Способы производства и методы модификации резиновой смеси для производства сальника реактивной штанги с целью уменьшения себестоимости и увеличения производительности (стр. 3 из 20)
При правильном выборе пластификаторов достигается улучшение некоторых свойств вулканизатов (например, повышается сопротивление утомлению, увеличивается эластичность и морозостойкость). Это обусловлено облегчением обработки смесей и лучшим распределением ингредиентов в каучуке, а также снижением внутреннего трения. Отдельные пластификаторы, перечисленные ниже» оказывают, кроме того, специфическое влияние на свойства резиновых смесей и вулканизатов.
Следует различать двоякое действие пластификаторов в системе полимер – пластификатор: физическое взаимодействие с полимером и действие как смазки, исключающее физическое взаимодействие.
Кроме того, при температуре вулканизации пластификаторы химически взаимодействуют с компонентами смеси.
При изготовлении резиновых смесей на основе натурального каучука с наполнением до 30 вес % пластификаторы применяются в небольших количествах (3–5 вес %), так как по ряду важных технологических свойств (способность к смешению, клейкость и др.) такие смеси вполне удовлетворительные.
В случае применения больших дозировок тонкодисперсных саж необходимо вводить в смеси большие количества пластификатора.
В смесях на основе неполярных и полярных синтетических каучуков, характеризующихся большей жесткостью, отсутствием клейкости, трудностью смешения с ингредиентами, особенно с тонкодисперсными сажами, пластификаторы применяются в значительно больших количествах (до 30 вес %).
С повышением дозировок пластификатора понижается сопротивление вулканизатов разрыву и раздиру, но уменьшается теплообразование и твердость резин, что связано с облегчением передвижения макромолекул относительно друг друга.
В последнее время в резиновой промышленности все более широкое применение находят высокомолекулярные полимеры, так называемые масляные и саже-масляные каучуки (стр. 53), в которые вводят большие количества пластификатора (до 30–35 вес %). Это приводит к улучшению свойств резины и экономии каучука. [11]
Одним из эффективных способов модификации свойств полимерных материалов является их наполнение – введение твердых, жидких или газообразных веществ – наполнителей, которые, равномерно распределяясь в объеме получающихся композиции, образуют четко выраженную границу раздела с полимерной средой. [9]
Введение наполнителей способствует улучшению физико-механических и технологических свойств полимеров, а также увеличению объема материала (разбавление полимеров), т.е. снижению его стоимости. Кроме того, наполнение применяют для изменения окраски полимера.
В качестве наполнителей используют мел природный и технический углерод.
За последние годы увеличивается применение ряда органических веществ в качестве наполнителей каучука. Кроме различных видов саж, к таким веществам следует отнести лигнин и многие высокополимерные пластические материалы: полимеры стирола, полиизобутилен, полиэтилен, а для полярных каучуков – формальдегидные, эпоксидные, поливинилхлоридные и другие смолы. [1]
Технический углерод является основным усиливающим наполнителем резиновых смесей; при введении его в смеси увеличивается прочность резин, сопротивление истиранию и раздиру.
В связи с необходимостью получения резин с разнообразными физико-механическими свойствами потребовалось создание различных видов технического углерода. При введении технического углерода в резиновые смеси их вязкость существенно увеличивается за счет гидродинамического эффекта, а также в результате взаимодействия эластомера с техническим углеродом. С увеличением содержания технического углерода в смеси снижается ее эластические восстановление и уменьшается усадка при шприцевании резиновых смесей.
Применение мела как ингредиента резиновых смесей, с самого начала развития резиновой промышленности нашла широкое применение. Хотя они и изменяли физические свойства вулканизатов, придавая им ряд положительных свойств, но основной целью их применения было снижение стоимости резиновых изделий. Природный мел состоит преимущественно из СаСО3, содержание которого достигает 97–99%. Посторонними примесями является полуторные оксиды (Fe2O3, АI2О3) и песок. В резиновой промышленности мел применяется не только как доступный и дешевый наполнитель, но и как антиадгезив для опудривания резиновых смесей. При введении мела в резиновые смеси их вязкость изменяется незначительно. Резиновые смеси, наполненные мелом, легко каландруются и шприцуются, имеют ровную поверхность, хорошо заполняют формы. [4; 5; 9; 11]
Расширяется применение новых минеральных наполнителей; за последние годы в литературе описаны синтетические наполнители-усилители: силикаты кальция, магния, цинка, алюминия, коллоидная кремнекислота и ряд других. [1]
Для сальника реактивной штанги резиновая смесь изготовлена на основе бутадиен – нитрильного каучука.
Ее составом может быть следующим: СКН-40 м, сера, сульфенамид Ц, белила цинковые, сажа ТМ-15, канифоль, стеарин технический, дибутилфталат, неозол, фталевый ангедрид.
В настоящее время в промышленности РТИ применяется также состав резиновой смеси, содержащий [7]:
Бутадиен – нитрильный каучук. Вулканизирующая группа: сульфенамид Ц, тиурам Д. Активаторы вулканизации: белила цинковые, кислота стеариновая. Противостарители: диафен ФП. Пластификаторы и мягчители: пластификатор эфир ЛЗ-7, церизин, масло мягчительное. Наполнители: мел природный, углерод технический.
-СН2-СН=СН-СН2-СН2-СН-СН2-СН-СН2-СН-СNCH=CHCNn
В зависимости от условий регулирования процесса полимеризации БНК выпускают с различными пластоэластическими свойствами: очень жесткие (твердые) – с жесткостью по Дефо 21,5 – 27,5 Н или вязкостью по Муни выше 120 усл. ед.; мягкие – с жесткостью по Дефо 17,5 –21,5 Н или вязкостью по Муни выше 90–120 усл. ед.; мягкие – с жесткостью по Дефо 7,5–11,5 Н или вязкостью по Муни 50–70 усл. ед. В соответствии с этим к обозначению каучука добавляют букву Т – для очень жестких каучуков или М для мягких. Для каучуков, получаемых в присутствии алкилсульфонатов в качестве эмульгаторов, к обозначению каучука добавляется буква С.
Бутадиен-нитрильные каучуки нашли широкое применение благодоря высокой стойкости к действию масел и других агрессивных агентов. Они используются для изготовления различных маслобензостойких резиновых технических изделий – не только сальников, но и также прокладок, рукавов, бензотары и др. В результате применения тиурамной вулканизации получаются вулканизаты с превосходной стойкостью в отношении действия повышенных температур. Полученные вулканизаты приобретают следующие свойства: несколько повышенная прочность на разрыв, более низкое относительное удлинение и повышенное значение модуля; повышенная эластичность по откосу; пониженное сопротивление разрастанию порезов, меньшая остаточная деформация.
При добавлении тиазольного ускарителя – сульфенамида Ц достигается, замедление начала вулканизации. При этом достигаются следующие преимущества: больший срок службы и меньшее теплообразование при испытании на разрушение, уменьшенное остаточное сжатие после деформации сжатия в горячем воздухе и в горячих маслах. Основное преимущество при введении сульфенамида Ц заключается в снижении тенденции к подвулканизации и уменьшение выцветания.
При введение противостарителя диафена ФП в резиновую смесь он образует радикалы, которые могут в дальнейшем реагировать с другими свободными радикалами, возникающими при окислении каучуков, с образованием неактивных продуктов и таким образом задерживать окисление. В связи с понижением вязкости при введении пластификатора эфира ЛЗ-7 уменьшаются затраты энергии при смешении каучуков с ингредиентами и при формовании резиновой смеси, снижается температура переработки. Кроме того, уменьшение вязкости резиновой смеси позволяет увеличить содержание в ней наполнителей и, таким образом, снижает ее стоимость. [1,5,7]
1.1.2 Модификация резиновых смесей для получения сальника реактивной штанги
В настоящее время для изготовления сальников реактивной штанги используется следующий состав резиновой смеси:
Бутадиен – нитрильный каучук – БНКС-28 МН. Вулканизирующая группа: сульфенамид Ц, тиурам Д. Активаторы вулканизации: белила цинковые, кислота стеариновая. Противостарители: диафен ФП. Пластификаторы и мягчители: пластификатор эфир ЛЗ-7, церизин, масло мягчительное. Наполнители: мел природный, углерод технический.
Эта резиновая смесь обладает рядом недостатков: склонность к подвулканизации, среднее значение прочности на разрыв, среднее значение остаточной деформации, и сильное теплообразование при динамических нагрузках, небольшой срок службы и значительное повышение температуры внутри образца при испытаниях на усталостную прочность. Для устранения этих недостатков проводят модификацию резиновых смесей и технологического процесса.
Улучшение свойств резиновой смеси.
Была разработана новая резиновая смесь повышенной прочности и твердости. С сохранением технологических свойств при изготовлении и экструзии и обеспечением монтажных и эксплуатационных свойств сальников.
Поставленная цель была достигнута, в результате замены резиновой смеси бутодиен – нитрильный каучук на комбинацию бутадиен – стирольного каучука с содержанием 23 –24% связанного стирола и бутадиен – стирольного каучука с содержанием 63 – 64% связанного стирола. Также содержит парафинонафтеновое масло – пластификатор и дополнительно – техническую добавку, включающую смесь насыщенных жирных кислот, безводную смесь жирных кислот.