2. Экспериментальная часть

2.1 Объекты исследования

БНКС (Бутадиен-нитрильный каучук) - дивинил - нитрильные каучуки, синтетические каучуки, продукты сополимеризации бутадиена (I) и акрилонитрила (II) общей формулы:

Получают сополимеризацией мономеров в водной эмульсии при 5°С или 30°С. Макромолекула сополимера имеет в основном линейное строение. Звенья бутадиена присоединяются в положение 1,4, имеют преимущественно транс-конфигурацию. Содержание связанного акрилонитрила в полимере определяется соотношением мономеров в исходной смеси.

Среднемассовая молекулярная масса бутадиен-нитрильных каучуков (по данным осмометрии) составляют 200000 - 300000. Эти каучуки представляют собой аморфные сополимеры, не способные к кристаллизации. Растворимость их уменьшается с увеличением количества связанного в каучуке акрилонитрила. Присутствие полярных групп обусловливает следующие отличия от неполярных каучуков (натурального, его аналогов, бутадиен-стирольных и т.д.):

1) большую стойкость к действию ароматических углеводородов, а также смазочных масел;

2) более высокое водопоглощение;

3) худшие диэлектрические свойства;

4) большая устойчивость к окислению;

5) высокая термостойкость.

Молекулярная концентрация звеньев пропилена в макромолекуле этилено-пропиленового каучука составляет от 20% до 60% (чаще всего25-40%). Сополимеры с большим или меньшим содержанием этих звеньев являются термопластами. Молекулярная концентрация диеновых звеньев в макромолекуле тройных сополимеров 0,5-3%. В результате введения третьего сополимера получают каучуки с боковыми ненасыщенными группами, способные к вулканизации серусодержащими системами.

СКЭПТ (Этилен-пропиленовый каучук) продукты сополимеризации этилена с пропиленом (СКЭП) или двух этих мономеров с несопряженным диеном (СКЭПТ). СКЭП представляет со­бой белую каучукообразную массу, которая обладает высокой прочностью и эластичностью, очень устойчива к тепловому старе­нию, имеет хорошие диэлектрические свойства. У резин на основе этиленпропилена отсутствуют двойные связи в главной цепи молекулы этого материала и обеспечивает его термо-, атмосферо- и озоностойкость. Материал не подвергается окислению и воздействию УФ-облучению, применяется для уплотнительных изделий, диафрагм, гибких шлангов и т. д., не разрушаются при работе в атмосферных условиях в течение нескольких лет.

СКЭПТ используют для защиты от озоновой деструкции резины, так как это предельный каучук и он не подвержен действию озона.

Мы использовали СКЭПТ – 20, с содержанием 28% пропилена,72% этилена и 4% бутадиена.

Сополимер БНКС+СКЭПТ в соотношении 80:20

2.2 Методы исследования

Материалы на основе эластомеров являются многокомпонентными системами, состоящими из многих подсистем, образованных структурными элементами различного вида: свободными и связанными сегментами, микроблоками надмолекулярной структуры, адсорбированными цепями, частицами наполнителя и т.д. Особенности строения и большой набор форм молекулярной подвижности приводит к проявлению разных релаксационных процессов, каждый из которых обусловлен тепловым движением определенных структурных элементов. Поведение последних описывается спектром времен релаксации. Быстрые релаксационные процессы определяются мелкомасштабными движениями макромолекул, медленные связаны с подвижностью более крупных участков макромолекул (сегментов и субцепей), различных элементов надмолекулярных структур и коллоидных частиц наполнителя. Времена релаксации быстрых и медленных процессов охватывают 20 порядков временной шкалы. Эксплуатационные свойства резин определяют медленные релаксационные процессы, наблюдаемые выше температуры стеклования. К таким релаксационным процессам относятся процессы химической релаксации. Разрыв полимерных цепей под действием озона приводит к изменениям в пространственной сетке сшитых эластомеров, перераспределению напряжений в некотором объеме полимерной матрицы. Разрыв группы цепей и образование микротрещины сопровождается увеличением скорости релаксации механических напряжений в растянутом образце.

Чем глубже прошла реакция каучука с озоном, тем выше скорость релаксации. Этот эффект позволяет использовать скорость релаксации напряжений в химически агрессивной среде для определения кинетики химического процесса.

Испытания проводят при заданной концентрации озона, дозировке антиозонанта, температуре 30°С и статической деформации растяжения 30%, близкой к критической деформации, при которой наблюдается максимальная скорость реакции. По отношению скоростей релаксации напряжений в результате озонного старения контрольных образцов V и образцов, содержащих антиозонант V^а, определяют коэффициент эффективности антиозонанта K_эфф:

K_эфф= V/V^а (1)

Эффективные антиозонанты имеют K_эфф более 4, умеренно эффективные - 2÷4, малоэффективные - менее 2.

Испытания проводится на установке, указанной на рисунке1.

1 - колонки с осушителем 2 - фильтр поглотительный 3 - генератор и измеритель концентрации озона 4 – ротаметр 5 - трехходовой кран 6 – релаксометр 7 – тензодатчик 8 – усилитель 9 - самописец 10 - термостат с циркуляционным насосом

Рисунок1. Рекомендуемая схема установки

Образец длиной 20 мм и шириной 4 мм закрепляют в зажимах таким образом, чтобы длина рабочей части образца составляла 10 мм. Для соблюдения этого условия служит специальная колодка, в которой укладывают зажимы.

Закрепленные в зажимах образцы подвешивают в стакане

Самописца мы получаем кривые спада усилия в вытянутом состоянии, рисунке2.

Рис. а.	Рис. б.

Рисунок2. Кривые спада усилия в растянутом образце, обработка их.

Обработка экспериментальных данных производится следующим образом. На кривых релаксации напряжений в растянутом образце спустя 3 мин с момента деформирования образца отмечают точку начала выделяемого участка равномерного спада усилия (рис. а), По наклону этого участка рассчитывают скорость лимитирующей стадии релаксации напряжений. Для этого через точку кривой F₁, соответствующую t₁=3 мин, и т. F₂, соответствующую времени окончания эксперимента t₂=15 или 20 мин., проводят прямую А. В случае разрушения образца ранее 20 мин. находят точку перегиба кривой спада усилия F₂ и проводят прямую А через т.т. F₁ и F₂ (рис.б). Скорость релаксации напряжений рассчитывают по формуле:

V=(F₁ - F₂)/ F_∞ (t₂ - t₁), мин.^-1; (2)

Где (F₁ - F₂) - изменение усилия в образце за время (t₂ - t₁) мин.; F_∞ - условно-равновесное значение при t=0, т.е. часть неравновесного напряжения, отсекаемая продолжением прямой А.