Московская государственная академия тонкой химической технологии

им. М.В.Ломоносова

Влияние времени вулканизации на структурные и физико-механические характеристики вулканизованных эластомеров

Выполнила студентка группы МТ-46п

Конончук Надежда Сергеевна

Москва, 2009г.

1. Введение

Вулканизация - это технологический процесс, в котором пластичный каучук превращается в резину. В результате вулканизации фиксируется форма изделия и оно приобретает необходимые прочность, эластичность, твердость, сопротивление раздиру, усталостную выносливость и др. полезные эксплуатационные свойства. С химической точки зрения вулканизации - соединение ("сшивание") гибких макромолекул каучука в трехмерную пространственную сетку (так называемую вулканизационную сетку) редкими поперечными химическими связями. Образование сетки происходит под действием специального химического агента или (и) энергетического фактора, например высокой температуры, ионизирующей радиации. Поперечные связи ограничивают необратимые перемещения макромолекул при механическом нагружении (уменьшают пластическое течение), но не изменяют их способности к высокоэластической деформации. Степень сшивания (густоту сетки поперечных связей) характеризуют равновесными модулями растяжения или сдвига, которые определяют при сравнительно небольших деформациях, равновесным набуханием в хорошем растворителе, а также содержанием макромолекул, оставшихся в сшитом образце вне сетки (зольфракции).

Вулканизационная сетка имеет сложное строение. В ней наряду с узлами, в которых соединяются две макромолекулы (тетрафункциональные узлы), наблюдаются также полифункциональные узлы (соединение в одном узле несколько макромолекул). Свойства сеток зависят от концентрации поперечных химических связей, их распределения и химического строения, а также от средней молекулярной массы и ММР вулканизуемого каучука, разветвленности его макромолекул, содержания в сетке зольфракции и др. Оптимальная густота сетки достигается при участии в сшивании всего 1-2% мономерных звеньев макромолекулы. Дефектами сетки могут быть свободные концы макромолекул, не вошедшие в нее, но к ней присоединенные; сшивки, соединяющие участки одной и той же цепи; захлесты или переплетения цепей и т.д.

Поперечные химические связи - мостики образуются под действием различных агентов вулканизации и представляют собой фрагменты молекул самого агента. От химического состава этих мостиков зависят многие эксплуатационные характеристики резин, например сопротивление термоокислительному старению, скорость накопления остаточных деформаций в условиях сжатия при повышенных температурах, стойкость к действию агрессивных сред. Влияние химического состава и длины поперечных связей на прочность резин при обычной температуре надежно не установлено.

Цель работы: Установить влияние времени вулканизации на структурные и физико-механические характеристики вулканизированных эластомеров.

2. Экспериментальная часть

2.1 Объект исследования

Сырая (не вулканизированная) резиновая смесь и образцы резины в виде пластин вулканизированных в электропрессе в течение различного времени (8, 12, 20, 40 минут)

Рецептура смеси (указана в массовых частях, отнесенных к 100 массовым частям каучука) указана в таблице 1.

Состав	Массовая доля	% содержание
СКМС-30 АРК	60	33
СКД	40	22
Технический углерод Н-339	55	30,3
Масло ПН-6ш	16	9
ZnO	3	1,7
Стерриновая к-та	2	1,1
Сера S	1	0,5
сульфенамид Ц	2	1,1
ацетоанилин	1,5	0,8

Таблица 1. Рецептура смеси резины 180,5

СКМС-30 АРК: Бутадиен-альфаметилстирольный (стирольный) каучук получают совместной полимеризацией бутадиена с альфаметилстиролом (стиролом) в эмульсии при низкой температуре и применением в качестве эмульгатора смеси канифоли и синтетических жирных кислот. Каучук СКМС-30 АРК (СКС-30 АРК) является каучуком общего назначения и может быть широко использован в шинной, резинотехнической, обувной, кабельной и других отраслях промышленности.

СКД : Каучук синтетический СКД является продуктом полимеризации бутадиена в растворе в присутствии комплексных катализаторов на основе соединения титана и содержащий около 90 процентов 1.4 цис звеньев. Каучук синтетический полибутадиеновый СКД применяется в шинной, резинотехнической, асбестотехнической промышленности. Каучук синтетический СКД прекрасно совмещается с натуральными и бутадиен-стирольными каучуками в любых соотношениях, что имеет большое значение при изготовлении изделий на его основе. Резины, приготовленные на основе каучука СКД, обладают исключительно высокой износостойкостью.

Масло ПН-6 - нефтяной пластификатор. Представляет собой концентрат ароматических углеводородов, получаемый компаундированием экстрактов селективной (фенольной) очистки масляных фракций нефти. В зависимости от целей применения вырабатывают ПН-6к, используемый в качестве пластификатора-наполнителя синтетических дивинил- и метилстирольных каучуков, и ПН-6ш, используемый в качестве мягчителя резиновых смесей, применяемых для изготовления шин и других изделий.

Оксид цинка (ZnO) крист., t_пл.=1975°С, не растворим в воде, спиртах, эфирах. Активный наполнитель повышает механические свойства резины: прочность, сопротивление истиранию, твердость.

Стеариновая кислота (С₁₇H₃₅COOH - октадекановая кислота), t_пл.=69,2 – 69,9°С; d⁸⁰₄=0,8390, практически не растворима в воде, плохо растворяется в органических растворителях. Мягчитель (пластификатор) облегчает переработку рези­новой смеси увеличивают эластические свойства каучука, повы­шают морозостойкость резины.

Сера (S) Наиболее устойчивые кристаллические модификации: ромбическая (α - форма), t_пл⁼112,8°С; моноклинная (β - форма). t_пл =119°С, растворяется в CS₂,анилине, феноле, бензоле, не растворим в воде. Вулканизирующее вещество (агент) участвуют в образо­вании пространственно-сеточной структуры вулканизата.

Сульфенамид Ц. N-циклогексил-2-бензтиазолилсульфенамид, t_пл = 103°С, не растворим в воде, растворяется плохо в - ацетоне, спирте, эфире; t_воспл= 140 °С, t _{самовоспл.} = 305 °С; пылевоздушные смеси взрывоопасно. ПДВ=22,5 г/м³ . Ускоритель серной вулканизации (придает резинам высокую прочность, эластичность, износостойкость, снижает теплообразование в массивных изделиях, обуславливает стойкость резиновых смесей к подвулканизации)

N-339 Улучшенный тип высокодисперсного технического углерода с повышенной структурностью. Обеспечивает оптимальную износостойкость протекторных резин, высокое напряжение при удлинении 300% и низкий гистерезис в сочетании с хорошими технологическими свойствами. Протекторы шин, восстановление протектора. В резинах является наполнителем.

Ацетанилид (N-фенилацетамид, антифебрин), t_пл.=114,3°С, W=304°C, d²⁰₄=l,0261, плохо растворим в воде, хорошо в спирту, эфире, хлороформе, ацетоне.

Вулканизация каучуков

1) Серная вулканизация.

Серную вулканизацию проводят при нагревании смеси каучука

(содержащего двойные связи) с серой при 130-1600С. Реакция

вулканизации полибутадиена протекает по схеме: