Влияние модифицированного ангренского каолина на кинетику вулканизации эластомерных композиций

Influence of modified angren kaolin on vulcanization kinetics of elastomer compositions
Цитировать:
Влияние модифицированного ангренского каолина на кинетику вулканизации эластомерных композиций // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Вапаев М.Д. [и др.]. 2019. № 1 (58). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/6888 (дата обращения: 22.06.2021).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В данной статье приведены результаты исследований о возможности использования модифицированного каолина в качестве наполнителя и активатора резиновых смесей на основе бутадиен-нитрильных каучуков. Показано его влияние на кинетику процесса вулканизации резиновых смесей, на технологические и технические показатели эластомерных композиций. Установлено, что в составе резиновых смесей оптимально содержание модификатора и ангренского каолина.

ABSTRACT

In the article research results on the possibility of using modified kaolin as a filler and an activator of rubber mixtures based on nitrile butadiene rubbers are presented. Its effect on kinetics of the process of rubber compounds vulcanization on the technological and technical indicators of elastomeric compositions is shown. It is established that the optimal content of the modifier and angren kaolin in the composition of rubber mixtures.

 

Ключевые слова: каучук, резиновая смесь, ангренский каолин, модификация, активатор, вулканизующий агент, эластомер, композиция.

Keywords: rubber; rubber mixture; angren kaolin; modification; activator; vulcanize agent; elastomer; composition.

 

Структурные изменения, происходящие при переработке резиновых смесей и эксплуатации резинотехнических изделий, позволяют выбрать наиболее рациональные пути улучшения их качества с помощью модификации наполнителей. Модификация наполнителей является наиболее перспективным направлением при создании многофункционального наполнителя, наполненных композиционных эластомерных материалов и изделий на их основе со специфическими свойствами [1; 3].

В связи с этим целью данного исследования является модификация ангренского каолина с насыщенным абсорбентом первичной переработки нефти и газа и его влияние на кинетику вулканизации каучуков, технологические и физико-механические показатели резин.

Для проведения данного исследования был использован СКМС-30АРКМ-15. Резиновые смеси на основе стандартного рецепта готовили на лабораторных вальцах при температуре 50-55оС, вулканизовывали на прессе. В качестве вулканизующего агента, активатора и наполнителя использовали модифицированный обогащенный каолин Ангренского месторождения. Технологические свойства резиновых смесей изучали по соответствующим ГОСТам, кинетику вулканизации стандартных резиновых смесей изучали на приборе реометр Mоnsanto 100-4L

На основе проведенных [2] исследований и экспериментальных результатов установлено, что ангренский каолин непосредственно без предварительной обработки и соответствующих физико-химических модификаций не может быть использован в производстве композиционных эластомерных материалов. Ангренский каолин содержит до 2-3% оксида железа, который отрицательно влияет на комплекс свойств эластомерных композиций и изделий из них (табл. 1). Основным требованием, предъявляемым к минеральным наполнителям в производстве композиционных эластомерных материалов, является содержание оксида железа не более 0,3%. 

Таблица 1.

Химический состав ангренского каолина

Наименование показателей

Содержание, %

SiO2

Al2O3

TiO2

CaO

MgO

FeO

Fe2O3

SO3

Cl -

SO4-2

Водорастворимых солей

Влаги

51,20

43,40

0,60

0,21

0,30

1,2

1,02

0,21

0,01

0,05

0,10

2,7

 

В результате проведенных экспериментальных исследований была установлена возможность модификации обогащенного ангренского каолина с насыщенным абсорбентом первичной переработки нефти и газа, который представляет собой суспензию желтого цвета и имеет температуру кипения 541К.

Модификация ангренского каолина осуществлялась следующим образом. Обогащенный каолин модифицировали жидкими модификаторами и высушивали при температуре 373±5оС до постоянной массы. Проведенные исследования позволяют предположить, что вулканизация эластомеров со сложноэфирными группами, осуществляемая путем омыления гидроксидом кальция, в вулканизационной структуре резин обнаружена наряду с ионными и поперечными сложноэфирными связями. Их образование связано с тем, что активатор солевой вулканизации одновременно участвует в побочной реакции переэтерификации с функциональными группами эластомера. Установлено, что триэтаноламин является вулканизующим агентом эластомеров, которые структурируются со сложноэфирными группами эластомера при температуре не ниже 180оС только в присутствии активатора гидроксида трехвалентного железа.

Для изучения влияний модифицированного ангренского каолина на комплекс свойств композиционных эластомерных материалов выбрали стандартные рецептуры, разработанные на основе синтетического бутадиен-стирольного каучука. В стандартных рецептурах удаляются активатор, вулканизующий агент и технический углерод.

Кинетические кривые образования поперечных связей свидетельствуют (рис. 1) том, что вулканизация резиновых смесей модифицированным ангренским каолином происходит достаточно интенсивно.

 

Рисунок 1. Зависимость кинетики вулканизации резиновых смесей на основе каучука СКН-26, содержащих 40 масс.ч. модифицированного ангренского каолина (содержание модификатора 5%-1; 10%-2; 15%-3)

 

Показано, что ангренский каолин способствует максимальному поглощению молекулы модификатора, оказывая тем самым активацию с помощью оксидов железа на образование более совершенных упорядоченных вулканизационных структур. Данный эффект указывает на то, что модифицированный каолин не только активирует, но и ускоряет процессы структурирования. Важным преимуществом модифицированного ангренского каолина является то, что он одновременно играет роль полуусиливающего наполнителя, вулканизующего агента и активатора, который влияет на природу числа поперечных связей и свойства эластомерных композиций (табл. 2).

Таблица 2.

Влияние модифицированного каолина на структуру вулканизационной сетки резин на основе каучука СКН-26

Содержание наполнителя и модификатора

Тип связи, %

-C-Sx-C-

-C-S-S-C-

-C-S-C-

-C-C-

 40 масс.ч. ангренского каолина, модифицированных 5% модификатором

30

26

25

19

40 масс.ч. ангренского каолина, модифицированных 10% модификатором

20

25

27

36

40 масс.ч. ангренского каолина, модифицированных 15% модификатором

22

26

28

24

20 масс.ч. ангренского каолина, модифицированных 10% модификатором

18

23

25

34

 

В результате вулканизации эластомера, наполненного модифицированным каолином, установлено, что он характеризуется рядом существенных преимуществ по сравнению с исходным вулканизующим агентом (S+ZnO), повышается стойкость резиновых смесей к подвулканизации, резины обладают улучшенными техническими и физико-механическими характеристиками, остаточной деформацией сжатия, водостойкостью и особенно морозостойкостью (табл. 3). 

Таблица 3.

Технологические и физико-механические свойства резин на основе каучука СКН-26, наполненных модифицированным ангренским каолином

Наименование показателей

Свойства композиции

Исходная композиция

Композиция, наполненная модифицированным ангренским каолином

1.

Время начала подвулканизации при 120оС, мин.

28

45

2.

Напряжение при удлинении 300%,МПа

21,5

13,9

3.

Условная прочность при растяжении, МПа

24,6

29,2

4.

Относительное удлинение при разрыве,%

386

500

5.

Относительная остаточная деформация,%

13

13

6.

Температура хрупкости, оС

-40

-58

7.

Коэффициент морозостойкости (Кв) при -25оС

0,10

0,44

8.

Остаточная деформация сжатия (24 ч. х 100оС),%

71

35

9.

Степень равновесного набухания, % в:

 воде (70оС х 24 ч.)

 воде (100оС х 24 ч.)

 смеси изооктан:толуол=70:30

(20оС х 24 ч.)

6,2

26,0

34,4

1,5

15,0

33,0

 

В состав вулканизующей системы могут быть введены дополнительные сшивающие агенты, в частности пероксиды, обеспечивающие дальнейшее улучшение свойств резин, остаточную деформацию сжатия и водостойкость.

Рассмотренные вулканизующие системы могут быть эффективно использованы для изготовления маслобензостойких изделий различного профиля методом котловой вулканизации. При этом вследствие существенного повышения скорости реакции вулканизации резиновых смесей на основе синтетического бутадиен-нитрильного каучука, содержащих модифицированный ангренский каолин, можно проводить при более низкой температуре (150оС).

 

Список литературы:
1. Ибадуллаев А., Негматов С.С., Тешабаева Э.У. Влияние дисперсных наполнителей на вязкоупругие свойства невулканизованных эластомеров // Композиционные материалы. – Ташкент, 2003. – № 2. – С. 5-7.
2. Исследование физико-механических свойств минеральных наполнителей и методы их модификации / А. Ибадуллаев, Э.У. Тешабаева, С.С. Негматов, Г.С. Таджибаева // Композиционные материалы. – Ташкент, 2006. – № 1. – С. 27-29.
3. Тешабаева Э.У., Вапаев М., Ибодуллаев А. Модификация минеральных наполнителей и их влияние на свойства резин // Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. – Вена, 2016. – № 3-4. – С. 125-128.

 

Информация об авторах

д-р физ.-техн. наук (PhD), Ургенчский государственный университет РУз, Республика Узбекистан, г. Ургенч

 

Doctor of Philosophy in Technical Sciences (PhD) Urgench State University of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Urgench

магистр Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Master of Tashkent Chemical-Technological Institute of the Republic of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent

д-р техн. наук, проф., Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент

 

Doctor of Technical Sciences, Professor, Tashkent Institute of Railway Engineers of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent

д-р техн. наук, проф., Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент

 

Doctor of Technical Sciences, Professor, Tashkent Institute of Railway Engineers of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent

 

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