Использование высокодисперсных металлорганических добавок в эластомерных композитах

Use of high-differed metallorganic supplements in elastomeric composites
Цитировать:
Юсупов М.О., Усмонова З.Т. Использование высокодисперсных металлорганических добавок в эластомерных композитах // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. 11(80). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10897 (дата обращения: 13.06.2021).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

Изучена влияние высокодисперсных металлических частиц в качестве модификаторов и наполнителей для эластомерных матриц, позволяющие создавать новую группу строительных материалов с оптимальным сочетанием прочности, электрической и теплопроводности и других свойств металлов с высоким уровнем химической стойкости, амортизирующая способность и функциональные свойства эластомеров.

ABSTRACT

The effect of highly dispersed metal particles as modifiers and fillers for elastomeric matrices has been studied, allowing to create a new group of building materials with an optimal combination of strength, electrical and thermal conductivity and other properties of metals with a high level of chemical resistance, shock absorption and functional properties of elastomers.

 

Ключевые слова: металлоорганические соединения, каучук, наполнитель, модификатор, эластомеры.

Keywords: metal-organic compounds, rubber, filler, modifier, elastomers.

 

Введение. Полимерные материалы, наполненные металлорганическими порошками, широко используются в различных отраслях промышленности из-за их специфических и часто уникальных свойств. Выбор металлического наполнителя определяется функциональным назначением композитного материала и экономическими или эстетическими соображениями. Причиной широкого использования металлорганических порошков в качестве наполнителей для полимеров чаще всего является потенциал, который они обеспечивают для регулирования плотности материалов, их внешнего вида и их магнитных и других физических свойств [1-4].

В полимере металлорганические порошки играют роль не только наполнителей, но и сшивающих агентов, отверждающих добавок и т.д. Чем меньше частицы металла, тем больше удельная поверхность порошка и тем больше его физическая и химическая активность. Особенно активны металлы с коллоидной степенью дисперсии. Когда макромолекулы взаимодействуют с коллоидными металлами, полученными в полимерном растворе, образуются сильно гомогенные двухфазные агрегативно стабильные полимерные материалы из металлической матрицы, которые известны как коллоидные композиционные материалы из металла и полимера. Металлорганические/полимерные коллоидные композиты могут найти жизнеспособное применение в качестве антифрикционных, полупроводниковых, антикоррозийных, ферромагнитных, каталитически активных и других материалов [5-7].

Экспериментальная часть. В качестве композитов металл/полимер использовали различные меллоорганические соединения формиаты Cu, Ni, Co, Zn, Mn, Al и Fe, в качестве эластомеров использовали каучуки хлоропренового каучука, этилен-пропиленовый каучук СКЕПТ-40 и СКН-26. Характер взаимодействия между макромолекулами и поверхностью металлических частиц определяли адгезией полимера к металлу, что зависит от ряда факторов: физических и химических свойств полимера и металла, наличия наполнителей, стабилизаторов и т.д. В полимер для достижения контакта металл/полимер, полимер и металл вступают в контактные свойства пограничных слоев обоих материалов изменяются. Металлы могут ускорять и замедлять кристаллизацию полимеров, изменять скорость термического и окислительного разрушения макромолекул и ослаблять или уплотнять их упаковку. Воздействие металла на структуру полимеров может простираться до десятков и даже сотен микрон. Расплавленные полимеры могут разрушать поверхностные слои металлов и ускорять или замедлять окисление металла. Появление металлов и их соединений в матрице полимеров вызывает переход от гетерогенных контактных процессов, инициированных металлами к гомогенным процессам.

Полученные результаты и их обсуждение. Из экспериментальных данных видно, что введение высокодисперсных каучуко-лиофилизированных порошков железо оказывают отверждающее и усиливающее действие на композиты хлоропрена и бутадиен-нитрильного каучука. Улучшение механических свойств отвержденных каучуков в присутствии высокодисперсных металлов явно связано с появлением прочных резино-металлических связей, образованных в момент открытия двойных связей.

Полученные данные показывает, что оптимальное количество ультрадисперсных частиц металла, включенных в наполненные резиновые смеси на основе хлоропрена (табл. 1) и бутадиеннитрила (табл. 2), составляет 5  мас.ч.

Приведенные данные позволяет сказать, что добавление до 5% ультрадисперсных частиц никеля и меди к этилен-пропиленовому каучуку не оказывает существенного влияния на изменение деформационных и прочностных свойств ненаполненных вулканизатов.

С введением наполнителя могут быть созданы дополнительные узлы пространственной сети, но его плотность также может упасть. Дополнительные связывающие узлы, возникающие при набухании, обычно разрушаются, что приводит к значительному увеличению кажущейся степени набухания полимера.

Когда высокодисперсное железо вводится в неполярные каучуки (натуральный каучук, полиизобутилен), наблюдается значительное падение степени их набухания, в то время как образцы, содержащие 80% металла, почти не набухают. Такая же картина наблюдается для этих полимеров с электролитическим введением в них никеля и кобальта.

Таблица 1.

Свойства вулканизатов на основе хлоропренового каучука, которые содержат высокодисперсные частицы металла

Индикатор

Управления

Mn

Al

Массовый часть.

3

5

10

3

5

10

Предел прочности при растяжении, МПа 22

23,4

22,6

23,1

22,0

21,3

21,0

20,5

Удлинение,%

560

570

600

550

670

500

550

Остаточное удлинение,%

10

8

6

4

8

8

4

Прочность на разрыв, кН / м

85

72

78

63

64

73

62

 

Таблица 2.

Свойства вулканизатов на основе бутадиен-нитрильного каучука СКН-26, которые содержат высокодисперсные частицы металла

Индикатор

Управления

Mn

Fe

Pb

Al

Массовый часть

3

5

10

3

5

10

3

5

10

3

5

10

Предел прочности при растяжении, МПа

26,4

31,6

32,5

31,6

33,7

33,4

31,8

29,1

31,7

30,0

27,6

32,3

30,8

Относительное удлинение,%

530

640

640

610

600

550

540

560

530

410

580

560

530

Остаточное удлинение,%

6

12

10

10

14

10

10

10

10

4

12

10

8

Модуль при 300% относительном удлинении, МПа

10,9

9,4

10,1

11,8

10,2

10,9

13,7

11,1

11,5

10,6

11,0

10,2

12,0

Прочность на разрыв, кН / м

55

-

68

-

-

85

-

-

55

-

-

56

-

 

Уменьшение равновесной степени набухания зависит от природы металла.

Полученные данные показывает, что когда ультрадисперсные металлорганические порошки вводят в наполненные вулканизаты на основе хлоропрена и бутадиен-нитрильного каучука, степень набухания в агрессивных средах практически не меняется.

В то же время положение равновесия с набуханием металлических/полимерных композитов достигается быстрее, чем для соответствующих чистых полимеров, что объясняется тем, что в первую очередь это была свободная упаковка поверхностных слоев полимера. Введение высокодисперсных металлических порошков в состав композиционных материалов на основе хлорсодержащих эластомеров позволяет улучшить маслоотталкивающие свойства отвержденных каучуков.

Термическое и термоокислительное разрушение. Теплостойкость каучуков может быть улучшена за счет устранения слабых двойных связей в их структуре и связывания свободных радикалов, образующихся в результате термического разложения.

Изучение влияния дисперсных металлов (Cu, Fe, Co, Ni, Zn) на термоокислительное разрушение хлоропренового каучука было обнаружено, что Cu, Mn и Co являются эффективными катализаторами термического окисления, тогда как Ni, Zn не влияют на этот процесс. Наиболее активным катализатором разрушения является медь, в присутствии которой кажущаяся энергия активации процесса падает с 114,2 до 68,2 кДж/моль. Предполагается, что медь и ее оксиды участвуют в окислительно-восстановительных реакциях термического окисления натурального каучука.

Несколько исследований, которые были проведены, показывают высокую степень чувствительности полибутадиена, натурального каучука и полиизопрена к физическим и химическим свойствам дисперсных наполнителей, которые катализируют термоокислительную деструкцию эластомеров.

Таблица 3.

Влияние количество высокодисперсных частиц переменных валентных металлов на кажущуюся энергию активации (E) процесса термической деструкции этилен-пропиленового каучука СКЕПТ-40

Тип металлических частиц

Концентрация,%

E, кДж/моль

Немодифицированный полимер

-

70,8

Cu

0,4

68,2

4,0

169,3

22,0

72,3

Ni

0,4

102,4

3,8

132,5

16,5

143,4

Pb

0,5

138,2

4,6

142,1

18,1

99,3

Bi

0,5

101,4

5,1

74,7

21,3

76,9

 

Эластомерные материалы и потенциал для разработки отвержденных каучуков для высокотемпературной работы на основе этилен-пропиленового каучука, модифицированных ультрадисперсными частицами валентных металлов. С другой стороны, эксперимент показывает, что использование высокодисперсных металлических порошков в композитах на основе хлоропрена и бутадиен-нитрильных каучуков не оказывает существенного влияния на термическое старение.

Заключение. Таким образом, использование высокодисперсных металлических частиц в качестве модификаторов и наполнителей для эластомерных матриц позволяет создавать новую группу строительных материалов с оптимальным сочетанием прочности, электрической и теплопроводности и других свойств металлов с высоким уровнем химической стойкости, амортизирующая способность и функциональные свойства эластомеров.

 

Список литературы:

  1. Бузник В.М., Фомин В.М., Алхимов А.П. и др., Металлополимерные нанокомпозиты (полупродукция, соединение, применение) [Металло-полимерные нанокомпозиты (производство, свойства, использование)]. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005. 260 с.
  2. Губин С.П., Кокшаров Ю.А., Хомутов Г.Б., Юрков Г.Ю., УСП. khimii, 2005, 74, 6, 539.
  3. Кац, Д.В. Милевский: Перевод. от англ. Москва: Химия, 1981.736 с.
  4. Металлополимерные материалы и изделия [Металло-полимерные композиционные материалы и изделия]. Издание Вице-адмирал Белый. Москва: Химия, 1979. 312 с.
  5. Напольные материалы полимерных композиционных материалов: Справ. Пособие [Наполнители для полимерных композиционных материалов: руководство]. Издание Общий штаб
  6. Помогайло А.Д., Розенберг А.С., Уфлианд И.Э., Наночастицы металлов в полимерах [Металлорганические наночастицы в полимерах]. Москва: Химия, 2000. 672 с.
  7. Кособудский И.Д., Ушаков Н.М., Юрков Г.Ю. «Введение в химию и физику наноразмерных предметов». Саратов: СГТУ, 2007. 182 с.
  8. Помогайло А.Д., Кестельман В.Н., Метанополимерные нанокомпозиты, 2005. 563 стр.
Информация об авторах

т.н. PhD Наманганский инженерно-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Наманган

PhD Namangan Institute of Engineering and Technology, Uzbekistan, Namangan

ассистент, Наманганский инженерно-технологический институт, Узбекистан, Наманганская область, г. Наманган

assistant, Namangan Engineering and Technology Institute, Uzbekistan, Namangan region, Namangan

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top