Науково-технічні основи розробки еластомерних композиційних матеріалів для ресурсозберігаючих технологій

45

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

“УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ”

05.17.06. - Технологія полімерних та композиційних матеріалів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

Науково-технічні основи розробки еластомерних композиційних матеріалів для ресурсозберігаючих технологій

Ващенко Юрій Миколайович

Дніпропетровськ - 2011

Дисертація є рукопис

Робота виконана в Державному вищому навчальному закладі “Український державний хіміко-технологічний університет”, м. Дніпропетровськ, Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Офіційні опоненти

доктор технічних наук, старший науковий співробітник

Дзюра Євген Антонович ,

ТОВ НІК «ЕЛКО» (м. Дніпропетровськ), технічний директор

доктор технічних наук, старший науковий співробітник

Кочергін Юрій Сергійович

Донецький національний університет економіки і торгівлі імені Михайла Туган-Барановського, професор кафедри товарознавства і експертизи непродовольчих товарів

доктор хімічних наук, професор

Кудюков Юрій Петрович,

Технологічний інститут Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля (м. Сєвєродонецьк), завідувач кафедрою технології полімерів

Захист дисертації відбудеться «17» червня 2011р. о_1300_годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.078.03 ДВНЗ “Український державний хіміко-технологічний університет” за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, проспект Гагаріна, 8.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці ДВНЗ “Український державний хіміко-технологічний університет”, м. Дніпропетровськ, проспект Гагаріна, 8.

Автореферат розіслано “_14_”_травня _2011р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

к.т.н., доцент Шевцова К.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми.

Розвиток сучасних галузей промисловості вимагає покращення основних експлуатаційних характеристик комплектуючих гумових виробів і, в першу чергу, їх довговічності. Але на сьогодні пріоритетними напрямами в розвитку економіки України є раціональні та економні витрати матеріальних і енергетичних ресурсів, а також захист навколишнього середовища від забруднення. Для цього потрібно не тільки зменшувати кількість виробничих відходів, але й розробляти та досліджувати процеси повторного використання відходів виробництва та споживання. Тому особливо актуальними є роботи в галузі вдосконалення ресурсозберігаючих технологій виготовлення гумових виробів. Це в першу чергу стосується можливостей повторного використання зношених шин за рахунок їх відновлювального ремонту, а також застосування продуктів подрібнення амортизованих гумових виробів, які не підлягають відновленню, у складі еластомерних композиційних матеріалів.

Роботи в галузі розробки еластомерних матеріалів з використанням вторинної сировини виконуються інтенсивно. Але, не зважаючи на значну кількість робіт, їх результати є розрізненими та не узагальненими, не розроблено критерії технологічного процесу синтезу гум, які б забезпечували одержання якісних матеріалів зниженої вартості. Застосування подрібненого вулканізату обмежується розмірами його частинок та вмістом в еластомерних композиціях, а ресурс відновлених шин не завжди відповідає вимогам. Основною проблемою при цьому є недостатня взаємодія на межі розділу фаз в системі вулканізат-еластомерна матриця. Тому розробка методів створення еластомерних матеріалів, які сприяють підвищенню взаємодії в міжфазних прошарках є своєчасною та актуальною. Встановлення закономірностей регулювання властивостей еластомерних композицій з точки зору перерозподілу компонентів та визначення способів створення ефективної системи транспортування добавок в зону контакту вулканізату з еластомерною фазою є також актуальною задачею.

Таким чином, розробка науково-обґрунтованих методів створення еластомерних композитів для ресурсозберігаючих технологій (застосування продуктів переробки зношених гумових виробів, повторне використання гумових виробів, збільшення ресурсу виробів), є важливою науково-технічною проблемою та має велике практичне значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась відповідно до держбюджетних тем Держкомітету України “Структурно-хімічна модифікація еластомерів з метою підвищення працездатності шин та гумотехнічних виробів” (1992-1996рр., № 7.03.04/143-92, відповідальний виконавець) та “Розробка синергічних систем модифікаторів для покращення експлуатаційних властивостей композиційних полімерних матеріалів” (1993-1997р.р., № 7.03.02/096-93, відповідальний виконавець), Міністерства освіти та науки України “Розробка наукових основ синтезу та переробки полімерів і композиційних матеріалів на їх основі з використанням вітчизняної сировини” (1999-2002рр., шифр35000490 № держреєстрації 0100U01381, керівник підтеми), “Синтез нових елементоорганічних мономерів та полімерів, дослідження фізико-хімічних основ модифікації ними еластомерних та полімерних матеріалів” (2003-2005р.р., шифр 35030590, № держреєстрації 0103U001188, керівник підтеми), “Розробка методів синтезу нових полімерних матеріалів та нанокомпозитів” (2006-2008р.р., шифр 35060690, № держреєстрації 0106U00251, керівник підтеми), «Розробка методів синтезу та оптимізації властивостей нових полімерних матеріалів, нано- та мікрокомпозитів» (2009-2011р.р., шифр 35090790, № держреєстрації 0109U001260, керівник підтеми), українсько-литовський проект “Аналіз ресурсу та прогнозування прохідності шин ” (2004р., шифр М/180-2004, № держреєстрації 0104U010147, відповідальний виконавець).

Здійснені дослідження складають також один з напрямів наукової тематики кафедри хімії та технології переробки еластомерів ДВНЗ УДХТУ.

Мета та завдання дослідження. Метою роботи є розробка науково-обґрунтованих принципів створення технології виготовлення та рецептур еластомерних матеріалів для застосування їх в ресурсозберігаючих технологіях синтезу гумових виробів.

Основні завдання дослідження:

- здійснити пошук речовин, здатних підвищити міжфазну взаємодію та за рахунок цього покращити якість відновлювального ремонту шин, збільшити вміст і розміри подрібненого вулканізату в еластомерних композиційних матеріалах;

- дослідити особливості взаємодії в системах модифікаторів і модифікаторів з еластомерною матрицею, визначити міжфазну активність компонентів та їх вплив на процеси в міжфазних прошарках;

- визначити характер впливу модифікуючих систем на термодинамічні та адгезійні властивості еластомер - еластомерних систем;

- оцінити властивості систем типу «еластомерна матриця - вулканізат» при застосуванні як об'ємної, так і поверхневої модифікації;

- розробити рецептури еластомерних композиційних матеріалів для застосування їх в ресурсозберігаючих технологіях.

Об'єктом дослідження були фізико-хімічні явища на міжфазних межах в еластомерних гетерогенних системах.

Предметом дослідження є еластомерні композиційні матеріали, які вміщують модифікатори класу аліфатичних, ароматичних амінів, кремнієорганічних сполук та системи на їх основі, подрібнений вулканізат.

Методи дослідження: Основні результати дослідження отримано з використанням методів фізико-механічних випробувань відповідно до державних та міждержавних стандартів та широкого спектра сучасних методів дослідження матеріалів - ІЧ- та УФ-спектроскопія, звернена газова хроматографія, термомеханічний і термогравіметричний аналіз, калориметрія, діелектрична релаксаційна спектроскопія, світлорозсіювання.

Наукова новизна.

Науковою новизною отриманих результатів є створення наукових основ розробки еластомерних матеріалів для ресурсозберігаючих технологій шляхом системного вивчення міжфазних процесів у присутності активних добавок. При цьому вперше:

проаналізовано і узагальнено закономірності впливу на структуроутворення та властивості еластомерних композиційних матеріалів модифікуючих систем на основі аліфатичних амінів і кремнійорганічних сполук. На підставі цього визначено основні підходи до регулювання об'ємних і поверхневих характеристик композитів. Встановлено, що модифікатори суттєво впливають на процеси структуроутворення еластомерної матриці, підвищують ступінь її мікрогетерогенності та збільшують рухливість елементів системи;

визначено параметри міжфазної активності модифікаторів і показана залежність властивостей еластомерних композитів від насиченості їх поверхні модифікаторами;

показано, що перспективним є створення молекулярних комплексів різних за дифузійною активністю речовин за рахунок фізичної (переважно, резонансної) взаємодії, які сприяють перерозподілу цільових добавок в системі та їх виходу на міжфазну межу.

встановлено основні закономірності формування еластомер-еластомерних систем з урахуванням зміни термодинамічних характеристик під впливом модифікаторів. Показано, що при застосуванні модифікуючих систем підвищується термодинамічна сумісність в бінарних сумішах еластомерів, у тому числі і різнополярних;

використовуючи концепцію насичення поверхневих шарів адгезійно-активними компонентами розроблено науково-обґрунтовані засади ефективного регулювання адгезійної здатності в системах еластомерна матриця-вулканізат, які застосовано при ресурсозберігаючому процесі - відновлювальному ремонті автошин, що дозволило підвищити їх ресурс;

встановлено основні закономірності ресурсозберігаючої технології застосування подрібнених вулканізатів в еластомерних матеріалах за рахунок регулювання процесів насичення їх поверхні модифікуюче-регенеруючими композиціями, що дозволяє суттєво підвищити рівень міжфазної взаємодії в еластомерних композитах і забезпечує збереження комплексу основних властивостей на достатньому рівні при збільшенні частинок подрібненого вулканізату та його дозування.

Практичне значення одержаних результатів.

Результати досліджень дозволили розробити рецептури композиційних еластомерних матеріалів для ресурсозберігаючої технології - відновлювального ремонту автопокришок, що значно підвищують адгезійну міцність в системі гумова суміш - вулканізат, та, як наслідок, збільшують ресурс відновлених покришок.

Для ефективного використання відходів виробництва та споживання гумових виробів, зокрема подрібнених вулканізатів, запропоновано застосування модифікуюче-регенеруючих композицій. Розроблено технології їх застосування з використанням гумоперероблюючого обладнання. Вдосконалено рецептури еластомерних композицій, які вміщують підвищену кількість модифікованого подрібненого вулканізату, для виготовлення деталей покришок і гумотехнічних виробів. На підставі здійснених досліджень розроблено технічні умови на модифікуючі композиції та технічні умови на подрібнений вулканізат, який оброблено в апараті ШМДГ (модифікат МШТ)

Ресурсозберігаюча технологія обробки поверхні подрібненого вулканізату та рецептури гумових сумішей з його застосуванням, а також композиції для відновлювального ремонту автошин впроваджені на підприємствах України: Запорізький (акт впровадження від 10.10.2004р), Миколаївський (акт прийняття технологічного процесу від 10.05.1992 р.) та Гніванський (акт впровадження від 21.05.2008р. ) шиноремонтні заводи, ЗАТ “Каучук” (акт впровадження від 20.06.2002 р.), ВАТ «Сумський завод ГТВ» (акт впровадження від 22.11.2006 р.), ЗАТ «Еластомер» (акт впровадження від 21.12.2010 р.), ТОВ «Валтекс-гума» (акт впровадження від 20.11. 2010 р.), що дало значний еколого-економічний ефект.

Особистий внесок пошукувача. Дисертація є узагальненням результатів досліджень, виконаних автором, під його керівництвом чи за його визначальною участю. Особистий внесок автора полягає в постановці задачі, відпрацюванні методичних аспектів дослідження, виконанні основної частини експериментальних досліджень, опрацюванні та інтерпретації експериментальних даних, теоретичному узагальненні отриманих результатів та формулюванні висновків.

Співавтори к.х.н. Шелковникова Л.А., к.х.н. Косенко Л.А., д.х.н. НестеровА.Е., к.х.н. Ігнатова Т.Д. виконали експеримент з дослідження термомеханічних властивостей композицій та оцінки термодинамічної сумісності методом зверненої газової хроматографії в ІХВС НАН України; к.х.н. Щербаков О.Б. виконав експеримент з дослідження модифікаторів та еластомерних систем методом УФ-спектроскопії; Пінчук І.А. визначила термодинамічну сумісність в еластомерних системах; Осецький Ю.Г. виконав експеримент з діелектричної релаксаційної спектрометрії (ДРС); д.х.н. Колесник Ю.Р. виконав синтез кремнієорганічних сполук; Завьялов Ю.П., к.т.н. Дедусенко В.М., Бахметова Т.В. виконали експеримент з еластомерними композиціями при відновлюванні ВГШ в умовах НДІ ВГШ; Юрченко Л.В., Гіржев Л.В. приймали участь у впроваджені розробки на Миколаївському ШРЗ; Пархоменко Є.А., Дем'яненко Л.М. приймали участь у випробуванні на ВО “Азовкабель” (м. Бердянськ); Солдатова Т.О. приймала участь у впровадженні на ЗАТ “Каучук” (м. Маріуполь), Чепурний В.В., Савельєв В.В. приймали участь у впроваджені розробки в умовах ВАТ “Сумський завод ГТВ”. Усі співавтори Бурмістр М.В. (д.х.н.), Євдокименко Н.М. (д.т.н.), Кутяніна В.С. (д.т.н.), Соколова Г.А.(к.т.н.), Енгельс (Саннікова) С.Ф. (к.т.н.), Солодкий В.М.(к.т.н.), Малий І.В. (к.т.н.), Колесник Ю.Р.(д.х.н.), Котов Ю.Л. (к.т.н.), Протопопов О.О. (к.ф-м.н.), Фісун М.У., Полоз О.Ю. (к.т.н.), Педан В.П., Ємельянов Ю.П., Вахненко В.В.(к.т.н.), Пінчук І.А., Панчук (Грабарь) І.Ф., Захаров Ю.І., Струніна Т.Ю., Щербаков О.Б. (к.х.н.), Осецький Ю.Г., Шелковнікова Л.А.(к.х.н.), Косенко Л.А., Сірченко І.А., Данилейко Т.В. (к.т.н.), Нужна О.А., Душко (Ващенко) Т.В., Овчаров В.І. (к.т.н.), Хомюк В.І., Александров О.Г. (к.т.н.), Солдатова Т.А., Мануїлова С.А., Паталаха В.А., Нестеров А.Є. (д.х.н.), Ігнатова Т.Д.(к.х.н.), Ніколенко М.В (д.х.н.), Голуб Л.С. (к.т.н.), Грицак О.О. брали участь в обговоренні результатів.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи доповідалися на конференціях різного рівня: Всесоюзній науково-технічній конференції "Повышение качества и надежности резино-тканевых и резино-металлических композиционных материалов и изделий на их основе" (Дніпропетровськ, 1988); обласній науково-технічній конференції студентів та молодих вчених "Химия, хим. технология, хим. машиностроение" (Дніпропетровськ,1991); Всесоюзній науково-технічній конференції "Качество и ресурсосберегающая технология в резиновой промышленности" (Ярославль, 1991); науково-практичному семінарі “Полимерные композиционные материалы в изделиях машиностроения и товарах народного потребления” ( Москва, 1991);. I, ІІІ, ІУ, У Російських науково-практичних конференціях гумовиків "Сырье и материалы для резиновой промышленности: настоящее и будущее" (Москва, 1993, 1996, 1997, 1998); УІ, УІІ Російських науково-практичних конференціях гумовиків "Сырье и материалы для резиновой промышленности. От материалов - к изделию" (Москва, 1999, 2000); 8 та 9 Російських науково-практичних конференціях гумовиків “Резиновая промышленность: Сырье, материалы, технология” (Москва, 2001, 2002); першій та другій Українській науково-технічній конференції "Пути повышения работоспособности и эффективности производства шин и резиновых изделий" ( Дніпропетровськ,1995,1998); Міжнародній науково-технічній конференції “Интеграция высшей школы, науки и производства" (Дніпропетровськ,1996); 2 міжнародного симпозіуму "Проблемы шин и резинокордных композитов. Дорога, шина, автомобиль." (Москва, 1997); 3-й Українській міжнародній науково-технічній конференції “Эластомеры: материалы, технология, оборудование”, (Дніпропетровськ, 2000); 4-й, 5-й, 6-й, 7-й та 8-й Українських міжнародних науково-технічних конференціях “Эластомеры: материалы, технология, оборудование, изделия”, (Дніпропетровськ, 2002, 2004, 2006, 2008, 2010); II-й Міжнародній конференції "Сотрудничество для решения проблемы отходов" (Харків, 2005); Technomer-99. 16. Fachtagung ьber Verarbeitung und An-wendung von Polymeren.(Chemnitz, 1999); Technomer-2001. 17. Fachtagung ьber Verarbeitung und Anwendung von Polymeren.(Chemnitz, 2001); Першій Всеросійській конференції по каучуку та гумі (Москва, 2002). Internationale Fachtagung Polymerwerkstoffe. (Halle (Saale), 2002), другій Українсько-Польській конференції “Полімери спеціального призначення” (Дніпропетровськ, 2002), Міжнародній конференції з каучуку та гуми IRC'04 ( Москва, 2004).

Публікації. Основний зміст роботи опубліковано в монографії, 2 тематичних оглядах, 37 статтях, 75 тезах доповідей на конференціях, отримано 1 авторське свідоцтво.

Об'єм та структура роботи. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаної літератури та додатків. Матеріали дисертаційної роботи викладено на 262 сторінках, включає 24 рисунка, 48 таблиць, список використаних джерел з 344 найменувань та 13 додатків.

ресурсозберігаючий модифікатор композиційний міжфазний

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації, сформульовані мета та задачі досліджень, визначені наукова новизна і практична цінність роботи, наведено інформацію про апробацію результатів досліджень.

Перший розділ містить огляд основних теоретичних та експериментальних досліджень в галузі застосування еластомерних матеріалів для ресурсозберігаючих технологій в гумовій промисловості.

У другому розділі описано об'єкти та методи досліджень, обґрунтовано їх вибір.

Враховуючи те, що поверхневі та міжфазні явища в еластомерних матеріалах визначають їх експлуатаційні властивості, а ефективно регулювати міжфазну взаємодію здатні речовини зі значною поверхневою енергією, та беручи до уваги результати попередніх досліджень з впливу добавок на структуроутворення та властивості еластомерів, як об'єкти дослідження вибрані сполуки класу аліфатичних амінів та кремнієорганічних речовин.

Як об'єкти дослідження вибрано такі аліфатичні аміни: аліфатичні аміни фракції С17-С20, які містять не менш 77% моноалкіламінів та приблизно 15% вторинних амінів; аміновіск, який являє собою систему первинних і вторинних аліфатичних амінів фракції С17-С20, а також парафінів.

Як компоненти систем вивчено різні феноло-формальдегідні смоли. Як співагенти вивчено похідні ароматичних амінів, зокрема N-фенілнафтіламін-2 (нафтам-2) та N-ізопропіл-N'-фенілфенілендіамін (діафен ФП) та інші.

Серед кремнієорганічних речовин для дослідження вибрано сполуки типу поліхлорметилорганосилоксанів (м.м.8000), кремнієорганічних етерів та їх похідних.

Як об'єкти дослідження розглянуто продукти механічного подрібнення зношених гумових виробів, зокрема шин, а також різних видів гумотехнічних виробів.

Досліджено подрібнений вулканізат, отриманий:

при шорсткуванні покришок при їх відновлювальному ремонті;

механічним подрібненням зношених шин та гумотехнічних виробів при позитивних температурах;

механічним подрібненням зношених шин кріогенним методом.

Розмір частинок подрібненого вулканізату, застосованого в роботі від 0,8 до 5-8 мм. Для порівняння використовували термомеханічний регенерат марок РШТ, РШТН, РСТ .

В роботі використано стандартні методи фізико-механічних випробувань гумових сумішей та вулканізатів відповідно до державних і міжнародних стандартів, а також опублікованих методик. Структурно-хімічні перетворення в еластомерних композиціях вивчали за допомогою методів ІЧ- та УФ- спектроскопії, зверненої газової хроматографії, термомеханічного та термогравіметричного аналізу, калориметрії, діелектричної релаксаційної спектроскопії, світлорозсіювання.

Міцність зв'язку в зоні стику дубльованих гум, що моделювали систему “еластомерна матриця-вулканізат”, оцінювали на циліндричних зразках діаметра 30 мм та висотою 38 мм. З вулканізату вирізали основу експериментального зразку. Потім в залежності від призначення, основа шорсткувалась, на цю поверхню наносили клей і прошарову гумову суміш, на яку, після ретельної прокатки, клали шар невулканізованої гумової суміші. Аналогічний процес застосовували також для виготовлення дубльованих блоків гумових композицій, з яких спеціальним ножем вирізалися пластини товщиною 2 мм та штанцевим ножем вирубувалися зразки у вигляді лопаток, в яких місце стику знаходилося посередині робочої ділянки. Дослідження на динамічну витривалість здійснювали на машині типу УР-500, визначення міцнісних показників виконувалось на машині типу РМІ-60.

Для дослідження можливості виходу активних речовин на міжфазні поверхні визначали енергію взаємодії в системі та енергію виходу добавок на поверхню еластомеру.

Енергію взаємодії між компонентами досліджуваних систем визначали при аналізі УФ-спектрів, отриманих на спектрофотометрі Specord М40. Її розраховували, виходячи з того, що якщо в системі, яка містить поверхнево-активну молекулу з чіткою смугою поглинання, виникає міжмолекулярна взаємодія, то це викликає зміщення смуги поглинання, яке пропорційне енергії даної взаємодії (відповідно до рівняння Планка):

, (1)

де Е - енергія електронного переходу з вищої зайнятої молекулярної орбіталі (ВЗМО) на нижню вакантну молекулярну орбіталь (НВМО) НЗМО , h - постійна Планка; Д - змінювання частоти.

Величину Д експериментально визначали за допомогою приставки для вимірювання дифузійного відображення. Знак Е визначається стабілізацією (гіпсохромний зсув) або дестабілізацією (батохромний зсув) системи.

Енергію виходу добавок на міжфазну поверхню (потенціальну енергію речовини) орієнтовно розраховували, виходячи зі співвідношення, аналогічно рівнянню Фрумкіна для розчинів:

,(2)

,(3)

,(4)

де В - константа рівноваги; и - ступень заповнення поверхні еластомеру молекулами модифікатора; С - концентрація модифікатора в об'ємі еластомеру; а - константа взаємодії між молекулами добавок в поверхневому шарі; D0, D та D - оптична густина на частотах максимуму в спектрі поглинання еластомеру та еластомеру, який має С добавки в об'ємі та добавки відповідно.

За результатами вимірювання будували залежність в координатах:

та методом найменших квадратів розраховували a та lnB.

Так як енергія виходу добавок на поверхню є потенціальною енергією, аналогічно роботі адсорбції, то для насичення поверхні енергія виходу повинна підвищуватися.

Для вивчення взаємодій в бінарних еластомерних системах запропоновано використовувати безрозмірний параметр , який являє собою інтегральне значення диференційованого спектра поглинання еластомерних плівок до та після контакту в діапазоні частот 54000-11000 см-1, які віднесено до одиничної межі розділу фаз

, (5)

де ko()й k() - коефіцієнти поглинання, які є функцією дисипації енергії електромагнітної хвилі в діапазоні частот від 1 до 2 ( в ідеалі 1=0, 2=+ , в грубому наближенні 1=11000 см-1 , 2=54000 см -1 ) на дійсній осі до та після контакту відповідно; F - безрозмірний коефіцієнт, який прямо пропорційний співвідношенню лінійних частин спектра двох каучуків в системі за ходом променя до об'ємної частки відповідних каучуків в системі (з урахуванням добавок) та обернено пропорційний сумі межі розділу фаз.

В третьому розділі реалізована основна ідея створення еластомерних композиційних матеріалів, які застосовуються в ресурсозберігаючих технологіях при поєднанні еластомерної матриці з вулканізованою поверхнею (відновлювальний ремонт зношених шин).

Одним з напрямів розвитку ресурсозберігаючих технологій в гумовій промисловості є відновлювальний ремонт автомобільних покришок, який сприяє підвищенню строку їх експлуатації, при цьому поновлюється зношений протектор і усуваються пошкодження каркасу. Умовою збереження ефективності шиновідновлювального виробництва є відповідне підвищення середніх післяремонтних ресурсів, в іншому разі застосування відновлених шин стає економічно неефективним, а шиновідновлювальне виробництво збитковим.

Технологічний процес відновлення автопокришок, зокрема, великогабаритних, передбачає використання клеїв при кріпленні невулканізованої протекторної гумової суміші через прошарову суміш до поверхні протектора, яка відшорсткована, та наступної вулканізації покришки. Тому, основним завданням підвищення ресурсу шин є розробка високоефективних прошарових і клейових еластомерних композицій, які застосовуються при відновленні шин і забезпечують підвищення міцності зв'язку між відшорсткованою поверхнею покришки та гумовою сумішшю, що накладається.

У зв'язку з цим, основним шляхом підвищення якості відновлювального ремонту є підсилення міжфазної взаємодії за рахунок додавання до гумової суміші активних добавок - модифікаторів, які б забезпечували отримання більш міцних зв'язків з поверхнею вулканізату, а також сприяли покращенню сумісності полімерів, на основі яких виготовлені еластомерні композиції.

Підвищення адгезії у міжфазних прошарках є однією з актуальних проблем полімерного матеріалознавства.

Результати досліджень показують, що ефективність дії багатьох модифікуючих систем залежить від режимів виготовлення композицій. Це свідчить про те, що зважливе значення в процесах модифікації мають процеси фазового розшарування, структуроутворення та термодинамічні параметри взаємодії між еластомерами і модифікаторами.

Визначення та аналіз термодинамічних параметрів взаємодії як між компонентами гетерогенних систем, так і на поверхні матеріалів дуже важливе та дозволяє дати рекомендації щодо прогнозування властивостей еластомерних матеріалів і підбору ефективних модифікуючих систем.

В основу розробки еластомерних композицій, які забезпечують підвищення міжфазної взаємодії покладено такі постулати:

- для посилення взаємодії на міжфазних межах необхідно регулювати перерозподіл модифікуючих добавок в об'ємі еластомерної матриці. Оскільки примежовий шар створюється шляхом об'ємної модифікації еластомеру, то розподіл добавок повинен бути нерівномірним, і основна частина модифікаторів повинна концентруватися на межах розділення фаз.

- модифікатори повинні мати високу міжфазну активність. У той же час добавки повинні бути досить міцно пов'язані з глобулами еластомеру, але даний зв'язок за можливістю має бути нехімічної природи для поповнення кількості добавки на межі розділу еластомер-субстрат. З цією точки зору важливим виявляється знання характеру взаємодії між компонентами системи.

- для забезпечення високого рівня адгезійної взаємодії в полімерних системах необхідно підвищувати рухливість макромолекул або їх сегментів, зменшувати час релаксації для проходження процесів взаємної дифузії на міжфазних межах, зменшувати поверхневу енергію системи та, відповідно, покращувати змочуваність поверхні на межі розділу.

Для перевірки даних постулатів виконано аналіз процесів структуроутворення еластомерної матриці під впливом модифікуючих систем і властивостей еластомерних матеріалів.

Крім цього відомо, що адгезійні властивості визначаються міжмолекулярними силами в зоні контакту адгезив-субстрат. Якщо додержуватися класичних уявленнь (макроскопічна теорія молекулярних сил Є.М.Ліфшица) електрони адсорбенту, адсорбату та середовища розглядаються як гармонічні осцилятори, які деяким чином взаємодіють один з одним. Характеристикою їх поведінки є розподіл (дисперсія) комплексної діелектричної проникності речовин на дійсній осі частот у визначеному діапазоні довжини хвиль (зона вакуумного ультрафіолету та електронних переходів). Спектр уявної частини комплексної діелектричної проникності схожий зі спектром дисипації енергії електромагнітної хвилі речовини - тобто спектра поглинання.

Показано, що енергія взаємодії в бінарних системах визначається спектрами поглинання контактуючих тіл, причому ділянка довжин хвиль, що робить основний внесок у дану величину, припадає на діапазон з енергією 2-20 еВ, це діапазон від видимого до вакуумного ультрафіолету (ВУФ) включно.

Для будь-якого твердого тіла на дійсній осі є частоти, на яких діелектрична проникність має максимальне значення. Такі частоти, наприклад, відповідають потенціалам іонізації поверхні. У випадку, якщо для контактуючих тіл (будь-якій парі) ці частоти співпадають, то абсолютне значення частоти взаємодії максимальне. Дане явище отримало назву “спектральний резонанс” і має важливе значення у всіх фізико-хімічних процесах. Це підтверджує необхідність виявлення можливостей резонансної взаємодії між компонентами модифікуючих систем і в еластомерних композиціях, тому що резонансна взаємодія - одна з найсильніша із фізичних, та як й дисперсні сили взагалі, розповсюджується на значно більші відстані та на відміну від валентних сил, не мають властивості насичення. Порівняння спектрів матеріалів, що контактують, дозволяє знайти області їх частотного перекриття, які повинні робити основний внесок в силу міжфазної взаємодії.

Можна стверджувати, що регулюючи здатність модифікаторів виходити на поверхню можна регулювати міжфазну взаємодію і, як наслідок, властивості композитів. При цьому можна за рахунок утворення кластерів функціональних інгредієнтів, які мають низьку дифузійну спроможність, з добавкою, яка має велику міжфазну активність, сприяти їх масопереносу до міжфазної зони, де вони проявлятимуть свою активність в підвищенні того чи іншого показника. Одночасно, можливість виходу на поверхні модифікаторів залежатиме не тільки від їх поверхневої активності, але й від впливу на структуроутворення еластомерної матриці в їх присутності.

Попередні дослідження термодинаміки еластомерних систем, які містять епоксидні смоли, за допомогою методу зверненої газової хроматографії, здійснені групою вчених під керівництвом Онищенко З.В., показало, що максимально впливають на характеристики вулканізатів оказують модифікатори, при їх вмісті у кількості, яка забезпечує отримання метастабільних систем на межі мікророзшарування. При цьому встановлено, що аномально високі позитивні значення ентропійної складової s параметра термодинамічної взаємодії Флорі-Хаггінса та негативні значення ентальпійної складової Н спостерігаються при малому вмісті добавок, який відповідає оптимальному з точки зору впливу на властивості вулканізатів. Позитивні значення s свідчать про значний внесок до ентропії змішування некомбіторіальної ентропії, яка характеризує підвищену впорядкованість системи, що, зумовлено, напевно, підсилюванням міжмолекулярної взаємодії на міжфазних межах. Негативні значення Н свідчать про збільшення розшарування в системі при нагріванні. При цьому змінюється мікрогетерогенність системи, що може сприяти дифузію компонентів в еластомерній матриці.

Тому, ґрунтуючись на результатах цих досліджень, здійснено пошук таких речовин, які б забезпечували метастабільний стан полімерної матриці та вибір дозувань модифікаторів був таким, щоб частина їх залишалася зв'язаною з каучуком, інша була спроможна виходити на поверхню.

На підставі вищенаведеного, проведено аналіз результатів дослідження термодинамічної сумісності карболанцюгових еластомерів з різними типами аміновмісних та кремнієорганічних сполук.

Показано, що концентраційна залежність параметрів термодинамічної сумісності в системах визначається природою та структурою добавок. Так для композицій, які містять, наприклад, первинні аліфатичні аміни, моноетаноламіди СЖК при малих концентраціях (до 1,8 мас.ч.) система є сумісною, а при підвищенні вмісту відбувається її розшарування. Необхідно відзначити, що позитивні значення ентальпійної складової параметра термодинамічної взаємодії чH свідчать про покращення сумісності з підвищенням температури.

При дослідженні композицій, які містять вторинні аміни, аміновіск, поліхлорметилорганосилоксани (ПХМС), феноло-формальдегідні смоли встановлено, що характер концентраційної залежності інший. Залежність параметрів термодинамічної взаємодії для таких систем аналогічна раніш винайденим, наприклад, для епоксидних смол (рис. 1). Ці добавки в малих дозуваннях викликають мікророзшарування системи, яке підвищується при нагріві (в процесі експлуатації). Це може бути пов'язане з розподілом деасоційованих молекул по граничним шарам еластомерних структур, що призводить до їх впорядкування та до полегшення орієнтації при дії циклічних навантажень, та є передумовою для перерозподілу активних сполук в еластомерній матриці.

Рис.1 Концентраційна залежність параметра термодинамічної взаємодії Флорі-Хаггінсу ₂₃/V₂ (1), його ентальпійної _H (2) та ентропійної складової _S (3) для системи еластомер-АВ (а) та еластомер + система аміновоску з кремнієорганічними етерами (б).

Встановлено також, що бінарні системи, зокрема феноло-фомальдегідні смоли + аліфатичні аміни, кремнієорганічні етери з аліфатичними амінами є більш ефективні за їх індивідуальне застосування. Показано, що кращі властивості досягаються при використанні систем компонентів, які термодинамічно сумісні між собою, а оптимальне співвідношення, зазвичай, спостерігається при мінімальному значенні параметра термодинамічної взаємодії.

Введення систем модифікаторів приводить до зміни термодинамічних параметрів взаємодії в еластомерній матриці: зменшується концентрація, при якій відбувається мікророзшарування та підвищується ступінь мікрогетерогенності матриці (рис. 1). При цьому, як показали дослідження, вулканізати гум, які вміщують бінарні системи модифікаторів, мають кращий комплекс властивостей (табл.1).

Таким чином, аналізуючи вплив модифікаторів на термодинаміку еластомерної матриці, можна зробити висновок, що для забезпечення можливості виходу їх на межфазні межі потрібно вибирати дозування на межі метастабільного стану, щоб частина добавки була б зв'язаною з еластомером, а інша, за рахунок термодинамічної несумісності, була здатна виходити на поверхню.

Характер розподілу модифікаторів підтверджується дослідженням еластомерних композицій методом діелектричної релаксаційної спектроскопії: поява другого температурного максимуму тангенса кута діелектричних втрат tg, який обумовлений дипольною релаксацією молекул модифікатора в композиціях, свідчить, що більшість досліджених модифікаторів в оптимальних концентраціях розподіляються в об'ємі матриці в основному в областях мікродефектів, які можуть сприяти заліковуванню тріщин, за аналогією з дією епоксидних смол, а також поліамінів ( поліетиленімін, поліетиленполіаміни), що доведено в роботах Онищенко З.В. та Кутяніної В.С.

Вплив модифікаторів на структурний стан еластомерів підтверджується також іншими методами досліджень.

Наприклад, калориметричні дослідження еластомерних композицій (на основі натурального каучуку) показали, що введення модифікуючих добавок сприяє кристалізації каучукової матриці, підсилюючи гетерогенність системи, що підтверджує також попередні результати вивчення систем каучуку з епоксидними смолами та поліамінами.

Таблиця 1.

Вплив аміносмоляних композитів на властивості гум на основі СКІ-3

Показник	Аміновіск + смола Октофор N	Аміновіск + смола Октофор 10 S	Аміновіск + смола Амберол SТ-137
Зміна умовної міцності при розтязі*, %:
при 250С	+10,2	+13,5	+11,2
після старіння 1000С х 72 год	+17,6	+23,5	+20,0
Коефіцієнт зміни опору багаторазовим деформаціям ( = 200%)	1,38	1,88	1,46
Коефіцієнт зміни опору розростання тріщин	1,41	2,03	1,59

*в порівнянні з гумою без модифікатора

Рис.2 Концентраційна залежність ступеня насиченості поверхні еластомеру поліхлор-метилорганосилоксанами (ПХМС).

Рис.3 Ізотерми виходу модифікаторів на поверхню еластомеру.

1 - АВ; 2 - ФЦМ+АВ; 3 - ПХМС+ФЦМ; 4 - ФЦМ; 5 - ПХМС

Порівняння кінетичних кривих релаксації напруження показує, що зниження напруження для модифікованих композицій відбувається більш інтенсивно, ніж для самого каучуку. Підсилення гетерогенності в каучуковій матриці повинно привести до зміни в'язкопружної та релаксаційної поведінки модифікованих композицій. Зміна гетерогенності каучукової матриці приводить до зміни просторової сітки міжмолекулярних зв'язків, а також полегшує можливість міграції молекул модифікатора або окремих груп на поверхню полімеру. Крім цього, на межах розділу допустиме збільшення рухомості окремих елементів структури.

Підтвердженням можливості виходу модифікаторів на поверхню є результати визначення насиченості ними поверхні еластомеру, які отримано за допомогою методу УФ-спектроскопії (рис. 2). Показано, що максимум насичення співпадає з концентрацією, яка забезпечує мікророзшарування еластомерної матриці та оптимальний комплекс пружно-міцнісних та динамічних властивостей вулканізатів.

Таким чином, дослідження показали можливість виходу добавок, які мають поверхнево-активні властивості , на міжфазні границі та покращання за рахунок цього комплексу властивостей гум.

З метою визначення механізму виходу модифікуючих систем на поверхні еластомеру та можливості виконання ними транспортуючої функції цільових компонентів, які регулюють конкретні властивості композитів, досліджено модельні системи, які містять оптично-активні та хімічно інертні речовини класу фталоціанінів металів, зокрема, фталоціанін міді (ФЦМ), та легко ідентифікуються при спектрофотометричному аналізі. Отримані за результатами УФ-спектроскопії відображення ізотерми виходу на поверхню індивідуальних речовин і бінарних систем (рис. 3) показують, що ФЦМ має досить низьку спроможність до міграції на поверхню зразка. ПХМС та АВ здатні мігрувати. Додавання цих речовин до ФЦМ приводить до значного збільшення його концентрації на поверхні еластомеру.

На підставі отриманих даних розраховано енергії виходу модифікаторів на поверхню, а також енергії їх взаємодії з еластомерною матрицею.

При цьому здатність до виходу на поверхню спостерігається як в неполярних(натуральний НК), так і в полярних (бутадієннітрильний СКН) еластомерах (табл. 2 ).

Таблиця 2

Енергії виходу (Евих) та взаємодії (Евз) для систем каучук-добавка

Тип добавки	Енергія виходу, кДж/моль	Енергія взаємодії, кДж/моль
	НК	СКН	НК	СКН
Аміновіск	20,8	28,71	38,7	32,61
ПХМС	43,0	55,4	25,1	16,25
ФЦМ	14,2	17,34	4,3	8,53
ФЦМ+АВ	22,6	25,17	33,5	36,21
ФЦМ+ПХМС	20,8	25,91	19,8	24,19

Цікавим з точки зору взаємодії між компонентами є те, що системи з аліфатичними амінами, зокрема аміновоском, мають високе значення енергії виходу при значній енергії взаємодії. Цей факт можна пояснити з точки зору теорії «резонансних» сил. Встановлено, що характеристичні піки каучуків лежать в області 452 та 302 нм, ці параметри співпадають зі значеннями максимумів в АВ (450 та 303 нм відповідно), що є необхідною умовою для взаємодії. Це додатково підвищує комплекс властивостей композитів.

Рис. 4 Залежність інтенсивності фотоелектронного потенціалу іонізуючого випромінювання (Е) для фталоціаніну міді (а) та аміновоску (б)

Крім цього, аналіз спектрів ФЦМ і аміновоску в діапазоні 4-20 еВ (рис. 4) показав, що вони мають смуги, які співпадають: для ФЦМ - 11,4 еВ та 13,8еВ, для АВ - 11,35еВ та 13,78 еВ. Це дозволяє стверджувати, що між компонентами відбувається резонансна взаємодія. При цьому в системі “АВ+ФЦМ” виграш енергії складає 5 кДж/моль. Диспергуюча активність АВ за відношенням до ФЦМ проявляється завдяки специфічній будові останнього. Відомо, що - електронна хмара бензолових ядер ФЦМ стягує електронну хмару міді та на ній з'являється частковий позитивний заряд, внаслідок чого ФЦМ має спорідненість до електронодонорних речовин. У зв'язку з цим комплексні сполуки, які утворюються при взаємодії ФЦМ з аміновоском, мають поверхнево-активні властивості, легко розподіляються в гумових сумішах і мігрують до міжфазних меж. Таким чином, кластер, який утворюється між аміновоском і ФЦМ за рахунок резонансної взаємодії, легко розподіляється в еластомерній матриці та мігрує на межі міжфазних утворень. Показано, що транспортування аміновоском ФЦМ на межу розділу фаз може забезпечувати, в залежності від поставленої мети, як підвищення адгезійних властивостей еластомерних композицій до армуючих матеріалів, так і значне покращення антифрикційних властивостей вулканізатів в умовах тертя по металічній поверхні.

Треба відзначити, що аналогічні явища спостерігаються при застосуванні систем аліфатичних амінів або ПХМС зі стабілізаторами класу ароматичних діамінів (діафен ФП та нафтам-2), що значно підвищую стійкість гум до старіння, модифікатором РУ, що забезпечує більш високу адгезію до армуючого матеріалу, також у випадку з оксидами цинку та кремнію, що забезпечує можливість зниження їх дозування без погіршення властивостей вулканізатів.

Таким чином, можна передбачити, що для підвищення концентрації активних речовин на межі розділу фаз треба створювати комплекси компонентів, які пов'язані сильною міжмолекулярною взаємодією, але такою, щоб не призводила до зниження активності індивідуальних компонентів.

Виявлена підвищена активність композиційних добавок на основі аліфатичних амінів та феноло-формальдегідних смол ( табл.1 ), також може бути пов'язана з утворенням лабільного комплексу між компонентами, який має підвищену міграційну активність. Методом УФ-спектроскопії встановлено, що в композиті, який утворено суміщенням при підвищених температурах аміновоску та смоли октофор 10S (продукт АВS) значних хімічних змін не відбувається, між компонентами утворюється міжмолекулярні зв'язки з енергією взаємодії приблизно Е = 73,1 кДж/моль. Треба відзначити, що енергія взаємодії в комплексі набагато більша за енергію взаємодії компонентів системи з каучуком ( 25 та 40 кДж/моль відповідно для АВ та октофору 10S). Вірогідно, сильна взаємодія в АВS відбувається також внаслідок виникнення резонансного явища, тому, що піки відбиття речовин лежать в одній або близьких зонах, і молекули перебувають у безпосередній близькості одна від одної.

Таким чином, на основі отриманих даних можна стверджувати, що молекули компонентів композиту АВS вступають у взаємодію, при якій утворюється нова сполука. Пік відбиття цієї сполуки лежить в зоні 234нм, причому сполука утворюється головним чином за рахунок енергетично насиченого фізичного зв'язку. Зважаючи на те, що феноло-формальдегідні смоли мають низьку дифузійну спроможність, утворення комплексу підвищує міграцію смол, а насичення поверхні еластомерної матриці молекулами лабільного кластеру АВS дозволяє прогнозувати підвищення адгезійних властивостей вулканізатів та клейкості гумових сумішей.

Таким чином з одного боку є можливість забезпечення збільшення концентрації активних компонентів на межі розділу фаз, з другого - компоненти модифікатора пов'язані між собою та каучуком сильною фізичною взаємодією, що забезпечує підвищення пружно-міцнісних властивостей вулканізатів.

З використанням методу УФ-спектроскопії відображення визначено енергії виходу на поверхню еластомерної матриці (міжфазну активність) модифікаторів та модифікуючих систем і енергії їх взаємодії з каучуком. Встановлено (табл.3), що в залежності від типу модифікатора їх здатність виходити на поверхню різна і визначається будовою молекули. Видно, що міжфазна активність бінарних композитів вища за індивідуальні компоненти. Найбільшу активність в даному випадку проявляє композит аміновоску з сірковмісною феноло-формальдегідною смолою октофор 10S (АВS), де аміновіск використаний як транспортуючий агент, а компоненти системи пов'язані сильною фізичною взаємодією, що й забезпечує вихід всього комплексу на міжфазні межі.

Показано також, що добавки, які вводяться до гумової суміші збільшують концентрацію на поверхні розділу при зростанні їх вмісту в об'ємі до насичення. При цьому, як встановлено в результаті фізико-механічних випробувань, ці значення відповідають оптимальному вмісту добавок в еластомерних композиціях. Наприклад, в композиціях на основі неполярних карболанцюгових каучуків, оптимальний вміст для ПХМС - 0,3 мас.ч., для композиту з кремнієорганічними етерами АВЕ - 2,5 мас.ч., для композиту з сірковмісною смолою АВS - 4 мас.ч., що відповідає межі насиченості поверхні.

Таблиця 3.

Енергії виходу (Евих) та взаємодії (Евз) для систем еластомер-добавка

Компонент	Евих, кДж/моль	Евз,кДж/моль
Аміновіск	20,8	38,7
Поліхлорметилорганосилоксан (ПХМС)	43,0	25,1
Кремнієорганічний етер ЕКО-6	13,8	10,5
Моноетаноламід СЖК	18,2	31,2
Смола октофор 10S	17,8	12,34
Композит аміновіск + кремнієорганічний етер (АВЕ)	35,0	28,0
Композит аміновіск +смола октофор N (АВN)	53,2	31,2
Композит аміновіск +смола октофор 10S (ABS)	72,0	32,7

З наведених даних видно також, що для композитів з використанням аміновоску також характерні доволі висока енергія виходу на поверхню, поряд з високою енергією взаємодії, що не спостерігається для інших сполук, зокрема, кремнієорганічних. Це може свідчити, що для композитів, як і для аміновоску характерна резонансна взаємодія з еластомерами.

Таким чином, перспективним є створення молекулярних комплексів, які пов'язані сильною фізичною (переважно, резонансною) взаємодією. Використання при цьому високоефективних поверхнево-активних речовин сприяє перерозподілу компонентів та виходу їх на межі міжструктурних угруповань і регулювання властивостей на межі розділу фаз.

Показано також, що використання систем на основі аліфатичних амінів, поліхлорметилорганосилоксанів, систем на їх основі підвищує рівень взаємодії в бінарних сумішах еластомерів, що дозволяє підвищити міцність зв'язку між гумами, основою яких є індивідуальні еластомери, наприклад, в багатошарових конструкціях.

Встановлено, наприклад, що додавання аміновоску до суміші ізопренового та бутадієнстирольного каучуків приводить до зниження параметра термодинамічної взаємодії в системі, яке свідчить про покращання сумісності еластомерів (табл. 4). Показано, що, в свою чергу, додавання аміновоску приводить також до суттєвого підвищення міцності зв'язку дубльованих вулканізатів на основі цих каучуків (табл. 5). Покращання термодинамічної стабільності бінарних каучукових систем підтверджується також фазовими діаграмами. Підвищення сумісності дозволяє сформувати при проведенні технологічного процесу міжфазний шар більшої довжини, що й приводить до підвищення динамічної міцності зв'язку в системі “гума-гума”.

Аналогічно впливають на сумісність в бінарних системах каучуків також добавки, які отримані з використанням дивінілових полімерів та аліфатичних амінів, композити на основі амінів та кремнійорганічних сполук.

Таблиця 4.

Температурна залежність параметрів термодинамічної взаємодії для системи «СКІ-3 + СКМС-30 АРК» (1:1) без і в присутності АВ

Температура , 0С	Параметр взаємодії
	без добавок	2 мас.ч. АВ
49	-0,100	-0,340
60	0,070	-0,255
72	0,245	-0,220
84	0,270	-0,175
97	0,275	-0,055
112	0,330	-0,030

Таблиця 5.

Динамічна витривалість зв'язку в системі «гума - гума», які модифіковані аліфатичними амінами

Каучукова основа	Витривалість, тис. циклів
СКС-30 АРКМ-15	СКІ-3
Без добавок	Без добавок	2,70
Без добавок	2 мас.ч. АВ	4,95
2 мас.ч. АВ	Без добавок	4,59
2 мас.ч. АВ	2 мас.ч. АВ	16,20

Крім визначення термодинамічних характеристик взаємодії в бінарних системах використано також безрозмірний параметр , який являє собою інтегральне значення диференційованого спектра поглинання еластомерних плівок до та після контакту в діапазоні частот 54000-11000 см-1, які віднесено до одиничної межі розділу фаз. Доцільність застосування -параметра, як критерію міжфазної взаємодії конденсованих систем може бути підтверджене прямо пропорційною залежністю між енергією міжмолекулярної взаємодії та змінюванням амплітуди гармонічного осцилятора молекул в зоні контакту.

Досліджено модельні системи різних каучуків як насичених, так і ненасичених, з оптичноактивними сполукам - фталоціанінами металів (міді, кобальту та хлорпохідні фталоціаніну міді), та з додаванням систем на основі аліфатичних амінів.

Встановлено, що найбільшою мірою енергію взаємодії в дубльованих системах серед фталоціанінів, підвищує фталоціанін міді. Необхідно відзначити, що підвищення енергії взаємодії відбувається не тільки при введені добавок до дубльованих зразків, але й при модифікації однієї з плівок, які суміщаються. Ці дані корелюють з міцністю зв'язку в дубльованих системах. Показано, що додаткове підвищення енергії взаємодії та адгезії в системі відбувається при введені систем на основі аліфатичних амінів, наприклад, з кремнієорганічними етерами (табл.6).

Таблиця 6.

Параметр взаємодії та міцність зв'язку дубльованих композицій на основі каучуку СКС-30 АРК

Тип композиції	*	Міцність зв'язку, КПа
Каучук	1,0	6,0
Каучук + фталоціанін міді (ФЦМ)	2,5	18,0
Каучук + поліхлорфталоціанін міді (ПЗФ)	2,0	13,2
Каучук + фталоціанін кобальту (ФЦК)	0,8	4,1
Каучук + композит аміновоску з кремнієорганічним етером (АВЕ-6)	1,2	10,0
Каучук + ФЦМ + АВЕ-6	3,0	21,6
Каучук + ПЗФ + АВЕ-6	2,5	17,7
Каучук + ФЦК + АВЕ-6	0,95	6,1

* - співвідношення параметрів взаємодії с дубльованих модифікованих систем до параметра взаємодії к чистого каучуку

Таким чином, встановлено, що підвищення рівня взаємодії в бінарних еластомерних системах залежить як від термодинамічної сумісності компонентів, так і від електронних параметрів речовин, які змінюють енергію взаємодії в системі.

Враховуючи, що, зазвичай, полярні каучуки відносяться до каучуків спеціального призначення і коштують значно більше за каучуки загального призначення, то зменшення їх вмісту в гумових композиціях також можна вважати одним з елементів ресурсозберігаючих технологій. Базуючись на здатності модифікаторів, які досліджуються, підвищувати термодинамічну сумісність еластомерів, запропоновано методи вдосконалення рецептур композиційних матеріалів на основі різнополярних каучуків. Зокрема розглянуто композиції з використанням поліізопрену та фторкаучуків, етиленпропіленового та бутадієн-нітрильного каучуків. При вивчені методом ЗГХ композицій еластомерів ву присутності аміносмоляних композитів показано значне зниження параметра термодинамічної взаємодії, яке свідчить про підвищення рівня сумісності компонентів. Підвищення сумісності різнополярних каучуків дозволяє створювати композити, в яких з максимальною ефективністю реалізуються позитивні якості кожного з компонентів при стабільності основних фізико-механічних показників системи в цілому ( табл. 7).

Таблиця 7

Властивості композицій на основі комбінації каучуків СКІ-3 та СКФ-26 з модифікатором АВS

Показник	Без добавок	Композит АВS
Параметр термодинамічної взаємодії
при 250С	0,0194	-0,034
при 1100С	0,0378	-0,0451
Умовна міцність при розтязі, МПа: при 250С	12,1	17,5
після теплового старіння 1200С х 48 год, %	-63	-34
Відносне подовження при розриві, % при 250С	350	425
після теплового старіння 1200С х 48 год, %	-58	-39
Зміна маси після дії трансформаторного мастила при 700С протягом 24 год, %	+25	+2

Таким чином, враховуючи термодинамічну сумісність та електронні параметри системи розроблено способи підвищення адгезійної міцності в системах на основі різних за природою еластомерів

Винайдені закономірності з насичення поверхні еластомерів активними комплексами та підвищення сумісності в бінарних еластомерних системах застосовані й при розробці композицій для ресурсозберігаючих технологій - відновлювального ремонту шин.

Враховуючи результати з визначення міжфазної активності модифікуючих добавок і здатність до підвищення адгезії дубльованих матеріалів, а також аналізу фізико-механічних властивостей вулканізатів, в еластомерних прошарових композиціях використано аміновіск і його композити з кремнієорганічними сполуками, а також феноло-формальдегідними смолами.

...