из-за большей температуростойкости ей следует отдать предпочтение.

93

Рис. 8. Зависимость нагрузки при выдергивании нити от температуры: 1 - резина шифра I; 2 - резина шифра II

Ремни, в которых эластичный слой имеет недостаточную температуростойкость, могут выходить из строя из-за отслоения тягового слоя от резины.

На величину адгезии оказывает влияние вязкость смеси при ее вулканизации. Чем меньше вязкость, тем лучше затекание, проникновение ее в элементы конструкции, увеличивается большая площадь контакта и показатели адгезии. Модули жесткости слоев эластического и сжатия должны быть максимально приближены, так как установлено, что усталостная выносливость многослойных резиновых систем, составные части которых отличаются условным напряжением при удлинении, резко снижаются.

Предъявляемым требованиям отвечают резины на основе 100 масс. ч. ПХП. Показатели эластичной резины на основе наирита следующие:

94

В ремнях кордшнуровой конструкции с резинами на основе ПХП при вулканизации наблюдаются случаи смещения витков кордшнура в слой сжатия. Установлено, что смещению кордшнура способствует релаксация высокоэластических деформаций смеси – процесс, который имеет место при вулканизации ремней. Снизить высокоэластическую деформацию возможно, используя резиновую смесь, развивающую незначительную ее величину при

каландровании и медленно изменяющую ее при повышенных температурах. Эффективным рецептурным приемом, снижающим возникающее смещение, является замена 20-30 % масс. наирита на равное количество бутадиенового каучука или применение резиновых смесей с волокнистым наполнителем, ориентированным поперек сечения ремня.

Для повышения прочности связи с конструкционными материалами между элементами ремня в состав резин эластичного слоя вводят химические модификаторы, например, модификатор РУ-1 в количестве 0,8-2,5 масс. ч. в комбинации с кремнекислотными наполнителями БС-50, 100, 120, 150 и высокоактивный тонкодисперсный технический углерод в дозировке8-10 и 10-13 масс. ч., соответственно. Эффективно применение таких модификаторов, как гексол 3В, м-фениленбис-малеимид, смол разного состава.

В резинах эластичного слоя на основе ПХП важен выбор пластификаторов. Используют сложные эфиры типа фталатов, себацинатов, октилфталатов; применяют промоторы клейкости: инден-кумароновую или стирол-инденовую смолы, канифоль. Не рекомендуются в больших количествах технический вазелин, минеральные и ароматические масла во избежание снижения адгезии резины к текстильным материалам.

Для обкладки кордных тканей в отечественной промышленности, как правило, используют резины эластичного слоя без каких либо корректировок рецептуры. Толщина обкладочной ре-

зины 0,2-0,3 мм.

Промазочные резиновые смеси используют для обработки кордных тканей тягового слоя, тканей для обертывания промежуточных слоев. Такие резиновые смеси должны быть пластичными, хорошо проникать в структуру ткани, обеспечивать необхо-

95

димую прочность связи с тканью, обладать высокой клейкостью, что позволяет иметь хорошее сцепление слоев промазочных тканей в процессе изготовления ремней. С другой стороны, промазанные ткани не должны прилипать к прокладочным материалам. Промазочные резины должны быть тепло- и температуростойкими, светоозоностойкими (для оберточных тканей), маслобензостойкими. Для ремней в антистатическом исполнении такая резина должна быть электропроводной.

Промазочные резины на основе ПХП, имеют следующие показатели:

Условная прочность при растяжении, МПа……….........................11 – 13

С целью снижения содержания наирита, а также для регулирования технологических свойств в состав смеси вводят 2,5-5,0 % масc. бутадиен-стирольного (СКМС-30АРК) или бутадиенового (СКД) каучуков. Массовая доля каучука в промазочных резинах составляет 50-57 % масс.

В промазочных смесях антистатических ремней вместо обычного технического углерода применяют электропроводящий марки ПМЭ-80В или ацетиленовый в количестве 18-20 % масс. В резиновую смесь вводят до10 % масс. графита, но содержание токопроводящего технического углерода должно быть не менее 15 % масс. Электрическое сопротивление такой промазочной резины составляет 2×105 Ом∙м.

Содержание пластификаторов в промазочных резиновых смесях увеличено и может достигать 10 % масс. Клейкость смесей регулируют инден-кумароновой и другими смолами, канифолью.

Светоозоностойкость подобных резин повышают введением группы противостарителей из нафтама-2 и диафена ФП.

96

Для улучшения технологических свойств этих смесей целесообразно вводить каолин, белую сажу в комбинации с техническим углеродом. Модифицирующими системами обеспечивают необходимую адгезию резин к текстильным материалам.

Клеи в производстве клиновых ремней применяют для соединения кордшнура с резинами слоя сжатия и растяжения в процессе сборки сердечника. Оберточные ткани вентиляторных ремней промазывают клеем, что обеспечивает лучшую износостойкость рабочих поверхностей, большую прочность связи ткани с резиной. Клеями обрабатывают ткань для зубчатого основания ремней без обертки боковых поверхностей.

Клеевые резиновые смеси изготавливают на основе того же каучука, который применяют в основных резинах ремня. Содержание каучука в клеевых резиновых смесях составляет55-60 % масс. Для повышения адгезионной способности клеев на основе наирита в них вводят модификатор РУ, белую сажу, разного типа смолы и другие компоненты. Одни из них добавляют в резиновую смесь, другие, например, изоцианат десмодур R в количестве 5 % масс. вводят в готовый клей перед обработкой ткани.

Растворителями клеевых резиновых смесей на основе наирита являются бензин и этиловый эфир уксусной кислоты в соотношении 1: (1,0÷1,7). Клеи применяют 40-60 % масс. концентрации – перед сборкой кордшнуровых ремней при промазке кордшнура из бачка, 20-25 %-ной концентрации – при промазке кистью кордшнура, навитого на викель.

Для промазки кордшнуров в ремнях с резинами на основе каучуков СКИ-3+СКД применяют клеи на основе натурального каучука.

Глава 9. Рецептуростроение эбонитовых изделий

Эбонит – продукт высокого химического насыщения серой химически активных связей, имеющихся в макромолекулах каучука. Остаточная непредельность эбонита ~ 0,5 %. Это - роговидный материал, который является прекрасным диэлектриком, хи-

97

мически инертен, водостоек, легко подвергается механической обработке, хорошо полируется.

В производстве изготавливают следующие виды эбонитовых изделий.

Формовые: фасонные крышки аккумуляторных баков, втулки, пробки, изделия для предприятий химической промышленности и др. Аккумуляторные комплекты используются как источник света в автомобилях, сельскохозяйственных машинах и т.д. При

эксплуатации моноблоки эбонитовые подвергаются действию кислой среды, масел, бензина, многократным ударным нагрузкам, должны быть работоспособны в интервале температур от минус 35 до плюс 65 ○С.

Эбонитовые мипорсепараторы (мипоры) в аккумуляторных батареях предохраняют противоположно заряженные пластины от коротких замыканий, служат для создания необходимого запаса электролита в межэлектродном пространстве, фиксируют расстояние между пластинами. Принцип получения мипора основан на создании в эбонитовой смеси пространства, заполненного водой, которая удерживается в материале в процессе вулканизации. По достижении материалом сепаратора требуемой твердости, их сушат и в результате испарения воды образуются мелкие поры.

Для основного вида аккумуляторной продукции– автомобильных стартерных батарей – применяют сепараторы двух видов: с максимальным диаметром пор3-5 и 25-35 мкм. Первые

надежно защищают аккумуляторы от коротких замыканий и обеспечивают повышенный срок службы, вторые позволяют получать более высокую емкость при разрядах в стартерных режимах.

окислителем.

98

Поделочный эбонит: эбонитовые пластины, стержни, трубки

идр. Их применяют в производстве деталей радио-, телефонной и другой аппаратуры. Поделочный эбонит может быть техническим

идиэлектрическим. Эбонитовые пластины толщиной4-30 мм, длиной 50-1000 мм и шириной 250-500 мм применяют в качестве электроизоляционного материала. Они должны быть однородными, без механических включений, внутренних пор, раковин и расслоений. Эбонитовые стержни диаметром5-8, 30, 40, 65, 75 мм и длиной 500 мм используют также в качестве электроизоляционного материала. Они должны хорошо поддаваться механической обработке: штампованию, сверлению, фрезированию, обточке, полировке, нарезке резьбы.

Клееные эбонитовые изделия: тройники, угольники, краны и другие, изготавливаемые преимущественно ручной клейкой с последующей механической обработкой.

Следует отметить, что эбонитовые изделия вытесняются пластиками, более простыми в технологии.

Эбонитовые смеси изготавливают на основе изопреновых, бутадиеновых, бутадиен-стирольных, бутадиен-нитрильных каучуков. Некоторые виды эбонита можно изготовить из регенерата без добавления каучука. Выбор полимерной основы определяется назначением, условиями эксплуатации эбонитовых изделий. Так, например, полуэбонит, стойкий к агрессивным средам при повышенных температурах, изготавливают из резиновой смеси на основе высокомолекулярного БНК и ПВХ(до 30 мас.ч.). Резиновая смесь содержит до15 мас.ч. низкомолекулярного бутадиеннитрильного каучука, комбинированную серную и смоляную вулканизующую систему, модифицирующие и другие целевые добавки.

Вполимерной основе (табл. 22) эбонитовых аккумулятор-

БС-45АК, которая снижает усадку, улучшает технологические свойства смесей, повышает сопротивление тепловому старению, снижает хрупкость эбонита. Регенерат улучшает техноло-

99

гические свойства, снижает стоимость, позволяет сократить расход каучука.

Для изготовления эбонита применяют серу самого тонкого помола, не содержащую сернистой кислоты, которая ухудшает его изоляционные свойства. В некоторых случаях добавляют селен, что способствует улучшению диэлектрических свойств и теплостойкости эбонита, уменьшению выделения теплоты при вулканизации.

Ускорители вулканизации незначительно улучшают физикомеханические показатели эбонита, но заметно сокращают продолжительность вулканизации. Чаще других применяют ДФГ, каптакс, альтакс, сульфенамиды; из неорганических ускорителей– окись кальция и магния, углекислую магнезию.

В эбонитовых смесях могут применяться в качестве наполнителей: эбонитовая пыль, технический углерод, каолин, барит, мел, кероген и др. Введением наполнителей изменяют твердость, повышают температуру размягчения эбонита, снижают его себестоимость.

100