Изучение влияния вулканизующей группы на свойства резиновых смесей и резин на основе ГБНКС 3467

Включают электродвигатель и подвергают образцы истиранию в течение 5 мин. В ходе испытания через каждую минуту записывают массу уравновешивающего груза. По окончании истирания образцы снова очищают и взвешивают. Потери массы резины при истирании должны составлять не менее 0,05 г, в противном случае продолжительность испытания увеличивают.

Истирающую способность каждого круга шкурки с помощью эталонной резины проверяют до и после испытания шести пар образцов. При уменьшении истирающей способности круга шлифовальной шкурки на 20% и более его заменяют новым.

Результаты испытания резины на истирание выражаются показателями истираемости б, износостойкостью - сопротивлением истиранию в, удельной истираемостью Iуд, коэффициентом трения м.

Истираемость б характеризуется убылью объема двух образцов резины ?V, приходящейся на единицу трения А:

б=?V/Аk,

Убыль объема (в м³) двух образцов резины рассчитывают по формуле:

?V=(m1-m2)/с (в м³),

где m1 - начальная масса образцов после притирания, кг; m2 - масса образцов после истирания, кг; с - плотность резины, кг/м³.

Так как вращающий момент, создаваемый силами трения, уравновешивается грузом, подвешенным к длинному плечу рычага, то работа трения на приборе МИ-2 равна:

А=2рn(Р1R+Р2R)/3,67*10¹⁰=2рnR(P1+P2)/ 3,67*10¹⁰,

Где Р1 - среднее значение уравновешивающего груза, подвешенного к длинному плечу рычага, Н; P2 - «постоянная» машины (разность массы плеч рычага, определяемая без образцов и прижимного груза), Н; R - расстояние от точки подвеса уравновешивающего груза P1 до центра грузового стержня, т.е до центра вращения рычага, м; n - число оборотов диска за время испытания. «Постоянная» машины P2, определяется по специальной схеме и проверяется не реже 1 раза в год. Износостойкость (сопротивление истиранию) в определяется работой, затраченной на истирание единицы резины:

в=Аk/?V.

В данном случае в=1/б.

За показатель износостойкости резины принимается среднее арифметическое значение результатов испытания не иене трех пар образцов, которые отличаются от среднего не более, чем на 10%.

Данные испытаний, проведенных на шкурках с различной истирающей способностью, приводят к результатам, полученным с использованием эталонной шкурки с помощью коэффициента k:

k=бд/бэ.

Коэффициент трения м определяют по формуле:

М=F/P,

Где Р - прижимающее усилие, Н; F - сила трения, действующая на оба образца, Н.

На основании равенства моментов сил

F=62(P1+P2)

Используется ГОСТ 23509-79.

3. Экспериментальная часть

В данной работе проводилось исследование технологических и физико-химических свойств трех резиновых смесей: 6Н-1, с содержанием серы 0,25 части на 100 частей каучука; 6Н-2, с содержанием серы 0,5 части; 6Н-3, с содержанием серы 1 часть.

Важнейшими характеристиками технологических свойств каучуков и резиновых смесей являются пластоэластические, адгезионные и реологические свойства, а для резиновых смесей еще и их вулканизуемость.

В процессе переработки резиновые смеси подвергаются воздействию сдвиговых напряжений, что приводит к их пластической и эластической деформациям. Пластическая деформация необратима и характеризует способность резиновой смеси сохранять полученную форму после снятия нагрузки. Эластическая деформация обратима и обеспечивает способность резиновой смеси к восстановлению исходной формы. Соотношение между этими видами деформации определяет пластоэластические, реологические свойства смесей, в том числе вязкость, усадку и т.д.

3.1 Результаты определения технологических свойств резиновых смесей

Таблица 3.1 Результаты определения усадки

Таблица 3.2 Результаты определения пластичности.

Содержание вулканизующей группы практически не влияет на усадку и пластичность образцов.

3.2 Влияние времени вулканизации на физико-механические свойства

где: 1-условное напряжение (300%), МПа; 2-условная прочность, МПа; 3-относительное удлинение *10^2%; 4-остаточное удлинение *10%; 5-сопротивление раздиру кН/м.

где: 1-условное напряжение (300%), МПа; 2-условная прочность, МПа; 3-относительное удлинение *10^2%; 4-остаточное удлинение *10%; 5-сопротивление раздиру *10 кН/м.

где: 1-условное напряжение (300%), МПа; 2-условная прочность, МПа; 3-относительное удлинение *10^2%; 4-остаточное удлинение *10%; 5-сопротивление раздиру *10 кН/м.

Определение оптимума вулканизации на примере смеси 6Н-1.

Условная прочность при растяжении достигает максимальных значений при 40 и 60 минутах. Разница в значениях сопротивления раздиру и относительном удлинении для этих интервалов невелика, но условное напряжение при удлинении 300% выше при времени вулканизации 40 минут. Поэтому за оптимум вулканизации принимаем 40 минут.

По изменению кривых зависимости физико-механических свойств от времени вулканизации можно судить об оптимальном времени вулканизации. Оптимумами вулканизации будут: для 6Н-1 40 минут, для 6Н-2 20 минут, для 6Н-3 40 минут.

Сера по-видимому прежде всего реагирует с сульфенамидом с образованием полисульфидных комплексов, которые затем реагируют с каучуком, образуя полисульфидные подвески ускорителя в цепях каучука. Свободный сульфенамид ингибирует реакции полисульфидных комплексов ускорителя и подвесок, поэтому рефкции сшивания наблюдаются после израсходования свободного сульфенамида и превращения большей части полисульфидных комплексов в подвески.

Сульфенамидные ускорители способны вызвать вулканизацию каучуков при нагревании без серы. При этом фрагменты ускорителя присоединяются к каучуку, превращаются в меркаптобензтиазол и соответствующий амин.

3.3 Результаты определения физико-механических показателей в оптимуме вулканизации

Одним из важнейших способов создания активных вулканизующих систем высокотемпературной вулканизации является использование «полуэффективных» и «эффективных» вулканизующих систем.

В «полуэффективных» вулканизующих системах используется повышенное содержание ускорителя по отношению к сере. Содержание последней либо снижается до 1 масс.ч., либо часть серы заменяется веществами - донорами серы.

В «эффективных» вулканизующих системах содержание серы уменьшается до 0,5 масс.ч. или она совсем исключается при соответствующем увеличении содержания ускорителя вулканизации или доноров серы. При разработке эффективных и полуэффективных вулканизующих систем необходимо, чтобы они обладали высокой стойкостью к подвулканизации и обеспечивали высокую скорость структурирования. В качестве доноров серы в таких системах могут применяться тиурамди- и тиурамтетрасульфиды, а также некоторые специально разработанные ускорители вулканизации, например, N, N' Диморфолилдисульфид (дитиодиморфолин).

Применение «эффективных» и «полуэффективных» вулканизующих систем позволяет получать при высоких температурах вулканизаты с уменьшенным числом полисульфидных связей.[1]

Таблица 3.3 Результаты определения условной прочности.

Экспериментальные данные для резин в оптимуме показывают, что с увеличением содержания серы, значительно увеличивается условная прочность.

Таблица 3.4 Результаты определения условного напряжения

Таблица 3.5 Результаты определения относительного удлинения.

При увеличении содержания серы, относительное удлинение уменьшается.

Таблица 3.6 Результаты определения остаточного удлинения.

При увеличении содержания серы, остаточное удлинение также значительно уменьшается.

Таблица 3.7 Результаты определения сопротивления раздиру.

Таблица 3.8 Результаты определения эластичности

Таблица 3.9 Результаты определения истираемости

Изменение физико-механических свойств связанно с тем, что в результате изменения соотношения ускорителя и серы меняется степень сульфидности поперечных связей, а также их однородность. Как показано в исследованиях Б. Догадкина [4], вулканизация каучука с помощью серы приводит к образованию главным образом полисульфидных связей типа C - Sx - C, характеризующихся малой энергией (27,5 ккал/моль).

Когда в соотношении присутствует больше серы, то преобладают полисульфидные связи, они склонны к распаду и перегруппировке под действием тепла и химических агентов, способствуют накоплению остаточной деформации и уменьшают стойкость к перевулканизации. При увеличении длины поперечной связи до определённой величины облегчается перегуппировка молекулярных цепей под действием механических напряжений, это объясняет повышенные прочностные свойства, эластичность и сопротивление образованию трещин при многократных деформациях.

Максимальная прочность резин достигается при некотором соотношении между количеством слабых связей (полисульфидных, солевых, водородных) и более прочных моносульфидных и углерод-углеродных связей.

В данной работе улучшение физико-механических показателей для образцов резин в ряду 6Н-1, 6Н-2, 6Н-3, связано не с достижением оптимального соотношения вулканизующей группы и ускорителя, а с увеличением количества вулканизующей группы, и, как следствие, увеличением числа поперечных связей.

Кинетика набухания.

Значения ц.

Зависимости степени набухания от времени.

Кинетика набухания определяется сродством жидкости к полимеру и скоростью диффузионных процессов. В пористых полимерах набухание ускоряется в результате капиллярного проникновения в них жидкости.

В полимерах, сохраняющих внутренние напряжения, наблюдается временное превышение степени набухания над ее равновесным значением.

Набухание в жидкостях, неограниченно совместимых с полимером, приводит к его полному растворению и переходу в вязкотекучее состояние.

Предел набухания обусловлен при этом изменением энтропии из-за нарушения равновесной конформации отрезков цепи между узлами сетки при изменении объема полимера во время набухания.

Установлено, что прочность и эластичность вулканизатов возрастают с увеличением доли активной части сетки, т.е. с увеличением молекулярной массы и сужением молекулярно - массового распределения сшиваемого каучука, уменьшением его разветвлённости, снижением содержания

золь - фракции и других дефектов сетки. Это справедливо для описания свойств вулканизатов в зависимости от густоты сетки [4].

При растяжении с конечной скоростью прочность при растяжении с увеличением густоты сетки изменяется по кривой с максимумом.

При малой густоте сетки увеличение числа поперечных связей сопровождается повышением прочности вследствие подавления пластического течения и облегчения ориентации цепей при растяжении.

Но при большой густоте сетки ориентация и кристаллизация цепных молекул затрудняется и с уменьшением размера активных цепей в этой области снижается прочность вулканизата.

Из графиков видно, что в ряду 6Н-1, 6Н-2, 6Н-3 густота сетки увеличивается, что согласуется с результатами, полученными для физико - механических свойств вулканизатов.

Выводы

Правильный подбор количества вулканизующей группы с учетом условий эксплуатации резиновых изделий позволяет наилучшим образом использовать свойства каучуков, на основе которых они изготовлены. Можно получать резины с различным характером и соотношением поперечных связей. Из этого следует, что вулканизующая группа во многом определяет качество и себестоимость резиновых изделий, а также производительность труда при их производстве.

Количество вулканизующей группы оказывает сильное влияние на физико-механические свойства.

Список литературы

1. А.Е.Корнев А.М.Буканов О.Н.Шевердяев «Технология эластомерных материалов» М: Издательство «Эксим», 2000 г.

2. Г.А.Блох «Органические ускорители вулканизации каучуков.» М: Издательство «Химия» 1964 г.

3. Захаров Н.Д. и др. «Лабораторный практикум по технологии резины.» М., Химия, 1988г. 256 с.

4. Догадкин Б.А., Донцов А.А.,Ю Шершнев В.А. «Химия эластомеров» 2-е издание, перераб. и доп. М, Химия, 1981 г., 376 с.

5. Справочник Ф.А. Махлис, В.Л. Федюкин. Терминологический справочник по резине, Москва «Химия» 1989 год.

6. Григорьев Г.П. и др. «Полимерные материалы», Москва «Высшая школа» 1966г.

7. Каргин В.А. «Энциклопедия полимеров», Москва «Советская энциклопедия»1972г.

8. В.Д.Юловская 0. В.А.Шершнев. «Сетчатые эластомеры.» Учебно- методическое пособие. М.:МИТХТ им.М.В.Ломоносова, 2009.

Размещено на Allbest.ru