Резиновая смесь
Владельцы патента RU 2475504:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (RU)
Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к получению резиновых смесей на основе каучуков общего назначения, и может быть использовано при производстве резинотехнических изделий. Резиновая смесь содержит в мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. изопренового каучука: серу - 1,0-1,5, оксид цинка - 3-5, стеарин - 1,0-1,5, сажу - 30, волластонит, модифицированный хлоридом алкилбензилдиметиламмония - 2-4. Резиновая смесь дополнительно может содержать ускоритель вулканизации альтакс - 0,6 мас.ч. или альтакс - 0,6 мас.ч. и дифенилгуанидин - 3 мас.ч. Изобретение позволяет увеличить условную прочность при разрыве и адгезионную прочность контакта резина-металлокорд. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.
Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к получению резиновых смесей на основе каучуков общего назначения, и может быть использовано при производстве различных резино-технических изделий.
Наиболее близкой по технической сущности является резиновая смесь, содержащая изопреновый каучук, серусодержащий агент вулканизации, оксид цинка, стеарин, сажу, которая дополнительно содержит волластонит, модифицированный органосиланом, при следующем соотношении компонентов в мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. каучука:
| изопреновый каучук | 100 |
| серусодержащий агент вулканизации | 5 |
| оксид цинка | 3-5 |
| стеарин | 1-2 |
| сажа | 10-50 |
| волластонит, модифицированный | |
| органосиланом | 5-70 |
Резиновая смесь дополнительно может содержать пластификатор - парафинонафтеновое масло в количестве 5 мас.ч. и/или стабилизатор в количестве 0,1 мас.ч.,
см. патент RU №2318842, МПК C08L 21/00 (2006.01), С08K 13/02 (2006.01), С08K 3/24 (2006.01), 2008.
Недостатком резин, полученных на основе известной резиновой смеси, является недостаточно высокая условная прочность при разрыве и адгезионная прочность контакта резина-металлокорд.
Задачей изобретения является увеличение условной прочности при разрыве резин и адгезионной прочности контакта резина-металлокорд.
Техническая задача решается тем, что резиновая смесь, содержащая изопреновый каучук, серу, оксид цинка, стеарин, сажу, модифицированный волластонит, она содержит волластонит, модифицированный хлоридом алкилбензилдиметиламмония, при следующем соотношении компонентов в мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. каучука:
| изопреновый каучук | 100 |
| сера | 1-1,5 |
| оксид цинка | 3-5 |
| стеарин | 1-1,5 |
| сажа | 30 |
| волластонит, модифицированный | |
| хлоридом алкилбензилдиметиламмония | 2-4 |
Преимущественное выполнение, когда резиновая смесь дополнительно содержит ускоритель вулканизации альтакс в количестве 0,6 мас.ч. или альтакс в количестве 0,6 мас.ч. и дифенилгуанидин в количестве 3 мас.ч.
Решение технической задачи позволяет увеличить условную прочность при разрыве на 20%, адгезионную прочность контакта резина-металлокорд на 27%.
Характеристика веществ.
Синтетический каучук изопреновый (СКИ-3). ГОСТ 14925-79. Молекулярная масса 500000-1000000 г/моль; плотность 0,91-0,92 г/см3 (910-920 кг/м3). Температура стеклования Тстекл. составляет - 70°С.
Алкилбензилдиметиламмоний хлорид (Товарная марка «Катамин АБ») имеет ТУ 6-01-816-75. Средний молекулярный вес 346-376. Массовая доля алкилдиметилбензиламмоний хлорида в водном растворе составляет 49,0-51,0%, рН водного раствора составляет 6,0.
Сера. ГОСТ 127.4-93. Температура плавления равна 114°С, температура воспламенения равна 261°С. Относительная плотность d20 составляет 1,96 кг/м3.
Технический углерод (ПМ-100). ГОСТ 7885-86.
Стеарин. ГОСТ 6484-96.
Оксид цинка (ZnO). ГОСТ 202-84. Белый порошок, плотность 5500 кг/м3, температура плавления равна 1880°С, размер частиц 0,11-0,33 мкм, чистота 99,8%. Содержание свинца <0,075%.
Дополнительно в качестве ускорителя вулканизации может быть использован: альтакс. ГОСТ 7087-75. Светло-кремовый порошок с плотностью 1540 кг/м3, температурой плавления 170°С и/или дифенилгуанидин (Брутто формула C13H13N3). ГОСТ 40-80. Молекулярный вес 211. Плотность 1,13 г/см3, температура плавления 148°С.
Данные изобретения иллюстрируют примерами конкретного выполнения.
Резиновую смесь готовят путем смешения изопренового каучука, оксида цинка, стеарина, волластонита, модифицированного хлоридом алкилбензилдиметиламмония, сажи, серы в пластикордере «Brabender». Процесс ведут при температуре 70°С в течение 7 минут со скоростью вращения ротора 60 оборотов в минуту. По окончании процесса полученную резиновую смесь дважды пропускают через вальцы.
Пример 1. Резиновую смесь готовят смешением компонентов состава, мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. каучука: изопреновый каучук - 100, оксид цинка - 3, стеарин - 1, волластонит, модифицированный хлоридом алкилбензилдиметиламмония - 2, сажа - 30, сера - 1.
Примеры 2-3. Составы резиновой смеси приведены в таблице.
Пример 4. Резиновую смесь готовят аналогично примеру 2 с введением в состав резиновой смеси ускорителя вулканизации альтакс в количестве 0,6 мас.ч.
Пример 5. Резиновую смесь готовят аналогично примеру 2 с введением в состав резиновой смеси ускорителей вулканизации альтакс в количестве 0,6 мас.ч. и дифенилгуанидин в количестве 3 мас.ч.
Данные по составу резиновой смеси и показатели условной прочности при разрыве и адгезионной прочности контакта резина-металлокорд приведены в таблице.
В качестве исходного волластонита используют волластонит марки Воксил М-100. Плотность 2,9 г/см3, твердость 4,5-5,0, рН=8,5, коэффициент преломления 1,631-1636, имеет игольчатую структуру, характеристическое отношение длины к диаметру 30:1-60:5, удельная поверхность 1000-4000 см2/г, насыпная масса 1000-1500 г/см3. Указанный волластонит подвергают модификации хлоридом алкилбензилдиметиламмония.
Берут волластонит и хлорид алкилбензилдиметиламмония в массовом соотношении, равном 1:0,2. Готовят 1% водную суспензию волластонита. Затем готовят 30%-ый раствор хлорида алкилбензилдиметиламмония в горячей воде (70°С). Далее к 1% водной суспензии волластонита добавляют 30%-ый раствор хлорида алкилбензилдиметиламмония. Полученную смесь перемешивают в колбе со скоростью вращения вала мешалки 1500-2000 оборотов в минуту в течение 2,5 часов. Полученную суспензию выдерживают 24 часа и подвергают центрифугированию с последующим промыванием пятикратным избытком дистиллированной воды. Сушку ведут в течение 3 часов в термошкафу при температуре 105°С. Волластонит, модифицированный хлоридом алкилбензилдиметиламмония, имеет игольчатую структуру с отношением длины к диаметру 25:1-50:5, с удельной поверхностью 1330-4500 см2/г, насыпной плотностью 840-1250 г/см3.
Образцы для испытаний на прочностные свойства резин выполнены на вырубном прессе в виде двухсторонних лопаток толщиной 2±0,2 мм. На разрывной машине РМИ-250 в соответствии с ГОСТ 270-75 осуществляют растяжение образца и измеряют нагрузку, при которой происходит его разрыв. Далее проводят расчеты условной прочности при разрыве.
Испытания по определению адгезионной прочности контакта резина-металлокорд (тип металлокорда - 9Л23) проводят на разрывной машине РМИ-250 в соответствии с ГОСТ 14863-69.
Образцы для испытаний выполнены из листа резиновой смеси массой не менее 70 г и толщиной 3-4 мм. Из данного листа вырезают полоски, в соответствии с размерами пресс-формы и закладывают в гнезда нижней ее части, нагретой до температуры вулканизации (151°С). Нити корда закрепляют на металлической планке, укрепленной на шпильках пресс-формы, и направляют через прорези в бортиках формы. Поверхность пресс-формы также накрывают резиновой смесью. Пресс-форму закрывают крышкой и помещают в вулканизационный пресс. После вулканизации заготовку разрезают на образцы, кордные нити освобождают от попавшей на них резины (без повреждения нити). Образец устанавливают в машину РМИ-250 так, чтобы кордная нить вошла в прорезь держателя без трения и перекоса. Измеряют нагрузку, при которой происходит выдергивание кордной нити из резинового блока.
Вулкаметрический анализ получаемых резиновых смесей проводят на реометре «Monsanto 1500» согласно методике, приведенной в литературе, см. Основные методы физико-химических испытаний эластомеров: учебное пособие / сост. Н.А.Охотина [и др.]; Казан., гос. технол. ун-т. - Казань, 2006. - 156 с. Для проведения анализа берут навески сырой резиновой смеси массой 7 г, вырезают в виде цилиндра диаметром 3-4 см. Реометр прогревают до рабочей температуры 151°С при закрытых плитах. Устанавливают перо самописца на нуль и задают продолжительность вулканизации 30 минут. Оптимальное время вулканизации tc(90) мин определяют по шкале времени от начала записи кривой до момента времени, соответствующего достижению значения крутящего момента, определяемого по формуле М90=Ммин+0,9·ΔМ, где Ммин - минимальный крутящий момент, ΔМ=Ммак-Ммин, где Ммак - максимальный крутящий момент.
Полученные данные по условной прочности при разрыве, адгезионной прочности контакта резина-металлокорд, вязкости по Муни и оптимальному времени вулканизации сведены в таблицу.
Результаты проведенных исследований показали, что заявляемая резиновая смесь с использованием в своем составе волластонита, модифицированного хлоридом алкилбензидиметиламмония, позволяет увеличить условную прочность при разрыве резин на 20% и адгезионную прочность контакта резина-металлокорд на 27% при сохранении вязкости по Муни и оптимального времени вулканизации на уровне прототипа.
| Таблица | ||||||
| Состав резиновой смеси, мас.ч. | Прототип | По заявляемому объекту | ||||
| Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | Пример 4 | Пример 5 | ||
| Изопреновый каучук | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Сера | 1 | 1 | 1,25 | 1,5 | 1,25 | 1,25 |
| Оксид цинка | 5 | 3 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| Стеарин | 1 | 1 | 1,25 | 1,5 | 1,25 | 1,25 |
| Сажа | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| Альтакс | 0,6 | - | - | - | 0,6 | 0,6 |
| Дифенилгуанидин | 3 | - | - | - | - | 3 |
| Волластонит, модифицированный хлоридом алкилбензилдиметиламмония | - | 2 | 3 | 4 | 3 | 3 |
| Волластонит, модифицированный органосиланом | 10 | - | - | - | - | - |
| Свойства резин | ||||||
| Условная прочность при разрыве, кгс/см2 | 195 | 224 | 236 | 231 | 232 | 235 |
| Адгезионная прочность контакта резина-металлокорд (9Л23), Н | 13,0 | 14,0 | 16,5 | 16,0 | 16,0 | 16,2 |
| Вязкость по Муни | 13,5 | 14,0 | 13,5 | 13,0 | 13,5 | 13,5 |
| Оптимальное время вулканизации, мин | 15 | 20 | 20 | 20 | 15 | 10 |
1. Резиновая смесь, содержащая изопреновый каучук, серу, оксид цинка, стеарин, сажу, модифицированный волластонит, отличающаяся тем, что резиновая смесь содержит волластонит, модифицированный хлоридом алкилбензилдиметиламмония, при следующем соотношении компонентов, мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. каучука:
| изопреновый каучук | 100 |
| сера | 1,0-1,5 |
| оксид цинка | 3-5 |
| стеарин | 1,0-1,5 |
| сажа | 30 |
| волластонит, модифицированный | |
| хлоридом алкилбензилдиметиламмония | 2-4 |
2. Резиновая смесь по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ускоритель вулканизации альтакс в количестве 0,6 мас.ч.
3. Резиновая смесь по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ускорители вулканизации альтакс в количестве 0,6 мас.ч. и дифенилгуанидин в количестве 3 мас.ч.
