Определение кинетики вулканизации ГОСТ Р 54547-2011, (ISO 3417, ASTM D 5289)
Содержание
| Введение…………………………………….………………………………… | ||
| Технологическая часть | ||
| 1.1 | Обоснование выбора и описание объектов исследования…………. | |
| Исследовательская часть | ||
| 2.1 | Обоснование методик исследования………..………………...……... | |
| 2.2 | Описание методик исследования…………………….………………. | |
| 2.3 | Охрана труда и противопожарные мероприятия……..…..……..….. | |
| 2.4 | Обработка результатов эксперимента…….……..……………...….... | |
| 2.5 | Выводы по экспериментальной части…………………..……….…... | |
| Экономическая часть…………………………………………………. | ||
| Заключение……………………………………………………….……….….. | ||
| Литература………………………………………………………………..…… | ||
| Приложение А Протокол кинетики вулканизации серийного образца Приложения Б Протокол кинетики вулканизации опытного образца Приложения В Протокол испытания по ГОСТ 270-25 серийного образца Приложения Г Протокол испытания по ГОСТ 270-25 опытного образца |
Введение
Резинотехническая промышленность – одна из ведущих отраслей нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Ее развитию придается огромное значение, так как от количества и качества изделий зависит работа автомобильного и авиационного транспорта, строительных, дорожных, сельскохозяйственных и других отраслей народного хозяйства.
Основным исходным сырьем для резиновой промышленности служит каучук, поэтому его потребление является критерием объема резиновых производств. Каучук имеет для хозяйства не меньшее значение, чем металл, уголь, нефть. Кроме каучуков при изготовлении резиновых изделий применяются различные компоненты (ингредиенты), такие как ускорители, стабилизаторы, модификаторы, наполнители, которые необходимы как для осуществления химических превращений каучуков в процессах их переработки (повышение эластичности, поперечное сшивание и др.), так и для придания резиновым изделиям определенных свойств.
Резиновая промышленность выпускает как чисто резиновые изделия, так и резинотканевые и резинометаллические изделия, однако главным носителем специфических свойств этих изделий является резина.
Резина – это многокомпонентная система, не обладающая микрооднородной структурой из-за различной длины макромолекул каучука и разветвленности его цепей, неравномерности распределения в каучуке ингредиентов с разной степенью дисперсностью. В режимах приготовления полуфабрикатов и готовых изделий возможны отклонения.
В настоящее время в резинотехнической промышленности осуществляется техническое перевооружение на основе новой техники и новых материалов. С целью повышения эффективности производства, производительности труда и улучшения качества продукции.
В последние годы получила развитие модификация бутадиен-нитрильных каучуков путем гидрирования. Основным преимуществом этих каучуков по сравнению с серийными является возможность эксплуатации при более высоких температурах в среде масел и топлив.
Модификация позволяет существенно расширить области применения полимерных материалов, придавая им новые свойства, также позволяет улучшить физико-механические показатели.
При гидрировании бутадиен-нитрильного каучука в растворе, в присутствии катализаторов на основе редкоземельных металлов, нитрильные группы сохраняются, но снижается его насыщенность, что придает полимеру повышенную стойкость к термической и термоокислительной деструкции.
Рецептурные разработки на основе новых полимерных материалов дают возможность без изменения конструкции и технологии их изготовления достичь повышения ресурса работы резинотехнических изделий и расширения диапазона условий их эксплуатации. Поэтому в последние годы ведутся интенсивные работы с целью замены отечественных материалов, на новые импортные аналоги.
Для нефтедобывающей промышленности требуются резинотехнические изделия (РТИ), сохраняющие высокие физико - механические и динамические показатели при длительной эксплуатации в контакте с агрессивными средами при высоких температурах.
Для придания резинам требуемых свойств иногда используют химическую модификацию каучуков. Наибольший интерес для технолога представляет модификация, осуществляемая при изготовлении резиновых смесей и при вулканизации.
Целью настоящей работы является разработка рецептуры для тепло-маслостойких резин, на основе модифицированного каучука СКН-40 (Therban AT 5065 VP) с применением гидрофобного аэросила марки А-300.
1. Технологическая часть
1.1. Обоснование выбора и описание объектов исследования
Резина является незаменимым конструкционным материалом и широко применяется в разнообразных изделиях. Резины - сложные системы, свойства которых определяются составом и свойствами компонентов, условиями проведения технологических процессов.
Основой резины служит каучук натуральный (НК) или синтетический (СК), который и определяет основные свойства резинового материала. Для улучшения физико-механических свойств каучуков вводятся различные добавки (ингредиенты), такие как вулканизующие вещества, ускорители вулканизации, активаторы вулканизации, противостарители, пластификаторы, наполнители и другие ингредиенты, предназначенные для получения резиновых изделий с требуемыми эксплуатационными характеристиками. Каждый ингредиент придает смеси определенные свойства и вводится в определенном количестве. Ингредиенты могут быть введены в твёрдый каучук или в его водную дисперсию - латекс.
Резиновые смеси изготавливаются путем последовательного смешения каучуков и ингредиентов на специальном технологическом смесительном оборудовании - на резиноперерабатывающих микровальцах или в резиносмесителе.
Прогнозирование работоспособности резин в условиях эксплуатации резинокордных изделий при воздействии агрессивных сред является в настоящее время одним из основных требований, предъявляемых к разработке изделий. Большинство изделий предназначены для работы в условиях воздействия различных масел, воды и воздуха при различных температурах в течение длительного времени.
По назначению различают следующие основные группы резины: общего назначения и специального назначения, в том числе:
· теплостойкие,
· морозостойкие,
· маслобензостойкие,
· износостойкие и др.
В данной работе используется резина специального назначения, основные свойства которой являются: теплостойкость и маслостойкость.
Теплостойкость - способность резины сохранять требуемые высокоэластические свойства и прочность при повышении температуры.
Маслостойкость – способность материалов противостоять действию жидких масел, в результате которых происходит изменение плотности резины, вымывание (растворение) из неё различных ингредиентов и как следствие – потеря важных механических свойств.
Назначение резины – работа в агрессивных средах и при повышенной температуре (до + 125 °С) воздуха.
При разработке рецептуры опытной резиновой смеси для изготовления изделия, была применена двойная комбинация на основе каучука Therban AT 5065 VP (модифицированный СКН-40) и отечественного каучука СКН-40, и замена наполнителя белой сажи на аэросил, которые по своим характеристикам могут выдержать заданные параметры. Рецепт полимерных резиновых смесей представлен в таблице 1.1.
Таблица 1.1- Рецепт резиновых смесей
| Наименование материалов | Количество на 100 м.ч. каучука, м.ч. | ||
| серийная | опытная | ||
| Каучук Therban АТ 5065 VP | |||
| CКН-40 | — | ||
| N,N-дитиодиморфолин | 0,5 | 0,5 | |
| Вулкацит тиурам/С | 1,0 | 1,0 | |
| Вулкацит CZ/EG-C | 1,0 | 1,0 | |
| Сера молотая | 0,2 | 1,0 | |
| Стеариновая кислота | 1,6 | 1,6 | |
| Белила цинковые | 8,0 | 8,0 | |
| Аэросил А-300 | — | 10,0 | 10,0 |
| Белая сажа БС-120 | 10,0 | — | |
| Дибутилфталат | 5,0 | 5,0 | |
| Ацетонанил Н | 1,0 | 1,0 | |
| Вулканокс 4010 NA/LG | 2,0 | 2,0 | |
| Технический углерод N550 | 20,0 | 20,0 | |
| Технический углерод К-354 | 20,0 | 20,0 | |
| Итого: | 170,3 | 171,1 |
Подготовка ингредиентов.
В зависимости от вида и качества, поступающих ингредиентов подготовка их перед приготовлением резиновой смеси включает следующие операции:
· сушку порошкообразных ингредиентов с повышенной влажностью;
· дробление кусковых и пластинчатых ингредиентов и комкающихся при хранении и после сушки материалов;
· разогрев и фильтрование вязкотекучих ингредиентов;
· фильтрование жидких и загрязненных ингредиентов.
В лабораторных условиях подготовка ведется на малогабаритном оборудовании, конструктивно не отличающемся от производственного, оснащенного необходимыми контрольно-измерительными приборами.
Основные компоненты резиновых смесей делят на группы: каучуки, вулканизующие вещества, ускорители вулканизации, активаторы вулканизации, противостарители, пластификаторы, наполнители. Назначения основных компонентов приведены в таблице 1.2
Таблица 1.2 – Назначение компонентов
| Наименование материалов | Назначение |
| Therban АТ 5065 VP | Каучук специального назначения |
| CКН-40 | Каучук специального назначения |
| N,N-дитиодиморфолин | Вулканизующее вещество |
| Сера молотая | Вулканизующее вещество |
| Вулкацит тиурам/С | Ускоритель вулканизации |
| Вулкацит CZ/EG-C | Ускоритель вулканизации |
| Белила цинковые | Активатор вулканизации |
| Стеариновая кислота | Вторичный активатор вулканизации |
| Дибутилфталат | Пластификатор |
| Аэросил А-300 | Наполнитель |
| Белая сажа БС-120 | Наполнитель |
| Технический углерод N550 | Наполнитель |
| Технический углерод К-354 | Наполнитель |
| Ацетонанил Н | Противостаритель |
| Вулканокс 4010 NA/LG | Противостаритель |
§ Каучук - натуральные или синтетические эластомеры, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём вулканизации получают резины и эбониты.
Therban АТ 5065 VP
Каучук Therban получают избирательным гидрированием специализированной нитрильной резины. Эластомер обладает отличной тепло- и химостойкостью. Акрилонитрильная группа обеспечивает основную стойкость к маслам и бензинам. Каучук имеет достаточную эксплуатационную устойчивость к неполярным средам, и гораздо большую эластичность при низкой температуре минус 40 °C по сравнению с фторкаучуками. Гидрированный бутадиен-нитрильный каучук впервые был получен с целью создания прочных резин с улучшенной стойкостью к бензину, маслам и высоким температурам для автомобильной, машиностроительной и энергетической промышленности.
СКН-40
—[-CH2-CH=CH-CH2-]n — [-CH2-CH(CN)-]m—
Бутадиен-нитрильный каучук (БНК), является продуктом сополимеризации бутадиена и нитрила акриловой кислоты. Основные свойства резин на основе БНК зависят от содержания в них связанного нитрила акриловой кислоты. С увеличением содержания повышается прочностные свойства, твердость, износостойкость, стойкость к набуханию и стойкость к тепловому старению. Одним из преимуществ резин на основе БНК, является их более высокая стойкость к тепловому старению.
§ Наполнители - это органические и неорганические вещества, которые улучшают технологические и технические свойства и так же снижают себестоимость изделия. Наполнители в соответствии со своими индивидуальными особенностями выполняют важные функции:
- облегчают обработку резиновых смесей;
- изменяют в широких пределах механические свойства резин;
- придают резине специфические свойства.
Белая сажа БС-120
m SiO2 · n Н2О
Представляет собой диоксид кремния, который получается осаждением из раствора силиката натрия (жидкого стекла) серной кислотой, с последующей фильтрацией, промывкой и сушкой.
В резинах на основе БНК белая сажа по усиливающим свойствам равноценна углеродной, превосходит ее по влиянию на маслостойкость и теплостойкость. Основными недостатками белой сажи, ограничивающими ее применение в резиновой промышленности является большая плотность и худшая смачиваемость с каучуками.
Аэросил А-300
Представляет собой высокодисперсный аморфный, малогидратированный, особо чистый диоксид кремния SiO2, получаемый гидролизом тетрахлорида кремния в токе кислородоводородного пламени при 1100-1400 °С. Это тонкодисперсный пылящий порошок белого цвета. Размер первичных частиц определяет удельную поверхность аэросила и в конечном итоге марку продукта. Средний диаметр первичных частиц составляет 7-40 нм. Структурная формула:
O=Si=O
Резины, наполненные аэросилом, характеризуются повышенным сопротивлением разрыву, высоким относительным удлинением, износостойкостью, высоким сопротивлением тепловому старению, хорошими диэлектрическими свойствами.
§ Вулканизующие вещества - это химически активные соединения, которые в процессе структурирования сшивают макромолекулу полимера в пространственную структуру.
- Сера
| S |
| S |
| S |
| S |
| S |
| S |
| S |
| S |
Химически активное соединение, участвует в образовании пространственной структуры вулканизата. Придает резине высокие прочностные свойства. Дозировка зависит от типа каучука и количества взятых ускорителей.
- N,N-дитиодиморфолин
Светло-желтый порошок. Обеспечивает большую стойкость смесей к подвулканизации. Придает смесям хорошее сопротивление старению.
§ Ускорители вулканизации - это вещества, которые вводят в резиновую смесь, для ускорения процесса вулканизации. Ускорители вулканизации могут влиять на ход процесса вулканизации.
- Вулкацит тиурам/С
Ускоритель высокой активности. Придаёт резинам хорошее сопротивление старению, применяется для изготовления теплостойких резин.
- Вулкацит CZ/EG-C аналог Сульфенамид Ц
Ускоритель вулканизации замедленного действия. Обеспечивает высокую стойкость резиновых смесей к скорчингу и быстрое достижение оптимума вулканизации. Дает вулканизаторы с высоким значением разрушающего напряжения при растяжении и хорошей стойкостью к старению.
§ Активаторы вулканизации – компоненты резиновых смесей, повышающие эффективность структурирования каучуков при вулканизации, также повышают прочность при растяжении и сопротивление раздиру.
- Белила цинковые (оксид цинка)
ZnO
Является активатором процесса вулканизации и теплопроводящим наполнителем для резин из всех видов каучуков, снижающим теплообразование при многократных деформациях.
- Кислота стеариновая
Является вторичным активатором вулканизации. Улучшает распределение ингредиентов и обрабатываемость резиновых смесей.
§ Пластификаторы - вещества, облегчающие изготовление и обработку резиновых смесей, снижающие температуру текучести и повышающие их пластичность. Пластификаторы облегчают диспергирование ингредиентов, снижают температуру технологической обработки композиций.
- Дибутилфталат – ДБФ
Является эффективным пластификатором. Представляет собой прозрачную жидкость без механических примесей.
§ Активный наполнитель
Технический углерод (N550, K354)
Активный наполнитель, играет особо важную роль в резиновых смесях на основе синтетических каучуков. Резина на основе бутадиен-нитрильного каучука приобрела практическую ценность благодаря наполнению техническим углеродом.
§ Противостарители - замедляют процесс старения и обеспечивают эксплуатационные свойства резиновых материалов. Старению подвержены резины, находящиеся как в напряженном, так и в ненапряженном состоянии под действием статических или динамических нагрузок.
- Вулканокс 4010NA/ LG (аналог Диафен ФП)
Чешуйчатый порошок серо-фиолетового цвета, используется как противостаритель (антиоксидант, защищает от теплового старения, повышает выносливость при деформациях). Несколько повышает жесткость смесей, повышает склонность к подвулканизации и скорость вулканизации.
- Ацетонанил Н
Защищает резиновые смеси от теплового старения. Легко диспергируется в каучуке и не выцветают в нем.
Расчет рецепта
1. Рассчитываем массовую долю каждого ингредиента, α, (%):
α = 
(1.1)
где А- содержание каучука или ингредиента, м.ч.;
∑ А- суммарное содержание компонентов, м.ч.
αTherban= 
2. Рассчитываем объем компонента, V, (м3)
V = 
(1.2)
где ρ – плотность компонента, кг/м3
VTherban = 
м3
3. Рассчитываем объемную долю компонента, b, (%):
b = 
(1.3)
где 
- суммарный объем всех компонентов
bTherban = 
%
4. Рассчитываем плотность резиновой смеси, ρсм, (кг/м3)
ρсм = 
(1.4)
ρопытная = 
кг/м3
5. Рассчитываем массу заправки, Мсм, (кг):
(1.5)
где Vобщ-объем микровальцев
(1.6)
где D- диаметр валков, м;
L- длина рабочей части валка, м
м3
кг
6. Рассчитываем навеску каждого компонента на одну заправку, Мингр (кг):
(1.7)
кг
Таблица 1.3- Расчёт навесок компонентов резиновой смеси на одну загрузку
| Наименование компонента | Массо-вые части на 100 м.ч, А,м.ч. | Массо-вые доли, α, % | Плот-ность ρ, кг/м3 | Объём компо-нента, V, м3 | Объемные доли компо-нента, b, % | Расчётная навеска компонента на одну заправку, М, кг |
| Therban AT 5065 VP | 100,0 | 58,72 | 0,1 | 70,13 | 0,4627 | |
| N,N-дитиодиморфолин | 0,5 | 0,29 | 0,0004 | 0,28 | 0,0023 | |
| Вулкацит тиурам/С | 1,0 | 0,59 | 0,0007 | 0,49 | 0,0046 | |
| Вулкацит CZ/EG-C | 1,0 | 0,59 | 0,0008 | 0,56 | 0,0046 | |
| Сера молотая | 0,2 | 0,12 | 0,0001 | 0,07 | 0,0009 | |
| Стеариновая кислота | 1,6 | 0,94 | 0,0017 | 1,19 | 0,0074 | |
| Белила цинковые | 8,0 | 4,70 | 0,0015 | 1,05 | 0,0370 | |
| Белая сажа БС-120 | 10,0 | 5,87 | 0,0083 | 5,82 | 0,0463 | |
| Дибутилфталат | 5,0 | 2,94 | 0,0048 | 3,37 | 0,0231 | |
| Ацетонанил Н | 1,0 | 0,59 | 0,0009 | 0,63 | 0,0046 | |
| Вулканокс 4010 NA/LG | 2,0 | 1,17 | 0,0018 | 1,26 | 0,0093 | |
| Техуглерод N 550 | 20,0 | 11,74 | 0,0105 | 7,36 | 0,0925 | |
| Техуглерод К-354 | 20,0 | 11,74 | 0,0111 | 7,78 | 0,0925 | |
| Итого | 170,3 | 0,1426 | 0,788 |
Аналогично проведен расчёт резиновой смеси с применением комбинации каучуков и аэросила, полученные данные расчетов приведены в таблице 1.4.
Таблица 1.4- Расчёт навесок компонентов
| Наименование компонента | Массо-вые части на 100 м.ч, А,м.ч. | Массо-вые доли, α, % | Плот-ность ρ, кг/м3 | Объём компо-нента, V, м3 | Объемные доли компо-нента, b, % | Расчётная навеска компонента на одну заправку, М, кг |
| Therban AT 5065 VP | 70,0 | 40,91 | 0.07 | 50,40 | 0,3326 | |
| СКН-40 | 30,0 | 17,53 | 0.03 | 21,60 | 0,1425 | |
| N,N-дитиодиморфолин | 0,5 | 0,29 | 0,0004 | 0,29 | 0,0024 | |
| Вулкацит тиурам/С | 1,0 | 0,58 | 0,0007 | 0,50 | 0,0048 | |
| Вулкацит CZ/EG-C | 1,0 | 0,58 | 0,0008 | 0,58 | 0,0048 | |
| Сера молотая | 1,0 | 0,58 | 0,0005 | 0,36 | 0,0048 | |
| Стеариновая кислота | 1,6 | 0,94 | 0,0017 | 1,22 | 0,0076 | |
| Белила цинковые | 8,0 | 4,68 | 0,0015 | 1,08 | 0,0380 | |
| Аэросил А-300 | 10,0 | 5,84 | 0,0042 | 3,02 | 0,0475 | |
| Дибутилфталат | 5,0 | 2,92 | 0,0048 | 3,46 | 0,0238 | |
| Ацетонанил Н | 1,0 | 0,58 | 0,0009 | 0,65 | 0,0048 | |
| Вулканокс 4010 NA/LG | 2,0 | 1,17 | 0,0018 | 1,30 | 0,0095 | |
| Техуглерод N 550 | 20,0 | 11,69 | 0,0105 | 7,56 | 0,0950 | |
| Техуглерод К-354 | 20,0 | 11,69 | 0,0111 | 8,00 | 0,0950 | |
| Итого | 171,1 | 0,1389 | 0,813 |
2. Исследовательская часть
2.1 Обоснование методик исследования
Резина является сложным многокомпонентным высокоэластичным материалом, имеет прочную пространственную структуру и отличается по свойствам от упругих тел и вязких жидкостей. Поэтому для обеспечения стандартности выпуска изделий необходим всесторонний контроль сырья, полуфабрикатов и готовой продукции.
Вследствие разброса показателей физико-механических свойств резины для получения достоверных данных необходимо проводить большее число испытаний в строго идентичных условиях.
Для получения сравнимых результатов многие методы испытаний стандартизованы. Использование стандартных методов позволяет разрабатывать единые требования к свойствам резин, сравнить их, контролировать качество и воспроизводить показатели в различных лабораториях.
Одни из основных показателей резиновой смеси являются технологические и вулканизационные характеристики, для их определения использовались следующие методы испытаний: ГОСТ Р 54547-2011 «Определение кинетики вулканизации» и ГОСТ 415-75 «Определение пластоэластических свойств».
Качества резин оценивают комплексом физико-механических показателей, характеризующих структуру, усадку, амортизационные, прочностные и низкотемпературные свойства. Показателями испытания резин на соответствующие характеристики служат методы испытания Государственного Стандарта Российской Федерации.
В данной работе используется резина специального назначения, основные свойства которой являются тепло - маслостойкость. Для определения показателя теплового старения использовался ГОСТ 9.024-74 «Методы испытаний на стойкость к термическому старению», для определения стойкости резины к маслам использовался ГОСТ 9.030-74 «Методы испытаний на стойкость в ненапряженном состоянии к воздействию жидких агрессивных сред».
Основные методы физико-механических испытаний резин представленные в таблице 2.1.
Таблица 2.1– Методы физико-механических испытаний резин
| Наименование испытаний | Оборудование | Принцип измерения, ГОСТ |
| Кинетика вулканизации | Реометр МДР-2000 «Альфа Технолоджи» | ISO 3417 ASTM D 5289 |
| Время начала подвулканизации при 130°С, мин | Вискозиметр «MONSANTO» | ГОСТ 10722-75 ISO 289 ASTM D 1646 |
| Пластичность, усл.ед. | ПСМ-2 | ГОСТ 415-75 |
| Условное напряжение при 300% удлинении, МПа | Разрывная машина, Тензометр 2020 | ГОСТ 270-75 |
| Условная прочность при растяжении, МПа | Разрывная машина, Тензометр 2020 | ГОСТ 270-75 |
| Относительное удлинение при разрыве, % | Разрывная машина, Тензометр 2020 | ГОСТ 270-75 |
| Относительная деформация после разрыва, % | Разрывная машина, Тензометр 2020 | ГОСТ 270-75 |
| Твердость по Шору А, усл.ед. | Твердомер ВЕ-62 | ГОСТ 263-75 |
| Термическое старение на воздухе при температуре 100°С в течение 72 ч | Термостат ВН-5805 | ГОСТ 9.024-74 |
| Изменение массы резины после воздействия масла при 125°С в течение 24ч., % | Ультротермостат типа UTU-2/77 | ГОСТ 9.030-74 |
2.2 Описание методик исследования
Содержание
| Введение…………………………………….………………………………… | ||
| Технологическая часть | ||
| 1.1 | Обоснование выбора и описание объектов исследования…………. | |
| Исследовательская часть | ||
| 2.1 | Обоснование методик исследования………..………………...……... | |
| 2.2 | Описание методик исследования…………………….………………. | |
| 2.3 | Охрана труда и противопожарные мероприятия……..…..……..….. | |
| 2.4 | Обработка результатов эксперимента…….……..……………...….... | |
| 2.5 | Выводы по экспериментальной части…………………..……….…... | |
| Экономическая часть…………………………………………………. | ||
| Заключение……………………………………………………….……….….. | ||
| Литература………………………………………………………………..…… | ||
| Приложение А Протокол кинетики вулканизации серийного образца Приложения Б Протокол кинетики вулканизации опытного образца Приложения В Протокол испытания по ГОСТ 270-25 серийного образца Приложения Г Протокол испытания по ГОСТ 270-25 опытного образца |
Введение
Резинотехническая промышленность – одна из ведущих отраслей нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Ее развитию придается огромное значение, так как от количества и качества изделий зависит работа автомобильного и авиационного транспорта, строительных, дорожных, сельскохозяйственных и других отраслей народного хозяйства.
Основным исходным сырьем для резиновой промышленности служит каучук, поэтому его потребление является критерием объема резиновых производств. Каучук имеет для хозяйства не меньшее значение, чем металл, уголь, нефть. Кроме каучуков при изготовлении резиновых изделий применяются различные компоненты (ингредиенты), такие как ускорители, стабилизаторы, модификаторы, наполнители, которые необходимы как для осуществления химических превращений каучуков в процессах их переработки (повышение эластичности, поперечное сшивание и др.), так и для придания резиновым изделиям определенных свойств.
Резиновая промышленность выпускает как чисто резиновые изделия, так и резинотканевые и резинометаллические изделия, однако главным носителем специфических свойств этих изделий является резина.
Резина – это многокомпонентная система, не обладающая микрооднородной структурой из-за различной длины макромолекул каучука и разветвленности его цепей, неравномерности распределения в каучуке ингредиентов с разной степенью дисперсностью. В режимах приготовления полуфабрикатов и готовых изделий возможны отклонения.
В настоящее время в резинотехнической промышленности осуществляется техническое перевооружение на основе новой техники и новых материалов. С целью повышения эффективности производства, производительности труда и улучшения качества продукции.
В последние годы получила развитие модификация бутадиен-нитрильных каучуков путем гидрирования. Основным преимуществом этих каучуков по сравнению с серийными является возможность эксплуатации при более высоких температурах в среде масел и топлив.
Модификация позволяет существенно расширить области применения полимерных материалов, придавая им новые свойства, также позволяет улучшить физико-механические показатели.
При гидрировании бутадиен-нитрильного каучука в растворе, в присутствии катализаторов на основе редкоземельных металлов, нитрильные группы сохраняются, но снижается его насыщенность, что придает полимеру повышенную стойкость к термической и термоокислительной деструкции.
Рецептурные разработки на основе новых полимерных материалов дают возможность без изменения конструкции и технологии их изготовления достичь повышения ресурса работы резинотехнических изделий и расширения диапазона условий их эксплуатации. Поэтому в последние годы ведутся интенсивные работы с целью замены отечественных материалов, на новые импортные аналоги.
Для нефтедобывающей промышленности требуются резинотехнические изделия (РТИ), сохраняющие высокие физико - механические и динамические показатели при длительной эксплуатации в контакте с агрессивными средами при высоких температурах.
Для придания резинам требуемых свойств иногда используют химическую модификацию каучуков. Наибольший интерес для технолога представляет модификация, осуществляемая при изготовлении резиновых смесей и при вулканизации.
Целью настоящей работы является разработка рецептуры для тепло-маслостойких резин, на основе модифицированного каучука СКН-40 (Therban AT 5065 VP) с применением гидрофобного аэросила марки А-300.
1. Технологическая часть
1.1. Обоснование выбора и описание объектов исследования
Резина является незаменимым конструкционным материалом и широко применяется в разнообразных изделиях. Резины - сложные системы, свойства которых определяются составом и свойствами компонентов, условиями проведения технологических процессов.
Основой резины служит каучук натуральный (НК) или синтетический (СК), который и определяет основные свойства резинового материала. Для улучшения физико-механических свойств каучуков вводятся различные добавки (ингредиенты), такие как вулканизующие вещества, ускорители вулканизации, активаторы вулканизации, противостарители, пластификаторы, наполнители и другие ингредиенты, предназначенные для получения резиновых изделий с требуемыми эксплуатационными характеристиками. Каждый ингредиент придает смеси определенные свойства и вводится в определенном количестве. Ингредиенты могут быть введены в твёрдый каучук или в его водную дисперсию - латекс.
Резиновые смеси изготавливаются путем последовательного смешения каучуков и ингредиентов на специальном технологическом смесительном оборудовании - на резиноперерабатывающих микровальцах или в резиносмесителе.
Прогнозирование работоспособности резин в условиях эксплуатации резинокордных изделий при воздействии агрессивных сред является в настоящее время одним из основных требований, предъявляемых к разработке изделий. Большинство изделий предназначены для работы в условиях воздействия различных масел, воды и воздуха при различных температурах в течение длительного времени.
По назначению различают следующие основные группы резины: общего назначения и специального назначения, в том числе:
· теплостойкие,
· морозостойкие,
· маслобензостойкие,
· износостойкие и др.
В данной работе используется резина специального назначения, основные свойства которой являются: теплостойкость и маслостойкость.
Теплостойкость - способность резины сохранять требуемые высокоэластические свойства и прочность при повышении температуры.
Маслостойкость – способность материалов противостоять действию жидких масел, в результате которых происходит изменение плотности резины, вымывание (растворение) из неё различных ингредиентов и как следствие – потеря важных механических свойств.
Назначение резины – работа в агрессивных средах и при повышенной температуре (до + 125 °С) воздуха.
При разработке рецептуры опытной резиновой смеси для изготовления изделия, была применена двойная комбинация на основе каучука Therban AT 5065 VP (модифицированный СКН-40) и отечественного каучука СКН-40, и замена наполнителя белой сажи на аэросил, которые по своим характеристикам могут выдержать заданные параметры. Рецепт полимерных резиновых смесей представлен в таблице 1.1.
Таблица 1.1- Рецепт резиновых смесей
| Наименование материалов | Количество на 100 м.ч. каучука, м.ч. | ||
| серийная | опытная | ||
| Каучук Therban АТ 5065 VP | |||
| CКН-40 | — | ||
| N,N-дитиодиморфолин | 0,5 | 0,5 | |
| Вулкацит тиурам/С | 1,0 | 1,0 | |
| Вулкацит CZ/EG-C | 1,0 | 1,0 | |
| Сера молотая | 0,2 | 1,0 | |
| Стеариновая кислота | 1,6 | 1,6 | |
| Белила цинковые | 8,0 | 8,0 | |
| Аэросил А-300 | — | 10,0 | 10,0 |
| Белая сажа БС-120 | 10,0 | — | |
| Дибутилфталат | 5,0 | 5,0 | |
| Ацетонанил Н | 1,0 | 1,0 | |
| Вулканокс 4010 NA/LG | 2,0 | 2,0 | |
| Технический углерод N550 | 20,0 | 20,0 | |
| Технический углерод К-354 | 20,0 | 20,0 | |
| Итого: | 170,3 | 171,1 |
Подготовка ингредиентов.
В зависимости от вида и качества, поступающих ингредиентов подготовка их перед приготовлением резиновой смеси включает следующие операции:
· сушку порошкообразных ингредиентов с повышенной влажностью;
· дробление кусковых и пластинчатых ингредиентов и комкающихся при хранении и после сушки материалов;
· разогрев и фильтрование вязкотекучих ингредиентов;
· фильтрование жидких и загрязненных ингредиентов.
В лабораторных условиях подготовка ведется на малогабаритном оборудовании, конструктивно не отличающемся от производственного, оснащенного необходимыми контрольно-измерительными приборами.
Основные компоненты резиновых смесей делят на группы: каучуки, вулканизующие вещества, ускорители вулканизации, активаторы вулканизации, противостарители, пластификаторы, наполнители. Назначения основных компонентов приведены в таблице 1.2
Таблица 1.2 – Назначение компонентов
| Наименование материалов | Назначение |
| Therban АТ 5065 VP | Каучук специального назначения |
| CКН-40 | Каучук специального назначения |
| N,N-дитиодиморфолин | Вулканизующее вещество |
| Сера молотая | Вулканизующее вещество |
| Вулкацит ти |