2. Определение содержания свободной и связанной серы.

Вторым этапом нашей работы стало определение количества связанной и свободной серы. Из каждого образца мы заранее приготовили по 2 г. мелко нарезанной крошки. Берем точные навески крошки из каждого образца, помещаем их в колбы на 250 мл и заливают 100 мл сульфата натрия. Экстракция крошки проводится при кипячении на электроплитках в течение 2 ч с момента закипания раствора. При этом свободная сера реагирует с сульфитом натрия, образуя гипосульфит натрия. Затем охлаждаем колбы, прибавляем в каждую 10 мл формалина для связывания избытка сульфита натрия, 20 мл 20% уксусной кислоты, небольшое количество раствора крахмала и титруют по каплям 0,1 раствором йода.

Процентное содержание свободной серы рассчитываем по формуле:

где: A - объем (мл) раствора йода, пошедший на титрование .

B - поправка на титр йода (1,02)

M - навеска резины (г)

Количество связанной серы для каждого времени вулканизации вычисляем по формуле:

где: S₀ - количество свободной серы в сырой смеси, (%) (необходимо полученный результат сопоставить с содержанием серы по рецепту резиновой смеси)

Sсвоб. - содержание свободной серы в вулканизате (данные титрования).

Таблица 6 - Влияние времени вулканизации на содержание связанной серы.

Время, мин	Навеска, г	Обьем йода, мл	Содержание свободной серы, %	Содержание связанной серы, %
сырая	2,00	9,3	1,51776	0
5	2,00	1,3	0,21216	1,03784
10	2,00	1,0	0,1632	1,0868
20	2,00	0,5	0,0816	1,1684
25	2,00	0,3	0,04896	1,20104

3. Определение плотности вулканизационной сетки по данным равновесного набухания резин в м-ксилоле (толуоле).

Третьим этапом работы было определение плотности вулканизационной сетки по данным равновесного набухания резин в толуоле.

Из каждого вулканизата вырезаем по три маленьких образца различной формы (прямоугольник, квадрат, треугольник) Затем взвешиваем сухие фигурки и помещаем их в бюксы, отмечая для каждого бюкса время вулканизации образца. В бюксы заливаем растворитель плотно закрываем крышкой и оставляем на неделю. Спустя неделю образцы вынимают из растворителя пинцетом, промокают фильтровальной бумагой, и взвешивают на весах. Взвешенные набухшие образцы отправляются на полтора часа сушится в печь, затем опять взвешиваются.

Для каждого образца рассчитывают равновесную степень набухания:

*100

Wн и Wс - массы набухшего и высохшего образца

P - массовая доля каучука в вулканизате.

ρ_к-ка и ρ_р-ля - плотности каучука и растворителя:

для каучука СКИ-3 - ρ = 0,92 г/см3, для толуола - 0,874 г/см³.

Таблица 7 - Масса сухих, набухших, высушенных образцов и равновесная степень набухания полимера разных форм и времени вулканизации.

Образ ец	Wс			Wнаб			Wвыс			Q			Qср
2/5	18	20	34	32	41	80	17	19	33	0,9288	1,2188	1,4992	1,21561
2/10	9	18	26	21	45	69	8	17	25	1,7105	1,7338	1,8526	1,76563
2/20	23	24	33	58	58	90	22	23	32	1,7225	1,6018	1,9079	1,74407
2/25	23	29	35	65	76	85	22	28	34	2,0574	1,8045	1,5789	1,81362

Для каждого времени вулканизации рассчитываем среднее значение равновесной степени набухания Q (в долях, а не в процентах) и затем по формуле Vk = 1 /(1+Q ) - находим объемную долю каучука в набухшем образце. Концентрацию отрезков молекулярных цепей в вулканизате

Nc = ρ / Mc (моль/см3 ) рассчитывают по уравнению Флори - Ренера

χ - параметр взаимодействия полимера с растворителем. ( 0,34)

Молярный объем растворителя V0 = M.m. / ρр-ля=105 м³/моль

Полученные результаты сводим в таблицу 8.

Таблица 8. Определение плотности вулканизационной сетки по данным

равновесного набухания резин.

Образец	Q			Qср	1/Qср	Vk	Nc моль/см3
2/5	0,009288	0,012188	0,014992	0,012156	82,26319	0,98799	0,0113944
2/10	0,017105	0,017337	0,018526	0,017656	56,63686	0,98265	0,0085179
2/20	0,017225	0,016018	0,019079	0,017441	57,33711	0,982858	0,0086112
2/25	0,020574	0,018045	0,015789	0,018136	55,13819	0,982187	0,0083146

Исходя из приведенных выше данных, можно составить зависимости влияния времени вулканизации на густоту сетки поперечных связей и влияния времени вулканизации на содержание связанной серы.

Рис.5 "Влияние времени вулканизации на содержание связанной серы".

Рис.6 "Влияние времени вулканизации на …

Рис.7 "Влияние времени вулканизации на густоту сетки поперечных связей"

Как видно из приведенных графиков, с возрастание времени вулканизации увеличивается прочность образцов, но снижается остаточное удлинение. Это является следствием увеличения количества поперечных связей с увеличением времени вулканизации. Данные поперечные связи приводят к увеличению химических связей, несущих нагрузку, и к исключению возможности течения макромолекул друг относительно друга. Образование пространственной вулканизационной сетки ведет к уменьшению доли пластической деформации. При этом относительное остаточное удлинение уменьшается. Так же можно сделать вывод, что при увеличении количества межмолекулярных химических связей увеличивается модуль материала, его прочностные свойства, а так же уменьшается степень набухания.

При дальнейшей вулканизации образование избыточного количества поперечных связей ведет к затруднению ориентации макромолекул в направлении деформирования, что сказывается на прочностных показателях (они уменьшаются).

Выводы:

1. Изучили влияние времени вулканизации на структурные и физико-механические характеристики вулканизированных эластомеров.

2. Установили, что при увеличении количества межмолекулярных химических связей увеличивается модуль материала, его прочностные свойства, а так же уменьшается степень набухания.

3. Оптимальным временем вулканизации является 15 минут.