Цеолитосодержащая морозостойкая резиновая смесь
Изобретение относится к резиновой промышленности, к получению морозо-, износостойких резин на основе бутадиен-нитрильного каучука. Каучук содержит 17-23 мас.% нитрила акриловой кислоты. Резиновая смесь включает серу, оксид цинка, N,N-дифенилгуанидин, технический углерод П803. В резиновую смесь дополнительно вводят полимерную композицию сверхвысокомолекулярного полиэтилена с природным цеолитом при их массовом соотношении 10-30:0,5-2,0 в количестве 10,5-32,0 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука. Природный цеолит подвергают предварительно механической активации. Изобретение позволяет существенно улучшить морозостойкость, маслостойкость резин, что увеличивает ресурс работы уплотнительных устройств, используемых в подвижных узлах трения при естественно-низких температурах. 2 табл.
Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к разработке морозо-, износо-, маслостойких резин на основе бутадиен-нитрильного каучука СКН-18 для изготовления уплотнительных деталей, используемых в подвижных узлах механизмов, эксплуатирующихся в условиях низких температур.
Известно, что для изготовления маслобензостойких, износостойких манжет и уплотнителей используют резиновые смеси на основе бутадиен-нитрильного каучука [1].
Известны резиновые смеси на основе бутадиен-нитрильного каучука (БНКС-18), включающие наполнители, активаторы вулканизации, ускорители вулканизации, мягчители, диспергаторы и серу (возможно введение других целевых добавок) [2]. При этом улучшаются технологические свойства резиновой смеси (пластичность, шприцуемость и др.) и технические параметры резин (прочностные характеристики, маслобензостойкость). Однако резины на основе БНКС-18 имеют невысокие триботехнические показатели и морозостойкость.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленной смеси является резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-23 мас.%, включающая серу, N,N-дифенилгуанидин, ди-(2-бензотиазолил) дисульфид, оксид цинка, стеариновую кислоту, альдоль-α-нафтиламин, N-(4-гидроксифенил) нафтиламин-2, N-(1,3-диметилбутил)-N′-фенилендиамин-1,4, технический углерод П803 с удельной поверхностью 12-18 м2/г, дибутилфталат, дисульфид молибдена, β-сиалон общей формулы Si6-XAlXOXN8-X, где х=0,8÷4 и фторопласт-4МБ (прототип - RU 2125068 С1, 1996).
К недостаткам известной резиновой смеси следует отнести недостаточные морозо- и износостойкость.
Целью изобретения является повышение морозостойкости и износостойкости бутадиен-нитрильной резины.
Поставленная цель достигается тем, что резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-23 мас.%, включающая серу, N,N′-дифенилгуанидин, ди-(2-бензотиазолил) дисульфид, оксид цинка, стеариновую кислоту, альдоль-α-нафтиламин, N-(4-гидроксифенил) нафтиламин-2, N-(1,3-диметилбутил)-N′-фенилендиамин-1,4, технический углерод П803 с удельной поверхностью 12-18 м2/г, дибутилфталат, дополнительно содержит вместо дисульфида молибдена, β-сиалона и фторопласта-4МБ полимерную композицию сверхвысокомолекулярного полиэтилена с природным цеолитом, подвергнутым механической активации, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Бутадиен-нитрильный каучук с содержанием нитрила | |
| акриловой кислоты 17-23 мас.% | 100,00 |
| Сера | 2,45-2,65 |
| N,N′-Дифенилгуанидин | 0,20-0,30 |
| Ди(2-бензотиазолил)дисульфид | 2,6-2,8 |
| Оксид цинка | 7,40-7,60 |
| Альдоль-α-нафтиламин | 3,80-4,20 |
| N-(4-Гидроксифенил)нафтиламин-2 | 0,90-1,10 |
| N-(1,3-Диметилбутил)-N′-фенилендиамин-1,4 | 0,80-1,20 |
| Технический углерод П803 | 128-132 |
| Стеариновая кислота | 0,80-1,20 |
| Дибутилфталат | 18,0-22,0 |
| Полимерная композиция сверхвысокомолекулярного | |
| Полиэтилена с природным цеолитом, подвергнутым | |
| механической активации, при их массовом | |
| соотношении 10-30:0,5-2,0 | 10,5-32,0 |
Природный цеолит месторождения Хонгуруу Республики Саха (Якутия) представляет собой каркасный алюмосиликат, во внутрикристаллическом пространстве которого размещены обменные катионы щелочных и щелочно-земельных металлов и молекулы воды.
Цеолиты называют также молекулярными ситами, поскольку в их кристаллах имеется развитая система пор и каналов молекулярного размера, что обуславливает их уникальные адсорбционные свойства. Химический состав цеолита: SiO2 - 63-68%, Al2О3 - 11-13%, Na2O - 2-5%, СаО - 0,67-1,77%, TiO2, Fe2O3, FeO - остальное. Общая формула может быть показана следующим образом:
Me2/nO·Al2O3·xSiO2·yH2O,
где Me - катион щелочного или щелочно-земельного металла, n - его валентность.
Размер частиц составляет 1,6-4 мкм, плотность 0,62-0,72 г/см3.
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) - белый кристаллический полимер (степень кристалличности - 49%) с молекулярной массой 2000000, относящийся к классу полиэтиленов высокой плотности, обладает высокими морозо-, влаго-, износостойкостью, химической инертностью и низким коэффициентом трения.
Перед введением в эластомерную смесь цеолиты прокаливают при температуре 450°С и времени прокаливания 60 минут. Затем для удаления адсорбционной воды цеолиты подвергают механической активации, которая происходит за счет центробежных сил при вращении барабанов вокруг общей и планетарной осей мельницы АГО-2с (время активации - 2 мин, частота вращения вала электродвигателя - 1450 об/мин, частота вращения барабанов - 1290 об/мин). Активация приводит к диспергированию частиц и повышению структурной активности природного цеолита:
удельный объем пор (см3/г) увеличивается в 1,3 раза;
удельная геометрическая поверхность (м2/г) увеличивается в 1,5 раза.
Прокаленные природные цеолиты, подвергнутые механической активации, вводят в порошкообразный сверхвысокомолекулярный полиэтилен путем сухого смешения в лопастном смесителе в течение 2-3 минут. Таким образом, получают полимерную композицию, которую затем вводят на вальцах в резиновую смесь в течение 5 мин при температуре валков 50-60°С. Вулканизацию проводят при температуре 155°С в течение 20 мин. Выдержка вулканизатов до испытаний не менее 6 часов. Состав резиновых смесей приведен в табл.1.
Физико-механические показатели вулканизатов определяют по ГОСТ 270-75, объемный износ при абразивном истирании по ГОСТ 25509-79, коэффициент морозостойкости по эластическому восстановлению после сжатия по ГОСТ 13808-79, степень набухания в углеводородной среде по ГОСТ 9.030-74.
Свойства вулканизатов приведены в табл.2.
Технико-экономическая эффективность
Использование данного изобретения позволяет существенно повысить морозостойкость и износостойкость резин, что приведет к увеличению ресурса работы уплотнений, изготовленных из этих резин и используемых в узлах трения машин и механизмов, эксплуатирующихся при естественно-низких температурах.
Как видно из приведенных данных, вулканизаты из резиновой смеси заявляемого состава превосходят резины из известной смеси (прототипа): морозостойкость увеличилась в 1,2 раза, объемный износ при абразивном истирании уменьшился в 1,2 раза (т.е. износостойкость увеличилась в 1,2 раза) при сохранении уровня прочности при растяжении и маслостойкости.
Источники информации
1. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник. / Под ред. А.И.Голубева, Л.А.Кондакова. - М.: Машиностроение, 1986. - 464 с.
2. Федюкин Д.Л., Махлис Ф.А. Технические и технологические свойства резин. - М.: Химия, 1985. - 217 с.
3. Челищев Р.Ф., Беренштейн Б.Г, Володин В.Ф. Цеолиты - новый тип минерального сырья. - М.: Недра, 1987. - 176 с.
| Таблица 1 | |||||||||
| Состав резиновых смесей | |||||||||
| Ингредиент | Состав, мас.ч. | ||||||||
| известная | по изобретению | контрольные | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| Бутадиен-нитрильный каучук с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-23 мас.% | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
| Сера | 2,5 | 2,45 | 2,65 | 2,50 | 2,45 | 2,50 | 2,50 | 2,50 | 2,50 |
| N,N′-Дифенилгуанидин | 0,25 | 0,20 | 0,30 | 0,25 | 0,20 | 0,25 | 0,25 | 0,25 | 0,25 |
| Ди(2-бензотиазолил)дисульфид | 2,7 | 2,60 | 2,80 | 2,70 | 2,60 | 2,70 | 2,70 | 2,70 | 2,70 |
| Оксид цинка | 7,5 | 7,40 | 7,60 | 7,50 | 7,40 | 7,50 | 7,50 | 7,50 | 7,50 |
| Альдоль-α-нафталамин | 4,0 | 3,80 | 4,20 | 4,00 | 3,80 | 4,00 | 4,00 | 4,00 | 4,00 |
| N-(4-Гидроксифенил)нафтиламин-2 | 1,0 | 0,90 | 1,10 | 1,00 | 0,90 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,0 |
| N-(1,3-Диметилбутил)-N′-фенилендиамин-1,4 | 1,0 | 0,80 | 1,20 | 1,00 | 0,80 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 |
| Технический углерод П803 | 130,0 | 128,0 | 132,0 | 130,0 | 128,0 | 130,0 | 130,0 | 130,0 | 130,0 |
| Стеариновая кислота | 1,0 | 0,80 | 1,20 | 1,00 | 0,80 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 |
| Дибутилфталат | 20,0 | 18,0 | 22,0 | 20,0 | 18,0 | 20,0 | 20,0 | 20,0 | 20,0 |
| Полимерная композиция сверхвысокомолекулярного полиэтилена с прокаленным природным цеолитом, подвергнутым механической активации | 10,5 | 21,0 | 32,0 | 31,0 | 42,5 | 5,5 | 22,5 | 41,0 |
| Таблица 2 | |||||||||
| Свойства вулканизатов | |||||||||
| Показатель | Резиновая смесь по примерам | ||||||||
| известная | по изобретению | контрольные | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| Условная прочность при растяжении, МПа | 13,8 | 12,9 | 13,5 | 14,2 | 14,5 | 10,6 | 13,2 | 11,4 | 9,8 |
| Относительное удлинение при разрыве, % | 235 | 263 | 251 | 210 | 208 | 165 | 280 | 196 | 203 |
| Коэффициент морозостойкости по эластическому восстановлению после сжатия, 20% при - 50°С | 0,468 | 0,567 | 0,614 | 0,687 | 0,654 | 0,423 | 0,461 | 0,398 | 0,415 |
| Объемный износ при абразивном истирании, см3 | 0,131 | 0,105 | 0,086 | 0,048 | 0,056 | 0,120 | 0,162 | 0,141 | 0,128 |
| Степень набухания в масле АМГ-10 при 70°С в течение 72 ч, % | -0,018 | -0,017 | -0,016 | -0,016 | -0,015 | -0,018 | -0,020 | -0,021 | -0,016 |
| Коэффициент трения | 0,82 | 0,91 | 0,90 | 0,83 | 0,85 | 0,98 | 0,91 | 0,92 | 0,82 |
Резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-23 мас.%, включающая серу, N,N-дифенилгуанидин, ди-(2-бензотиазолил)дисульфид, оксид цинка, стеариновую кислоту, альдоль-α-нафтиламин, N-(4-гидроксифенил)нафтиламин-2, N-(1,3-диметилбутил)-N-фенилендиамин-1,4, технический углерод П803 с удельной поверхностью 12-18 м2/г, дибутилфталат, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит полимерную композицию сверхвысокомолекулярного полиэтилена с природным цеолитом, подвергнутым механической активации, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| бутадиен-нитрильный каучук с содержанием | |
| нитрила акриловой кислоты 17-23 мас.% | 100 |
| сера | 2,45-2,65 |
| N,N′-дифенилгуанидин | 0,2-0,3 |
| ди(2-бензотиазолил)дисульфид | 2,6-2,8 |
| оксид цинка | 7,4-7,6 |
| альдоль-α-нафтиламин | 3,8-4,2 |
| N-(4-гидроксифенил)нафтиламин-2 | 0,9-1,1 |
| N-(1,3-диметилбутил)-N′-фенилендиамин-1,4 | 0,8-1,2 |
| технический углерод П803 | 128-132 |
| стеариновая кислота | 0,8-1,2 |
| дибутилфталат | 18-22 |
| полимерная композиция сверхвысокомолекулярного | |
| полиэтилена с природным цеолитом, подвергнутым | |
| механической активации, при их массовом | |
| соотношении 10-30:0,5-2,0 | 10,5-32,0 |
