Морозостойкая резиновая смесь на основе пропиленоксидного каучука

Изобретение относится к резиновой промышленности, а именно к разработке морозостойких эластомерных материалов, которые могут быть использованы для изготовления различных видов уплотнительных резинотехнических деталей, а также к способу получения резиновой смеси. Композиция на основе пропиленоксидного каучука дополнительно содержит пасту на основе совместно активированных природных цеолитов и дибутилфталата в соотношении 70:30. Резиновая смесь на основе каучука также включает стеариновую кислоту, оксид цинка, 2-меркаптобензтиазол, тиурамдисульфид, технический углерод П-803, серу. Пасту получают в планетарной мельнице. Резиновую смесь получают смешением компонентов на вальцах. Изобретение позволяет получать резину с повышенной маслостойкостью и низким значением остаточной деформации сжатия. 2 н.з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к резиновой промышленности, а именно к разработке морозостойких эластомерных материалов, которые могут быть использованы для изготовления различных видов уплотнительных резинотехнических деталей.

Известен способ повышения масло- и морозостойкости резин на основе бутадиен-нитрильного каучука СКН-18 путем модификации природными цеолитами якутских месторождений [1]. Природные цеолиты представляют собой каркасные алюмосиликаты общей формулы (N_а,К)₆(Al₆Si₃₀O₇₂)·20Н₂O, обладающие высокой адсорбционной способностью [2]. Способ заключается в введении природных цеолитов в резиновую смесь на вальцах с последующей вулканизацией по стандартной технологии. Эффект достигается вследствие увеличения плотности сшивания резин за счет протекания адсорбционных процессов на цеолитах в процессе вулканизации.

Наиболее перспективным материалом для эксплуатации в условиях Крайнего Севера являются резины на основе пропиленоксидного каучука (СКПО), который характеризуется высокими термо-, озоно- и морозостойкостью. Недостатком его является малый уровень маслостойкости и высокие значения остаточной деформации сжатия [3, 4].

Технической задачей изобретения является повышение маслостойкости и снижение остаточной деформации сжатия резин на основе пропиленоксидного каучука. В качестве прототипа выбрана резиновая смесь на основе СКПО, включающая диспергатор, серно-ускорительную вулканизующую систему, технический углерод [3].

Поставленная задача достигается тем, что резиновая смесь на основе пропиленоксидного каучука, включающая стеариновую кислоту, оксид цинка, каптакс, тиурамдисульфид, серу, дополнительно содержит пасту на основе природных цеолитов месторождения Хонгуруу Республики Саха (Якутия) и пластификатора дибутилфталата, а в качестве технического углерода технический углерод марки П-803 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Пропиленоксидный каучук СКПО	100,0
Стеариновая кислота	1,0
Оксид цинка	5,0
Природные цеолиты	3,5-14,0
Дибутилфталат	1,5-6,0
Каптакс 2-Меркаптобензтиазол	2,0
Тиурамдисульфид	2,0
Технический углерод П-803	60,0
Сера	1,5

Состав резиновых смесей приведен в табл.1. Использованный в предлагаемой рецептуре технический углерод марки П-803 является техническим углеродом, полученным печным способом, с удельной геометрической поверхностью 12-18 м²/г и размером частиц 155-210 нм, использованный в прототипе технический углерод П-324 характеризуется более высокой геометрической поверхностью (75-82 м²/г) и дисперсностью (размер частиц 38-42 нм) [5].

Способ получения резиновой смеси дополнительно включает стадию получения пасты на основе природных цеолитов: диспергирование наполнителя в присутствии дибутилфталата в планетарной мельнице АГО-2С [6] в течение 2 мин за счет действия центробежных сил, возникающих при вращении барабанов вокруг общей и планетарной осей мельницы (частота вращения вала электродвигателя - 1450 об/мин, частота вращения барабанов - 1290 об/мин). Ближайшим аналогом заявленного способа является способ получения резины, заключающийся в смешении компонентов резиновой смеси, включающей бутадиен-нитрильный каучук, стеариновую кислоту, оксид цинка, каптакс, тиурамдисульсид, технический углерод и пластификатор, в традиционном смесительном оборудовании [7].

Совместная обработка цеолитов и пластификатора в планетарной мельнице ведет к измельчению и повышению структурной и адсорбционной активности цеолитов. Размер частиц цеолитов до активации составлял 0,15-1,75 мм, после активации - от 0,03 до 1,5 мкм (размеры частиц определяли методом динамического светорассеяния). Пластификатор дибутилфталат, используемый при активации, предотвращает агрегирование частиц цеолитов в процессе переработки и хранения, а также служит для дополнительного повышения морозостойкости резин.

Резиновую смесь по предложенному способу готовят следующим образом. Предварительно получают пасту на основе природных цеолитов и дибутилфталата. Для этого неорганический наполнитель (природные цеолиты) и пластификатор (дибутилфталат) в соотношении 70:30 помещают в рабочие барабаны планетарной мельницы и подвергают механохимической активации за счет центробежных сил в течение 2 мин. Затем на вальцах готовят резиновую смесь: при температуре поверхности валков 50-60°С вводят ингредиенты смеси в следующей последовательности: пропиленоксидный каучук, стеариновая кислота, паста, оксид цинка, ускорители вулканизации, технический углерод П-803. Вулканизацию резиновой смеси проводят при 150°С, давлении 12,0 МПа в течение 30 мин. Выдержка вулканизатов до испытаний не менее 6 ч.

Физико-механические показатели определяют по ГОСТ 270-84, остаточную деформацию сжатия (ОДС) по ГОСТ 9.029-74, коэффициент морозостойкости по эластическому восстановлению при сжатии (Кв) по ГОСТ 13808-79, коэффициент морозостойкости при растяжении (Км) по ГОСТ 408-78, степень набухания в углеводородной среде по ГОСТ 9.030-74. Свойства вулканизатов приведены в табл.2.

Применение резиновой смеси заявляемого состава, полученной по данному способу, повысит ресурс работы резиновых уплотнений при их эксплуатации в составе герметизирующих устройств, поскольку данный материал обладает высокой масло- и морозостойкостью и низким значением остаточной деформации сжатия материала.

Источники информации

1. Слепцова М.И., Петрова Н.Н., Попова А.Ф. Перспективы применения цеолитов якутских месторождений в производстве резинотехнических изделий // Каучук и резина. - 1999. №6. - с.17-22.

2. Перспективы применения цеолитных пород месторождения Хонгуруу. Сб. науч. трудов. Якутск, 1993. - 126 с.

3. Говорова О.А., Морозов Ю.Л., Баженов Ю.П., Насыров И.Ш., Хвостик Г.М., Васильев В.А. Использование добавок эпихлоргидриновых и пропиленоксидных каучуков для расширения температурного интервала работоспособности резин на основе бутадиен-нитрильных каучуков // Каучук и резина. - 2000. - №4. - с.18-20.

4. Говорова О.А., Вишницкий А.С., Чубарова Г.В., Морозов Ю.Л. Разработка атмосферостойких резин с улучшенными низкотемпературными и адгезионными свойствами // Каучук и резина. - 1999. - №2. - с.18-20.

5. Корнев А.Е., Буканов A.M., Шевердяев О.И. Технология эластомерных материалов. М.: Издательство "Эксим", 2000. - 288 с.

6. А.С. 975068 СССР, МКИ 5 В 02 С 17/08 Планетарная мельница / Е.Г.Аввакумов, А.Р.Поткин, О.И.Самарин (СССР) Опубл. 25.12.82 Бюл.43 // Открытия. Изобретения. - 1982. - №43. - с.115.

7. А.С. 286212 С 08 L 9/02, С 08 К 5/05 Способ получения резин / А.С.Султанов, А.А.Туйчиев, А.Е. Саакян (СССР). Опубл. 10.11.70.

Таблица 1
Ингредиент	Состав, мас.ч.
	По изобретению	Контрольные
	1	2	3	4	5	6
Пропиленоксидный каучук	100	100	100	100	100	100
Сера	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5
Тиурамдисульфид	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0
Оксид цинка	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0
Технический углерод П-803	60,0	60,0	60,0	60,0	60,0	60,0
Стеариновая кислота	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
Каптакс (2-Меркаптобензтиазол)	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0
Паста на основе природных цеолитов и дибутилфталата	5	10	15	20	0	25

Таблица 2
Показатель	Резиновая смесь
	Известная	По изобретению	Контрольные
		1	2	3	4	5	6
Условная прочность при растяжении, МПа	13,6	11,8	12,2	12,4	11,4	11,6	10,4
Относительное удлинение при разрыве, %	333	262	239	242	251	256	250
Условное напряжение при удлинении	3,5	4,7	4,9	4,8	4,6	3,5	4,4
100%, МПа
Коэффициент морозостойкости
при растяжении при -50°С	0,81	0,83	0,85	0,90	0,84	0,82	0,82
при сжатии при -35°С	0,61	0,66	0,68	0,70	0,69	0,64	0,64
Остаточная деформация сжатия
(100°С, 72 ч.), %	58,0	56,5	54,6	52,7	56,8	60,6	61,0
Степень набухания %
В АМГ-10 (100°С, 24 ч.),	54,5	50,2	46,5	44,6	48,2	53,1	52,5
В нефти (70°С, 72 ч.),	21,5	17,8	17,4	17,0	19,0	21,0	21,1

1. Морозостойкая резиновая смесь на основе пропиленоксидного каучука, включающая стеариновую кислоту, оксид цинка, 2-меркаптобензтиазол, тиурамдисульфид, технический углерод и серу, отличающаяся тем, что она в качестве технического углерода содержит технический углерод П-803 и дополнительно пасту на основе совместно активированных природных цеолитов и дибутилфталата в соотношении 70:30 при следующем соотношении компонентов смеси, мас.ч.:

Пропиленоксидный каучук СКПО	100,0
Стеариновая кислота	1,0
Природные цеолиты	3,5-14,0
Дибутилфталат	1,5-6,0
Оксид цинка	5,0
2-Меркаптобензтиазол	2,0
Тиурамдисульфид	2,0
Технический углерод П-803	60,0
Сера	1,5

2. Способ получения морозостойкой резиновой смеси по п.1, заключающийся в смешении компонентов резиновой смеси на вальцах, при этом после введения стеариновой кислоты вводят природные цеолиты, которые предварительно подвергают совместной активации с дибутилфталатом в соотношении 70:30 в течение 2 мин в планетарной мельнице с частотой вращения вала электродвигателя 1450 об/мин и частотой вращения барабанов 1290 об/мин.