Резиновая смесь

 

Сущность изобретения: изготавливают резиновую смесь. Она содержит бутадиен-нитрильный каучук с 26 - 34 мас. % звеньев нитрила акриловой кислоты или тройной этилен-пропилендиеновый каучук - 100 мас. ч., 50 - 70 наполнителя, 1,5 - 4,5 ускорителя вулканизации, 1 - 2 серы, 5 - 10 активатора вулканизации, 1 - 2 - противостарителя, 15 - 30 мягчителя, 0,3 - 0,5 антискорчинга, 0,25 - 6,0 кремнийорганического олигоизоцианата. Кремнийорганический олигоизоцианат вводят в резиновую смесь на стадии смешения в виде 70% по массе раствора в толуоле или метилэтилкетоне. Характеристика резины на основе СКЭПТ-50: предел прочности при разрыве 16 - 20 МПа; относительное удлинение 440 - 577%, коэффициент теплового старения (при 100° С х 72 ч) : по сопротивлению разрыву 0,98 - 1,2; по относительному удлинению 0,73 - 1,04, коэффициент теплового старения (при 140° С х 72 ч) по сопротивлению разрыву 0,96 - 1,15; по относительному удлинению 0,51 - 0,63, истираемость 205-271 см³/квт·ч. 5 табл.

Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к составу резиновой смеси для изготовления футеровок шаровых мельниц потока, работающих при повышенных температурах в условиях измельчения абразивных материалов, и может быть использовано для аналогичных целей в промышленности материалов горнорудной, металлургической, химической отраслях промышленности.

Известна резиновая смесь для изготовления футеровки шаровых мельниц, работающих в условиях мокрого потока абразивных материалов при 60-80^оС в горнорудной, цементной промышленности [1].

Недостатком ее являются низкие физико-механические характеристики, не удовлетворяющие современным требованиям по прочности и износостойкости.

Известны также резиновые смеси [2] на основе ненасыщенных синтетических каучуков, в которые для повышения физико-механических свойств вулканизатов введены ди- и полиизоцианаты или олигодиендиизоцианаты.

Поэтому в шаровых мельницах сухого помола, работающих в условиях температур 100-140^оС и абразивного износа, используется металлическая футеровка из специальных сталей в виде бронеплит. При этом увеличивается: - расход электроэнергии на единицу размалываемого материала; - давление на опорные подшипники, сокращающее срок их службы; - повышается уровень производственного шума, ухудшающий условия работы обслуживающего персонала.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату, является резиновая смесь на основе синтетического каучука для изготовления футеровки шаровых мельниц, работающих при температурах не выше 80-90^оС и содержащая эластомер, наполнитель, мягчитель, противостаритель, антискорчинг, ускоритель вулканизации, активатор вулканизации, серу [3].

Недостатком прототипа является невысокая надежность и долговечность работы футеровки при повышенных (100-140^оС) температурах вследствие подверженности каучуков в таких условиях термоокислительной деструкции, снижающей физико-механические свойства вулканизаторов на их основе.

Целью изобретения является повышение физико-механических свойств вулканизатов на основе таких резин при работе в условиях абразивного износа при 100-140^оС.

Цель достигается тем, что резиновая смесь, включающая синтетический каучук, бутадиен-нитрильный каучук с 26-34 мас.ч. нитрила акриловой кислоты или тройной этиленпропилендиеновый каучук, наполнитель мягчитель, противостаритель, антискоринг, активатор вулканизации, вулканизирующий агент, дополнительно содержит кремнийорганический олигоизоцианат формулы: [(R₅-SiO_1,5)_k(R₄+SiO)_m[O_0,5Si(R₃)₂-CH₂R₂-R₁-NCO]}_n где R₁ CH₃; -(CH₂)₆-; R₄=-CH₃C₆H₅; CH₃CH₂=CH- R₂= -O - - - ; - - ; R₅=-C₆H₅; -C₉H₁₉; R₆= , - O - ; -0- R₃=-CH₃; К = 0,33-2,0 m = 0-3, n = 2,0-4,3 при соотношении компонентов, мас. на 100 мас. каучука. Синтетический каучук 100 Наполнитель 50-70 Активатор вулканизации 5-10 Противостаритель 1-2 Антискорчинг 0,3-0,5 Мягчитель 15-30 Сера, ускоритель вул- канизации 1,5-4,5 Кремнийорганический олигоизоцианат ука- занной формулы 0,25-6,0 Введение в состав резиновой смеси кремнийорганического олигоизоцианата за счет протекания химических реакций на наполнитель или окисленные группы каучука позволяет дополнительно структурировать трехмерную пространственную систему вулканизованного каучука; повысить надежность и долговечность работы изделий из них.

Резиновые смеси на основе синтетических ненасыщенных каучуков с использованием кремнийорганических олигоизоцианатов указанной формулы готовят на лабораторных вальцах в соответствии с технологической картой. Кремнийорганический олигоизоцианат указанной формулы вводят в резиновые смеси на стадии смешения в виде 70% по массе раствора в толуоле или метилэтилкетоне. Технологических затруднений при изготовлении резиновой смеси не наблюдается.

Вулканизацию образцов (прототипа и опытных) осуществляют при 155±1^оС в течение 60 мин. Физико-механические характеристики используемых кремнийорганических олигоизоцианатов, приведены в табл.1. Рецептуры прототипа и исследуемых составов приведены в табл.2, свойства полученных образцов вулканизатов - в табл.4. Как видно из полученных результатов опытные образцы вулканизатов превосходят прототип по физико-механическим показателям на 30-40% , особенно в процессе длительного термостарения при повышенных до 140^оС температурах. Полученные данные явились основой для выпуска опытной партии футеровки с использованием олигоизоцианатов 4 и 2 табл.1. Кремнийорганические олигоизоцианаты указанной формулы синтезированы на кафедре технологии пластмасс Днепропетровского химико-технологического института.

Синтез кремнийорганического олигомочевинизоцианата 4 из табл.1.

В четырехгорлый реактор, снабженный мешалкой, капельной воронкой, термометром и обратным холодильником, загружали раствор 19,21 г (0,01 г эквивалента) кремнийорганического амина формулы:
(C₆H₅SiO_1,5)O_0,5Si(CH₃)₂-CH₂- (полученного по методике 5,6) и 10,77 г метилэтилкетона и при перемешивании нагревают до 55±1^оС. Затем осторожно прикапывают 5,92 г (0,0345 г) смеси изомеров толилендиизоцианата (ТДИ). Температуру реакции поддерживают постоянной, регулируя скорость прикапывания ТДИ.

После окончания прикапывания смесь прогревают при этой температуре еще 2-3 ч до достижения расчетного количества, свободных изоцианатных групп. Затем вакуумируют от летучих продуктов при данной температуре и давлении (мм рт. ст. ) до прекращения изменения массы. В кубе получают 24,3 (98% от теоретического) темноокрашенной вязкой жидкости, хорошо растворимой в эфирах, кетоне, апротонных растворителях, соответствующей соединению 9. Его физико-химические константы приведены в табл.1.

Синтез кремнийорганического олигоуретанизоцианата соединения 4 (табл. 1).

В четырехгорлый реактор, снабженный мешалкой, капельной воронкой, термометром и обратным холодильником загружают раствор 11,12 г (0,01 г эквивалента) кремнийорганического спирта формулы
{ (C₆H₅SiO_1,5)_1,5[O_0,5Si(CH₃)CH₂OH₄] } ₄ (полученного по методике 4), в 7,42 г толуола, нагревают при перемешивании до 55±1^оС и осторожно прикапывают 6,98 г (0,042 г) смеси изомеров толуилендиизоцианата (ТДИ). Температуру реакции поддерживают на указанном уровне, регулируя скоростью прикапывания ТДИ.

После окончания прикапывания реакционную смесь прогревают при данной температуре и перемешивании еще 2 ч. По достижении расчетного количества свободных изоцианатных групп реакцию прекращают. Смесь вакуумируют до постоянной массы при той же температуре и давлении 1 мм рт.ст. В кубе получено 16,76 г (94% массовых) вязкой прозрачной бесцветной жидкости, хорошо растворимой в ароматических углеводородах, кетонах, эфирах, соответствующей соединению 4. Его физико-химические константы приведены в табл.1.

Олигоуретанизоцианаты 1, 2, 3, 5 табл.1 получены по аналогичной методике.

Использование в составе резиновых смесей кремнийорганических олигоизоцианатов за счет протекания ряда химических реакций, в том числе на деструктированные функциональные группы каучука или наполнителя, позволяет повысить напряжение при 300% удлинении вулканизатов, их прочности при растяжении, коэффициент теплового старения, выносливость при многократном растяжении, износостойкость (табл.4).

Замена бронеплит на футеровку из предлагаемой резиновой смеси обеспечивает следующие преимущества:
- высвобождают специальные легированные стали, используемые в качестве бронеплит - 8 т;
- за счет снижения массы мельницы снижается с 62 до 52 кВт/ч расход электроэнергии на работу мельницы;
- за счет уменьшения массы мельницы снижается давление на опорные подшипники, что способствует в 1,5 раза повышению срока их службы;
- снижаются трудозатраты при проведении монтажно-демонтажных работ в 12 раз;
- снижается производственный шум со 105 до 85 ДБ, что улучшает условия работы обслуживающего персонала.

Формула изобретения

РЕЗИНОВАЯ СМЕСЬ, включающая синтетический каучук, серу, наполнитель, ускоритель вулканизации, активатор вулканизации, мягчитель, противостаритель, антискорчинг, отличающаяся тем, что в качестве синтетического каучука смесь содержит бутадиеннитрильный каучук с 26-34 мас.% звеньев нитрила акриловой кислоты или тройной этилен-пропилендиеновый каучук и дополнительно кремнийорганический олигоизоцианат общей формулы
{(R₅SiO_1,5)_k- (R₄SiO)_m-[O_0,5Si (R₃)₂CH₂R₂- R¹-NCO]}_n, -(CH₂)₆-
где


R₃-CH₃;
R₄-CH₃C₆H₅-; CH₃CH₂=CH-;
R₅-C₆H₅-; C₉H₁₉-; CH₃-
k=0,33-2,0;
m=0-3; n=2,0-4,3,
при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Указанный синтетический каучук - 100
Наполнитель - 50 - 70
Ускоритель вулканизации - 1,5 - 4,5
Сера - 1 - 2
Активатор вулканизации - 5 - 10
Противостаритель - 1 - 2
Мягчитель - 15 - 30
Антискорчинг - 0,3 - 0,5
Кремнийорганический олигоизоцианат указанной формулы - 0,25 - 6,0

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11