Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
методичка полим самост.doc
Скачиваний:
17
Добавлен:
20.02.2016
Размер:
218.11 Кб
Скачать

4 Вибір наповнювача

Одним із ефективних методів модифікації властивостей полімерів є їх наповнення – введення відносно великої (від 30 до 300 і більше мас.ч. на 100 мас.ч. еластомеру) кількості твердих, рідких або газоподібних речовин – наповнювачів. Наповнювачі займають друге місце після каучуків у складі гумових сумішей за масою.

Введення наповнювачів сприяє:

  • покращенню технологічних властивостей гумових сумішей;

  • підвищенню фізико-механічних властивостей гум;

  • збільшенню об’єму матеріалу та зменшенню його собівартості;

  • забарвленню гуми.

Одним з найбільших поширених органічних наповнювачів є технічний вуглець.

Широке застосування технічного вуглецю в гумовій промисловості пов’язано з тим, що:

  • по перше – він виробляється з доволі дешевої та доступної сировини – природного газу та ароматичних вуглеводневих нафтових масел.

  • По друге – в виробництві можна одержувати технічні вуглеці з різноманітними фізико-технічними характеристиками – дисперсністю, шорхістю, кислотністю поверхні, а відповідно й різною активністю у гумових сумішах.

Великим недоліком технічного вуглецю є його чорний колір, що не дозволяє випускати кольорові гуми, наповнені ТВ.

Позбавлені такого недоліку неорганічні наповнювачі. До них відносяться як мінеральні наповнювачі природного походження – крейда, каолін і деякі інші, так і синтетичні мінеральні наповнювачі – колоїдна кременева кислота (біла сажа та аеросил), оксиди і силікати різних металів. Але мінеральні наповнювачі є неактивними або напівактивними, що обмежує їх застосування.

Наповнювачі зазвичай високодисперсні матеріали, бажано кулеподібної форми. При поєднанні наповнювачів з каучуками на межі розподілу фаз проходить адсорбційна, а іноді і хімічна взаємодія, яка посилюється з ростом поверхні контакту. У залежності від характеру цієї взаємодії наповнювачі діляться на два класи:

  • посилювачі, або активні наповнювачі, які суттєво (у 10 раз) підвищують міцність каучуків, що не кристалізуються, та поліпшують ряд інших властивостей гум (опір роздиранню, зносу, модуль та інше.);

  • розбавлювачі, або неактивні (інертні) наповнювачі, які застосовуються для зниження вартості гум, і при цьому поліпшують здатність гум до переробки та надають вулканізатам ряд специфічних властивостей (тепло-, масло-, світлостійкість, негорючість та інше.)

Технічний вуглець як наповнювач застосовуються у 70-80 випадках із ста, мінеральні сполуки – у 15-25 випадках, органічні сполуки застосовуються у 5 випадках із ста.

При виборі наповнювачів необхідно брати до уваги призначення виробів, а також тип каучуку та умови приготування сумішей. Слід звертати увагу на наступні фактори:

- для аморфних каучуків застосовують високоактивні види технічного вуглецю, якщо необхідно отримати гуми з підвищеними механічними властивостями, або меншої активності, якщо високий рівень властивостей гум не потрібний;

- для світлих та кольорових гум застосовують активні кремнеземи (аеросил, білу сажу), а також титанові білила, літопон, окис цинку, сірчаний цинк, окис титану та інші;

- для поліпшення технологічних властивостей сумішей та технічних властивостей гум часто застосовують комбінацію двох видів технічного вуглецю з мінеральним наповнювачем, наприклад, з білою сажею чи каоліном, або вводять домішки органічних наповнювачів;

- для отримання або збереження високого рівня фізико-механічних властивостей гум наповнювач застосовують в оптимальній концентрації, яка залежить від типу каучуку ( зменшується з ростом його полярності та схильності до кристалізації) та активності наповнювача (зменшується з підвищенням питомої поверхні).

Технічний вуглець (ТВ), отримують при спаленні або термічному розкладі газоподібних або рідких вуглеводнів. ТВ предствляє собою дрібнодисперсний порошок чорного кольору з розміром часток 20-200 Нм. У залежності від виду сировини та способу отримання ТВ буває різних марок.

Тип технічного вуглецю та його вміст обирають з урахуванням вимог до фізико-механічних властивостей гум (напруження при певному подовженні, твердості та умовної міцності, зносостійкості). При виборі ТВ слід враховувати його характеристики: розмір часток, структурність (масляне число), питому поверхню, вміст на поверхні функціональних груп, які найбільший впливають на головний комплекс властивостей гум.

Умовна міцність гум зростає з зменшенням розміру часток або підвищенням питомої поверхні техвуглецю, при цьому зменшується його оптимальне дозування. Міцність каучуків, що не здатні кристалізуються, при наповненні технічним вуглецем зростає в 10-15 разів, а тих, що кристалізуються – на 30-50%. Оптимальне наповнення СКД та СКЕП складає приблизно 70 мас. ч. ; НК, СКІ-3, БСК – 50 - 60 мас.ч. ; БК, ПХП, СКН, ХСПЕ – 40-50 мас.ч.; СКФ, СКУ – близько 30 мас. ч.

Твердість гум зростає з підвищенням ступеню наповнення та активності ТВ.

Аналогічним чином змінюється технологічні властивості гумових сумішей (в’язкість, опір підвулканізації ), які зростають з підвищенням вмісту технічного вуглецю в суміші. Позитивним є зниження збігу сумішей при підвищенні ступеню наповнення, що особливо характерно для високоструктурних (з великим масляним числом) типів ТВ. Останній краще взаємодіє з каучуком, легше диспергуються. Вони трохи знижують міцність гум при кімнатній температурі, але підвищують при високих температурах.

Вибір марки та концентрації технічного вуглецю визначаються головним чином умовами експлуатації гумового вибору та економічними міркуваннями. ТВ значно дешевше каучуку і його застосування зменшує собівартість сумішей.

Високоактивні та активні типи ТВ (П 245, П 234, П 324) застосовуються при виготовленні протекторних шин, обкладки транспортних стрічок, підборів, підошов, тобто для виготовлення виробів, від яких вимагається підвищена зносостійкість, міцність та опір роздиранню.

ТВ К 354 надає гумам знижені напруження при подовженні, високий опір багаторазовим деформаціям та добру адгезію до тканини, тому застосовуються в обкладальних гумах для шин та транспортних стрічок. Цей тип ТВ може використовуватись як барвник при виробництва взуття та інших виробів чорного кольору; внаслідок низького РН водної витяжки К 354 уповільнює швидкість вулканізації сумішей.

В обкладальних гумах використовуються напівактивні ТВ П 514, П 701, бо вони надають сумішам добрі технологічні властивості, дуже важливі при обкладанні тканини.

При високому наповненні гумових виробів застосовують малоактивні види технічного вуглецю П 803, Т 900 (для шлангів, рукавів, щільників, обгумовування хімапаратури, валів та інш.).

Для електропровідних гум в поєднанні з нітрильним каучуком застосовують П 355Е. Дуже часто застосовуються комбінації різних марок ТВ, що дає змогу підвищити ступінь наповнення при одночасному поліпшенні динамічної витривалості гум. Для ряду виробів (особливо твердих, з підвищеними діелектричними властивостями, кольорових та інш.) техвуглець не застосовується. У цих гумах використовують мінеральні наповнювачі, іноді в комбінації з техвуглецем. З мінеральних наповнювачів найбільш активним є високодисперсний діоксид кремнію (аеросил). Він отримується синтетичним шляхом, у зв’язку з чим по вартості у кілька разів дорожчий технічного вуглецю. Тому він використовується в найбільш відповідальних виробах, до яких висуваються підвищенні вимоги за міцносними властивостями. Аеросилом посилюють також силоксанові каучуки, при цьому крім міцності зростає морозостійкість, теплостійкість, поліпшуються діелектричні характеристики.

Незначно поступаються за ефективностю аеросилу білі сажі, інші типи синтетичних мінеральних наповнювачів. Зараз широко використовуються в обкладальних гумах для шин, транспортерних стрічок і клинових ременів комбінація ТВ П 514 та білої сажі. При цьому зростає адгезія до тканини, динамічні властивості гум, їх опір старінню. Поєднання білої сажі з П 245 пропонується для покривних гум з метою підвищення стійкості до проколів, корозії та роздиранню.

Для магнітних гум (м’яких) в якості наповнювачів застосовуються ферити, що являють собою суміш Fe2O3 з ZnO та NiO, або MnO в співвідношенні 66:22:12 відповідно. Для твердих магнітних гум використовуються ферит барію (Fe2O3 85% та 15% BаO).

Вогнестійкі гуми наповнюють каоліном або інфузорною землею.