Резиновая смесь
Владельцы патента RU 2775234:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" (RU)
Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к производству резиновых смесей, используемых для изготовления изделий различного целевого назначения, в том числе производству резиновых смесей для изготовления прокладок рельсовых скреплений железнодорожного пути. Резиновая смесь содержит бутадиен-метилстирольный каучук с содержанием α-метилстирола 22-25 мас. %, изопреновый каучук СКИ-3, дивиниловый каучук с содержанием звеньев цис-1,4 87-95%, N-циклогексил-2-бензтиазолилсульфенамид, тетраметилтиурамдисульфид, N,N'-дитиодиморфолин, 2-меркаптобензтиазол, оксид цинка, стеариновую кислоту, N-изопропил-N'-фенил-n-фенилендиамин, ацетонанил Н, воск ЗВ-П, технический углерод N 220, диоксид кремния Zeosil 1165 MP, гепсол ХКП, каолин, канифоль, N-нитрозодифениламин, масло индустриальное И-12А, транс-полинорборнен и базальтовое волокно. Технический результат - увеличение показателей относительного удлинения при разрыве, уменьшение значений истираемости, изменения массы после суточного воздействия масла индустриального И-20А, изменения условной прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве и твердости после воздействия СЖР-1, обеспечение хороших динамических и диэлектрических свойств резины. 2 табл.
Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к производству резиновых смесей, используемых для изготовления изделий различного целевого назначения, в том числе производству резиновых смесей для изготовления прокладок рельсовых скреплений железнодорожного пути.
В процессе эксплуатации железные дороги создают повышенные уровни шума, вызванные взаимодействием подвижного состава и железнодорожного пути, источники шума подвижного состава также вносят свой вклад в акустическую обстановку. Поэтому актуальным является создание резиновых прокладок скреплений для рельсов с высокими эксплуатационными характеристиками, а также звукопоглощающими свойствами на основе специальных полимеров. Одним из таких полимеров, применяемых в качестве звуко- и вибропоглощающего материала, является транс-полинорборнен. К вибропоглощающим материалам также относятся полимерные композиции, содержащие волокнистые наполнители. К таким перспективным наполнителям относится базальтовое волокно. Сырьем для получения базальтового волокна являются базальты. Они составляют примерно треть изверженных пород, образующих земную кору. Главными породообразующими оксидами являются SiO2 (48,8-51,0%), Al2O3 (14,0-15,6%), СаО (10%), FeO + Fe2O3 (7,3-13,3%), MgO (6,2-16,0%). Кроме того, в состав базальта входят Na2O, K2O, MnO и TiO2 (до 4%) [Джигирис Д.Д., Махова М.Ф. Основы производства базальтовых волокон и изделий. - М.: Теплоэнергетик, 2002. - 416 с.].
Известна резиновая смесь, включающая бутадиен-нитрильный каучук, с содержанием нитрила акриловой кислоты (НАК) до 40 мас. %, бутадиен-метилстирольный каучук СК(М)С-30АРКМ-15, цис-изопреновый каучук СКИ-3, серу молотую маслонаполненную, тиурам Д, альтакс, каптакс, оксид цинка, диоксид титана пигментный, стеариновую кислоту, агидол-2, сажу белую БС-100, росил-175, дибутилфталат, зеосил 1165, микросферы полые корундовые HCM-L, структол, техуглерод Н 220, гепсол ХПК, сантогард PVI, вухтазин РВ/Г, канифоль и/или смолу нефтеполимерную «Сибпласт» (RU 2700075 С1, опубл. 12.09.2019).
Недостатком данной резины на основе указанной резиновой смеси является недостаточно высокие показатели условной прочности при растяжении и твердости.
Известна резиновая смесь для изготовления подрельсовых и нашпальных прокладок-амортизаторов рельсовых скреплений на основе бутадиенстирольного с содержанием стирола 22-25 мас. % и дивинилового с содержанием звеньев цис-1,4 87-95% каучуков, включающая вулканизующую группу, состоящую из серы, 2-меркаптобензтиазола, N,N'-дитиодиморфолина, расплава ω,ω'-гексахлорпараксилола в защитном воске, стеариновой кислоты и оксида цинка, N-фенил-N'-изопропил-n-фенилендиамин, полимеризованный 2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолин, технический углерод с удельной геометрической поверхностью 33-36 м2/г, каолин, инден-кумароновую смолу, диэтилдитиокарбамат цинка, нефтяной парафиновый воск и мел (RU 2326901 С1, опубл. 20.06.2008).
Недостатком этой резины на основе указанной резиновой смеси является недостаточно высокие показатели условной прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве и твердости.
Наиболее близкой по технической сущности является резиновая смесь для изготовления подрельсовых прокладок - амортизаторов рельсовых скреплений, включающая бутадиен-метилстирольный каучук с содержанием α-метилстирола 22-25 мас. %, изопреновый каучук СКИ-3, дивиниловый каучук с содержанием звеньев цис-1,4 87-95%, серу, N,N'-дитиодиморфолин, N-циклогексил-2-бензтиазолилсульфенамид, оксид цинка, стеариновую кислоту, N-изопропил-N'-фенил-n-фенилендиамин, ацетонанил Н, воск ЗВ-П, технический углерод N 220, полые корундовые микросферы HCM-L, гепсол ХКП, каолин, канифоль, масло индустриальное И-12А, транс-полинорборнен (RU 2739188 С1, опубл. 15.01.2019).
Недостатком этой резины на основе указанной резиновой смеси являются недостаточно высокие показатели относительного удлинения при разрыве, большие значения истираемости, величин изменения массы после суточного воздействия масла индустриального И-20А, изменения условной прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве и твердости после воздействия СЖР-1, а также отсутствие данных о диэлектрических свойствах - показателя удельного объемного электрического сопротивления.
Задачей изобретения является создание резиновой смеси на основе комбинации бутадиен-метилстирольного с содержанием α-метилстирола 22-25 мас. %, дивинилового с содержанием звеньев цис-1,4 87-95% и изопренового СКИ-3 каучуков с улучшенными показателями относительного удлинения при разрыве, с меньшими показателями истираемости и изменениями массы после суточного воздействия масла индустриального И-20А, изменения условной прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве и твердости после воздействия СЖР-1, а также хорошими динамическими и диэлектрическими характеристиками резины, которая может найти применение при производстве железнодорожных прокладок рельсовых скреплений и расширит арсенал средств данного назначения.
Технический результат - увеличение показателей относительного удлинения при разрыве, уменьшение значений истираемости, изменения массы после суточного воздействия масла индустриального И-20А, изменения условной прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве и твердости после воздействия СЖР-1, обеспечение хороших динамических и диэлектрических свойств резины.
Технический результат достигается тем, что резиновая смесь для изготовления прокладок рельсовых скреплений железнодорожного пути, включающая изопреновый каучук СКИ-3, бутадиен-метилстирольный каучук с содержанием α-метилстирола 22-25 мас. %, дивиниловый каучук с содержанием звеньев цис-1,4 87-95% (СКД), вулканизующий агент - N,N'-дитиодиморфолин, ускоритель вулканизации - N-циклогексил-2-бензтиазолилсульфенамид, активаторы вулканизации - оксид цинка, стеариновую кислоту, противостарители - N-изопропил-N'-фенил-n-фенилендиамин, ацетонанил Н, воск ЗВ-П, модификатор для резиновых смесей на основе гексахлорпараксилола и хлорированного парафина - гепсол ХКП, наполнитель -технический углерод N 220, мягчители - масло индустриальное И-12А, канифоль, полимерный наполнитель - транс-полинорборнен, согласно изобретению, она дополнительно содержит вулканизующий агент - тетраметилтиурамдисульфид, ускоритель вулканизации - 2-меркаптобензтиазол, замедлитель подвулканизации - N-нитрозодифениламин, наполнитель - диоксид кремния Zeosil 1165 MP, волокнистый наполнитель - базальтовое волокно при следующем соотношении исходных компонентов, мас. ч.:
| Изопреновый каучук СКИ-3 | 45,0-50,0 |
| Бутадиен-метилстирольный каучук с содержанием | |
| α-метилстирола 22-25 мас. % | 38,0-48,0 |
| Дивиниловый каучук с содержанием | |
| звеньев цис-1,4 87-95% | 7,0-15,0 |
| N-циклогексил-2-бензтиазолилсульфенамид | 1,5-2,0 |
| Тетраметилтиурамдисульфид | 1,5-2,0 |
| N,N'-дитиодиморфолин | 1,5-2,0 |
| 2-меркаптобензтиазол | 0,3-0,5 |
| Оксид цинка | 4,0-5,0 |
| Стеариновая кислота | 1,0-1,5 |
| N-изопропил-N'-фенил-n-фенилендиамин | 1,5-2,0 |
| Ацетонанил Н | 0,5-1,0 |
| Воск ЗВ-П | 0,5-1,0 |
| Технический углерод N 220 | 38,0-42,0 |
| Диоксид кремния Zeosil 1165 MP | 18,0-20,0 |
| Гепсол ХКП | 1,0-2,0 |
| Канифоль | 1,0-1,5 |
| N-нитрозодифениламин | 0,8-1,0 |
| Масло индустриальное И-12А | 24,0-26,0 |
| транс-Полинорборнен | 24,0-26,0 |
| Базальтовое волокно | 4,0-6,0 |
Введение ингредиентов выше или ниже предельных значений приводит к ухудшению выходных характеристик резиновой смеси и вулканизатов.
Отличительными признаками заявляемого изобретения является не использованное ранее сочетание вышеперечисленных ингредиентов, применяемых в оптимальном количественном соотношении.
Введение порошкообразного транс-полинорборнена в резиновую смесь не представляется возможным из-за его плохого совмещения с матрицей каучуков. Для улучшения совместимости транс-полинорборнена с матрицей каучуков была разработана каучукоподобная композиция транс-полинорборнена с маслом индустриальным И-12А при температуре 70-80°С в течение 1,5-2,0 ч. Полученную композицию использовали для изготовления резиновой смеси.
Прокладки рельсовых скреплений также используются для предотвращения перемещения электрического тока (электроизоляции) на смежные рельсы. Для достижения высоких диэлектрических свойств (удельного объемного электрического сопротивления) резин в их состав вводят волокнистые наполнители, в числе которых является базальтовое волокно.
Совокупное сочетание известных ингредиентов в оптимальном количественном соотношении позволяет получить необходимый технический результат: повышение относительного удлинения при разрыве, уменьшение значений истираемости, изменения массы после суточного воздействия масла индустриального И-20А, изменения условной прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве и твердости после воздействия СЖР-1.
По мнению заявителей, данная резиновая смесь неизвестна и можно сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «новизна».
Так как заявленная совокупность существенных признаков проявляет новые свойства, позволяющие получить изменение количественной меры технического результата, а именно повышение относительного удлинения при разрыве, понижение истираемости, показателей изменения массы после суточного воздействия масла индустриального И-20А, изменения условной прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве и твердости после воздействия СЖР-1 по сравнению с известной резиной, а также улучшение значений модуля упругости, повышение тангенса угла механических потерь вулканизатов и высокие значения удельного объемного электрического сопротивления, то можно сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «изобретательный уровень».
Заявляемую резиновую смесь изготавливали из следующих материалов:
Бутадиен-метилстирольный каучук с содержанием а-метилстирола 22-25 мас. % (ГОСТ 15627-79); изопреновый каучук СКИ-3 (ГОСТ 14925-79); дивиниловый каучук с содержанием звеньев цис-1,4 87-95% (ГОСТ 14924-75); N-циклогексил-2-бензтиазолилсульфенамид (ТУ 113-00-05761637-02-95); тетраметилтиурамдисульфид (ГОСТ 740-76); N,N'-дитиодиморфолин (ТУ 2478033-05807983-2002); 2-меркаптобензтиазол (ГОСТ 739-74); оксид цинка (ГОСТ 202-84); стеариновая кислота (ГОСТ 6484-96); N-изопропил-N'-фенил-n-фенилендиамин (ТУ 2492-057-05761637-2005); ацетонанил Н (ТУ 2492-542-05763441-2013); воск ЗВ-П (ТУ 38.1011290-90); технический углерод N 220 (ТУ 38 41558-97); диоксид кремния Zeosil 1165 MP (производство компании «Solvay», Бельгия); гепсол ХКП (ТУ 6-01-5-81-97); канифоль (ГОСТ 19113-84); N-нитрозодифениламин (ТУ 6-14-907-88); масло индустриальное И-12А (ГОСТ 20799-88); транс-полинорборнен (производство компании «Astron Industriebeteiligungs GmbH», Австрия), базальтовое волокно (паспорт компании «Вербер Реновэйшн Групп», Чебоксары). В предлагаемой резиновой смеси могут использоваться аналоги каучуков и ингредиентов, выпускаемые различными фирмами.
Резиновую смесь готовили смешением всех рецептурных компонентов с последующим вальцеванием на вальцах ЛБ 320 160/160.
Составы резиновых смесей приведены в табл. 1. Физико-механические показатели вулканизатов приведены в табл. 2. Исследования физико-механических свойств резин осуществлялись по стандартным методикам: условную прочность при растяжении и относительное удлинение при разрыве определяли по ГОСТ 270-75; твердость по Шору А - по ГОСТ 263-75; сопротивление раздиру - по ГОСТ 262-79; относительную остаточную деформацию сжатия - по ГОСТ 9.029-74; сопротивление истиранию - по ГОСТ 426-77; стойкость к действию агрессивных углеводородных сред - по ГОСТ 9.030-74. Удельное объемное электрическое сопротивление вулканизатов исследовали на тераомметре Е6-13А при напряжении 100 В и комнатной температуре. Динамические параметры (тангенс угла механических потерь (является количественной мерой звукопоглощающих свойств), модуль упругости) вулканизатов резиновой смеси определяли при температуре 20°С на динамическом механическом анализаторе Metravib VHF 104 при резонансной частоте 1000 Гц согласно ГОСТ 23326-78.
Из данных таблицы 2 следует, что вулканизаты резиновой смеси обладают высокими значениями относительного удлинения при разрыве, меньшими величинами истираемости, а также меньшими изменениями массы после суточного воздействия масла индустриального И-20А, условной прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве и твердости после воздействия СЖР-1 по сравнению с прототипом. Данные вулканизаты резиновой смеси характеризуются достаточно высокими значениями удельного объемного электрического сопротивления и хорошими показателями модуля упругости, тангенса угла механических потерь, что позволяет рекомендовать ее для изготовления прокладок рельсовых скреплений.
Учитывая вышеизложенное, по мнению заявителя, изобретение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Резиновая смесь для изготовления прокладок рельсовых скреплений железнодорожного пути, включающая изопреновый каучук СКИ-3, бутадиен-метилстирольный каучук с содержанием α-метилстирола 22-25 мас. %, дивиниловый каучук с содержанием звеньев цис-1,4 87-95% (СКД), вулканизующий агент - N,N'-дитиодиморфолин, ускоритель вулканизации - N-циклогексил-2-бензтиазолилсульфенамид, активаторы вулканизации - оксид цинка, стеариновую кислоту, противостарители - N-изопропил-N'-фенил-n-фенилендиамин, ацетонанил Н, воск ЗВ-П, модификатор для резиновых смесей на основе гексахлорпараксилола и хлорированного парафина - гепсол ХКП, наполнитель - технический углерод N 220, мягчители - масло индустриальное И-12А, канифоль, полимерный наполнитель - транс-полинорборнен, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит вулканизующий агент - тетраметилтиурамдисульфид, ускоритель вулканизации - 2-меркаптобензтиазол, замедлитель подвулканизации - N-нитрозодифениламин, наполнитель - диоксид кремния Zeosil 1165 MP, волокнистый наполнитель - базальтовое волокно при следующем соотношении исходных компонентов, мас. ч.:
| Изопреновый каучук СКИ-3 | 45,0-50,0 |
| Бутадиен-метилстирольный каучук с содержанием | |
| α-метилстирола 22-25 мас. % | 38,0-48,0 |
| Дивиниловый каучук с содержанием | |
| звеньев цис-1,4 87-95% | 7,0-15,0 |
| N-циклогексил-2-бензтиазолилсульфенамид | 1,5-2,0 |
| Тетраметилтиурамдисульфид | 1,5-2,0 |
| N,N'-дитиодиморфолин | 1,5-2,0 |
| 2-Меркаптобензтиазол | 0,3-0,5 |
| Оксид цинка | 4,0-5,0 |
| Стеариновая кислота | 1,0-1,5 |
| N-изопропил-N'-фенил-n-фенилендиамин | 1,5-2,0 |
| Ацетонанил Н | 0,5-1,0 |
| Воск ЗВ-П | 0,5-1,0 |
| Технический углерод N 220 | 38,0-42,0 |
| Диоксид кремния Zeosil 1165 MP | 18,0-20,0 |
| Гепсол ХКП | 1,0-2,0 |
| Канифоль | 1,0-1,5 |
| N-нитрозодифениламин | 0,8-1,0 |
| Масло индустриальное И-12А | 24,0-26,0 |
| Транс-Полинорборнен | 24,0-26,0 |
| Базальтовое волокно | 4,0-6,0 |
