Способи виробництва та методи модифікації гумової суміші для виробництва сальника реактивної

Федеральне агентство з освіти

Державна освітня установа вищої професійної освіти

«ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

Спеціальність

кафедра природничих наук

ВИПУСКНА КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА

На тему «Способи виробництва та методи модифікації гумової суміші для виробництва сальника реактивної штанги з метою зменшення собівартості і збільшення продуктивності»

2009

Введення

Гума являє собою складну багатокомпонентну систему, до складу якої крім каучуку входить до 10-15, а іноді і більше різноманітних речовин (інгредієнтів). Свої цінні технічні властивості гума набуває в завершальному циклі її виробництва - у процесі вулканізації. [1]

Специфічні властивості гуми - висока еластичність, здатність до великих оборотним деформаціям при статичних і динамічних навантажень, стійкість до дії активних хімічних речовин, мала водо-і газопроникність, добрі діелектричні і інші властивості - зумовили її широке застосування в різних галузях техніки. [2]

Виробництво гумових виробів - велика галузь промисловості, продукція якої використовується у всіх галузях народного господарства. Основним споживачем гумових виробів (шин, гальмівних пристроїв, губчастих виробів і різноманітних деталей) є сучасний транспорт - автомобільний, повітряний, залізничний. Як найцінніший ізоляційний матеріал, що поєднує діелектричні властивості з еластичністю і стійкістю до різних атмосферних впливів, гума широко застосовується в електротехнічній промисловості (при виробництві кабелю, різних електричних приладів тощо).

Широко застосовуються в народному господарстві різноманітні гумотехнічні вироби: транспортерні конвеєрні стрічки для вантажно-розвантажувальних робіт, гнучкі гумові шланги і ремені для передачі обертального руху від вала двигуна на вали машин і механізмів, ущільнювальні деталі (сальники, прокладки), муфти, амортизатори та інші. Досить сказати, що в конструкцію сучасного автомобіля входять сотні гумових, гумово і резінотекстільних деталей.

Основною сировиною для виготовлення гуми є каучуки - синтетичні і натуральний. Технічні властивості гум залежать головним чином від типу каучуку, з якого вони виготовлені.

Внаслідок широкого різноманітності умов експлуатації гумових виробів для їх виробництва застосовуються каучуки різних типів. Так, олію - бензостійкі гумові вироби готують з синтетичних бутадієн-нітрильних або хлоропреновий каучуків. Для виробництва виробів, що піддаються дії високих температур, застосовуються теплостійкі силоксанові каучуки і фторовмісні полімери. Високий опір динамічним деформацій і зношування автомобільних шин досягається застосуванням натурального і синтетичних стереорегулярних ізопреновий і бутадієновий каучук або їх комбінацій, а також бутадієн-стирольного каучуку. Подібних прикладів дуже багато.

Однак властивості гумових виробів залежать не тільки від типу каучуку, а й від інгредієнтів, що застосовуються для виготовлення гуми (вулканізуючих речовини, прискорювачі й активатори процесу вулканізації, наповнювачі, пластифікатори, противостарители, спеціальні речовини).

В даний час ГТВ випускають близько 50 спеціалізованих підприємств, [3] при цьому нові заводи, введені в дію в останнє десятиліття (Ангрен, Балаково, Барнаул, Караганда та ін), які використовують сучасну технологію й устаткування.

У виробництві ГТВ широке застосування отримали комплектуючі деталі. Найбільш відповідальними комплектуючими деталями, що мають точні розміри і гладку зовнішню поверхню, є формові деталі. Серед них велике значення мають сальники гумові й резинометалличні.

Сальник [4] - ущільнення, герметизуюче місце зіткнення рухомої і нерухомої частин машини. Вони призначені для запобігання перетікання мастила з одного простору в інше, для запобігання витоку мастила із механізмів, для захисту механізмів від проникнення всередину їх пилу і бруду ззовні, в місцях виходу назовні валів і осей, для обмеження ходу мостів вгору і пом'якшення їх ударів об раму , для захисту від проникнення в них ззовні пилу і бруду на лонжеронах. Штовхає зусилля і реактивні моменти передаються на раму шістьма реактивними штангами.

Сальники в автомобілях експлуатуються в середовищі масел, що викликають підвищений набухання гуми, і в середовищі води. Температура при експлуатації сальників може бути: від -30 до +100 ° С в середовищі масел і від +4 до 4-100 ° С в середовищі води. Надмірний тиск до 0,5-10 ⁵ Па; окружна швидкість - не більше 10 м / с.

По конфігурації, розмірам, допускам та іншим вимогам сальники повинні відповідати кресленням заводу-замовника. Робоча кромка сальника повинна бути гострою і рівною; задирки і фаски не допускаються. Кільце жорсткості має бути щільно прівулканізовано до гуми сальника. Кожен сальник має певний номер, наприклад, № 51-170 1210 А - сальник задньої кришки коробки передач автомобіля ГАЗ-51; № 12-2401060Б - сальник внутрішнього підшипника заднього моста для легкового автомобіля «Волга» і т.д. [5]

В даний час існує велика різноманітність складів для отримання сальників. Однак застосування нових моделей автомобілів неминуче призводить і до модифікації гумових сумішей, і до удосконалення технологічного процесу одержання даних комплектуючих деталей.

1. Технологічний розділ

1.1 Огляд літератури з обгрунтуванням вибору технічного рішення

Сировина і матеріали для виробництва сальника реактивної штанги

Широкі області застосування комплектуючих РТВ (зокрема, сальників) припускають використання великого асортименту гумових сумішей, що характеризуються різноманітністю технологічних властивостей. Для забезпечення цих властивостей важливий правильний вибір каучукової основи. Для виготовлення різноманітних ущільнювачів (сальників) використовують в основному синтетичні каучуки, такі як бутадієн-нітрильних каучук (СКН), Наїріт, бутилкаучук, фторкаучук (СКФ), ізопреновий каучуки (СКІ-3), етілпропіленовие (СКЕП і СКЕПТ), бутадієновий (СКД ), акрилові каучуки і т.д.

Ізопреновий каучук близький за властивостями до НК, але має більш низьку когезійну міцність і клейкість гумових сумішей на їх основі. У той же час має більш високу плинність, що полегшує їх переробку формуванням і литтям під тиском. [5]

Бутадієновий каучук стереорегулярних. Мають високу морозостійкість, стійкістю до стирання. Гумові суміші на їх основі погано переробляються екструзією і каландрование. Для поліпшення цих властивостей додають НК і ізопреновий каучук. [5]

Бутадієновий і бутадіенметастірольние каучуки виробляють у широкому асортименті і великому обсязі. Це пояснюється порівняно простою технологією, доступністю вихідних мономерів (бутадієну і стиролу) і високими фізико-механічними властивостями цих каучуків. Гуми на їх основі мають високий опір стирання (60-69 ПМ2 / Дж в стандартних сумішах). [5]

Бутадієн-нітрильних каучук. Основний тип маслобензостойкой каучуку, широко застосовується при виготовленні дуже великого асортименту ГТВ. [5]

Акрилові каучуки мають високу тепло і маслостійкість. По теплостійкості вони поступаються тільки силоксанових і фторкаучуку. Гранична робоча температура для них 200 ^о С. Це один із синтетичних каучуків, здатних протистояти впливу сірку містять масел і мастил, тобто задовольняти вимогам до ущільнювальним матеріалами в автомобілебудуванні. Недолік гум з акрилових каучуків - низька еластичність і невисокі міцнісні властивості. [5]

Хлоропреновий каучук - Наїр. Наявність атомів хлору (близько 40% за масою) надає каучуку ряд особливих властивостей (масло-, бензо-, озоностойкость, не горючість, підвищену теплостійкість), визначають специфіку його застосування. [5,6]

Бромбутіл каучук. Володіє підвищеною стійкістю вулканізації і здатністю поєднуватися з натуральними і синтетичними каучуками. [1,5]

Етиленпропіленовий каучуки. Мають цілим комплексом цінних властивостей (тепло-, світло-і озоностойкость), що дозволяють використовувати їх у виробництві гум як загального, так і спеціального призначення. [5]

Фторкаучук - сополімери на основі фторолефінов. Атом фтору, що входить до складу молекули полімеру, надає йому особливо високу термо-і хімічну стійкість. Висока теплостійкість фторкаучуков у поєднанні з досить гарною механічною міцністю, опором дії агресивних середовищ - масел, органічних рідин, сильних окислювачів. З фторкаучуков виготовляють ущільнювальні та герметизуючі деталі, призначені для роботи в оліях та паливах при 200 С і вище. [5]

Рідкі каучуки. Низькомолекулярні полімери (мол. маса 500-10000), мають консистенцію більш-менш в'язких рідин. Застосування рідких каучуків відкриває можливість перейти у виробництві ГТВ до більш прогресивної литтєвий технології.

Для отримання ГТВ в якості каучукової основи можна використовувати регенерат. [5]

Регенерат. Продукт переробки старих гумових виробів і вулканізованих відходів виробництва. Регенерат пластинчастий матеріал, здатний змішуватися з каучуками та інгредієнтами, піддаватися технологічній обробці і знову вулканізованої при введенні в нього вулканізуючих речовин. Регенерат застосовують для повної або часткової заміни каучуку при виробництві ГТВ. Введення його в гумові суміші дозволяє економити великі кількості каучуку і значно зменшити собівартість гумових виробів. З регенерату без добавок виготовляють в основному тільки Невідповідальні вироби: килими, побутові доріжки, напівтверді трубки для ізоляції, садові рукави і т.д. (4, 5, 6, 9, 20; 24; 25; 26).

Для отримання гумотехнічних виробів застосовують в основному, не окремо каучуки, а в складі гумової суміші, що дозволяє поліпшити якість отриманих матеріалів.

Введення інгредієнтів і вулканізація істотно змінюють властивості каучуку.

Основні компоненти гумових сумішей залежно від їх призначення поділяють на такі групи: [1]

каучуки, каучукоподібний полімери і регенерат;

вулканізуючих речовини;

прискорювачі вулканізації;

активатори вулканізації;

протівостарігелі;

пластифікатори (мягчители);

наповнювачі активні, тобто збільшують міцність вул-канізатов, і неактивні;

компоненти спеціального призначення, в які входять; пороутворюючими речовини;

речовини, які знижують активність прискорювачів в підготовчих процесах;

матеріали, що вводяться в суміш для додання запаху; абразивні речовини, які додають у гумові емесі для отримання шліфувальних матеріалів;

протівомягчітелі;

фарби і барвники;

антипірени - речовини, що знижують займистість і горючість гуми;

фунгіциди для тропічних гум;

опудрювальні матеріали (графіт, тальк, слюда, стеарат, цинку).

Крім того, застосовуються речовини, які полегшують обробку або виготовлення гумових сумішей, - диспергатори інгредієнтів, активатори пластикації каучуку, речовини, що підвищують клейкість сумішей, а також просочувальні матеріали, що підвищують адгезію гумових сумішей до тканин.

Більшість інгредієнтів змінює властивості не тільки вулканизатов, але і гумових сумішей і впливає таким чином на поведінку їх у виробничих процесах. [4, 5, 9, 12]

Вулканізуючими речовини - це компоненти гумових сумішей, які здійснюють в процесі вулканізації зшивання макромолекул каучуку у просторову структуру. До них відносяться: сірка, деякі органічні полісульфіди, органічні перекиси, хінони та їх похідні, диазосоединения, оксиди деяких металів (цинку, свинцю, кадмію, магнію), різні смоли та ін [4]

Вони вводяться для отримання гум із заданим комплексом властивостей і забезпечують певний ступінь поперечного зшивання каучуків.

Вулканізація каучуку однієї сірої - вельми тривалий процес; одержувані вулканизата володіють невисокою механічною міцністю внаслідок того, що одночасно з вулканізацією протікають процеси окислення каучуку.

Ще з часу відкриття вулканізації ставилися досліди по скороченню тривалості цього процесу шляхом введення в суміші різних хімічних речовин - прискорювачів вулканізації.

Прискорювачами вулканізації зазвичай називають хімічні сполуки, які вводять в суміш каучуку з іншими інгредієнтами для прискорення процесу вулканізації і поліпшення фізико-механічних властивостей вулканізованої гуми. [4,5]

Деякі прискорювачі є також вулканізуючими речовинами. Так, наприклад, тіурами і полісульфідні прискорювачі при температурі вулканізації можуть вулканізованої каучук без застосування елементарної сірки. Активність більшості прискорювачів підвищується при введенні так званих активаторів, наприклад окису цинку, стеарину і ін

Речовини, які є прискорювачами вулканізації для одного каучуку, можуть повністю втратити властивості прискорювачів і грати іншу роль в сумішах з іншим каучуком. Наприклад, дібензтіа-зілдісульфід, будучи прискорювачем вулканізації натурального і бутадієн-стирольних каучуків, служить сповільнювачем подвулканізаціі і пластифікатором для наирита.

Прискорювачі вулканізації можуть захищати гуми від старіння та надавати інші дії, докладно описані нижче. На початку розвитку гумової промисловості широке застосування в якості прискорювачів вулканізації отримали оксиди і гідроокису лужноземельних металів, а також деякі амфотерні оксиди. До таких прискорювачів, названим неорганічними, відносяться окису магнію і свинцю, гідроокис кальцію, а також окис цинку. Після відкриття органічних прискорювачів ці оксиди почали грати роль активаторів вулканізації. Найбільш широке застосування отримала окис цинку, а в окремих випадках окис кадмію, вісмуту та ін [4,5]

Встановлено [5,7], що окисли металів беруть участь в утворенні поперечних зв'язків між молекулярними ланцюгами каучуку, а також впливають на характер утворюються при вулканізації просторових структур. Так, в роботах Б.А. Догадкіна з співр. показано, що в резинах з натрійбутадіенового каучуку в присутності активаторів зменшується середня кількість атомів сірки, що припадають на одну поперечну зв'язок, внаслідок чого підвищується термічна стійкість вулканизатов.

При вулканізації тіурамамі за відсутності окису цинку вони розпадаються на дитиокарбаминовой кислоту і сірковуглець [14]:

У присутності ж окису цинку утворюється цинкова сіль дитиокарбаминовой кислоти

яка виділяє одну атомарну сірку з утворенням моносульфідних зв'язків С-S; безсумнівно, тільки цим можна пояснити широке плато вулканізації і відсутність реверсії вулканізації при тривалому нагріванні вулканизатов такої структури.

При взаємодії органічних прискорювачів з активаторами вулканізації в інтервалі температур, відповідних процесу вулканізації каучуків (140-150 ° С), утворюються координаційні сполуки. При цьому стеаринова і бензойна кислоти є каталізаторами, що сприяють утворенню цинкових солей прискорювачів і комплексних (онієвих) з'єднань. Для найбільш ефективного використання прискорювачів вулканізації потрібно одночасне застосування активаторів. (4, 5, 9, 20; 24)

Активатори значно підвищують ефективність дії вулканізації, і відносно невеликі добавки їх до суміші призводять до значного підвищення ступеня вулканізації. Практично у багатьох випадках за відсутності активаторів вулканізація не відбувається. Основним активатором, який застосовується в технології гуми, є окис цинку, цинкові білила, стеаринова кислота.

При додаванні білил цинкових жорсткість сумішей значно збільшується [5], що попереджає їх деформацію при вулканізації відкритим обігрівом; крім того, підвищується їх теплопровідність, що дуже важливо для вулканізації гарячим повітрям.

Додавання стеаринової кислоти обумовлює підвищення модуля, міцності на розрив, твердості і еластичності вулканизатов. У присутності активаторів не тільки істотно поліпшуються фізико-механічні властивості, але в деяких випадках значно підвищується швидкість вулканізації. (4, 5, 9, 25; 26)

Для уповільнення процесу старіння, основною причиною якого є окислення каучуків, вводяться противостарители: Нафта-2, альнафтацетонаніл-Р, діафен ФП, хінол ЕД. (4, 5, 9, 18)

В даний час існує багато стабілізаторів. Залежно від призначення їх прийнято ділити в основному на фотостабілізатори, антиоксиданти та термостабілізатора. Однак такий розподіл носить умовний характер, так як багато хто з них можуть одночасно виконувати різні функції. У синтетичні каучуки противостарители вводять в процесі їх виготовлення.

Незважаючи на те, що старіння каучуку викликається головним чином дією кисню, єдиного універсального противостарители немає. Це пояснюється тим, що прискорення старіння, связанкое з підвищенням активності кисню, може бути виключений введенням різних за хімічною будовою захисних речовин. У залежності від призначення гумових виробів, умов їх експлуатації (динамічна робота, дія світла, тепла, озону), наявності в вулканизата міді, марганцю та інших важких металів застосовуються різні противостарители або їх суміші.

У більшості випадків дозування противостарители становить 1-2%. Тільки в суміші для виробів, що працюють при високій температурі (наприклад, для варильних камер), вводять більше 3,5% противостарители. [4]

Отримання полімерних матеріалів з ​​певним комплексом властивостей пов'язано не тільки із синтезом полімерів різного хімічної будови. Одним з найважливіших методів модифікації полімерів є пластифікація. Суть її полягає у зміну властивостей полімерів шляхом введення в них добавок низькомолекулярних речовин-пластифікаторів, що змінюють в'язкість системи, гнучкість молекул, рухливість надмолекулярних структур. Пластифікатор вводять в полімер з метою підвищення їх еластичності або пластичності при переробці та експлуатації. [4,5]

На заводах виробництва ГТВ використовуються різноманітні пластифікатори, наприклад ефір ЛЗ-7, церезин і пом'якшувальний масло та ін У зв'язку з пониженням в'язкості при введенні пластифікатора зменшуються витрати енергії при змішанні каучуків з інгредієнтами і при формуванні гумових сумішей, знижується температура переробки і, отже, зменшується небезпека передчасної вулканізації. Крім того, зменшення в'язкості гумової суміші дозволяє збільшувати вміст у ній наповнювачів і, таким чином, знижує її вартість. [4, 5, 9, 14; 27]

При введенні пластифікаторів крім збільшення пластичності зменшується витрата енергії, тривалість виготовлення гумових сумішей і теплоутворення в процесі змішування; полегшується диспергування інгредієнтів суміші в каучуку, формування на каландрах і черв'ячних машинах і заповнення складних форм; знижується температура розм'якшення суміші в початковий.) Період вулканізації і усадка гумових сумішей при різний способах формування виробів.

Пластифікатори (звані іноді пом'якшувачами) впливають і на процеси вулканізації сумішей, і на старіння вулканизатов.

Деякі пластифікатори розчиняють сірку і прискорювачі, що покращує гомогенність сумішей. Крім того, при введенні пластифікаторів збільшуються міжмолекулярні відстані в каучуку, тим самим ускладнюється приєднання сірки (зшивання молекул) в процесі вулканізації, що особливо різко проявляється при вулканізації каучуків в розчині. [9]

При правильному виборі пластифікаторів досягається поліпшення деяких властивостей вулканизатов (наприклад, підвищується опір стомлення, збільшується еластичність і морозостійкість). Це обумовлено полегшенням обробки сумішей і кращим розподілом інгредієнтів в каучуку, а також зниженням внутрішнього тертя. Окремі пластифікатори, перераховані нижче »надають, крім того, специфічне вплив на властивості гумових сумішей і вулканизатов.

Слід розрізняти двояке дію пластифікаторів в системі полімер - пластифікатор: фізична взаємодія з полімером і дію як мастила, що виключає фізична взаємодія.

Крім того, при температурі вулканізації пластифікатори хімічно взаємодіють з компонентами суміші.

При виготовленні гумових сумішей на основі натурального каучуку з наповненням до 30 вага% пластифікатори застосовуються в невеликих кількостях (3-5 вага%), так як по ряду важливих технологічних властивостей (здатність до змішання, клейкість і ін) такі суміші цілком задовільні.

У разі застосування великих доз тонкодисперсних саж необхідно вводити в суміші великі кількості пластифікатора.

У сумішах на основі неполярних і полярних синтетичних каучуків, що характеризуються більшою жорсткістю, відсутністю клейкості, труднощами змішання з інгредієнтами, особливо з тонкодисперсними сажами, пластифікатори застосовуються в значно більших кількостях (до 30 вага%).

З підвищенням дозувань пластифікатора знижується опір вулканизатов розриву й раздиру, але зменшується теплоутворення і твердість гум, що пов'язано з полегшенням пересування макромолекул відносно один одного.

Останнім часом у гумовій промисловості все більш широке застосування знаходять високомолекулярні полімери, так звані масляні і сажі-масляні каучуки (стор. 53), у які вводять великі кількості пластифікатора (до 30-35 вага%). Це призводить до поліпшення властивостей гуми та економії каучуку. [11]

Одним з ефективних способів модифікації властивостей полімерних матеріалів є їх наповнення - введення твердих, рідких або газоподібних речовин - наповнювачів, які, рівномірно розподіляючись в обсязі виходять композиції, утворюють чітко виражену границю розділу з полімерної середовищем. [9]

Введення наповнювачів сприяє поліпшенню фізико-механічних і технологічних властивостей полімерів, а також збільшенню обсягу матеріалу (розведення полімерів), тобто зниження його вартості. Крім того, наповнення застосовують для зміни забарвлення полімеру.

Як наповнювачі використовують крейду природний і технічний вуглець.

За останні роки збільшується застосування ряду органічних речовин в якості наповнювачів каучуку. Крім різних видів саж, до таких речовин слід віднести лігнін та багато Високополімерні пластичні матеріали: полімери стиролу, поліізобутилен, поліетилен, а для полярних каучуків - формальдегідні, епоксидні, полівінілхлоридні та інші смоли. [1]

Технічний вуглець є основним наповнювачем підсилює гумових сумішей; при введенні його в суміші збільшується міцність гум, опір стиранню і раздиру.

У зв'язку з необхідністю отримання гум з різноманітними фізико-механічними властивостями знадобилося створення різних видів технічного вуглецю. При введенні технічного вуглецю в гумові суміші їх в'язкість істотно збільшується за рахунок гідродинамічного ефекту, а також у результаті взаємодії еластомеру з технічним вуглецем. Зі збільшенням змісту технічного вуглецю в суміші знижується її еластичні відновлення і зменшується усадка при шприцевание гумових сумішей.

Застосування крейди як інгредієнта гумових сумішей, з самого початку розвитку гумової промисловості знайшла широке застосування. Хоча вони і змінювали фізичні властивості вулканизатов, надаючи їм низку позитивних властивостей, але основною метою їх застосування було зниження вартості гумових виробів. Природний крейда складається переважно з СаСО _3, вміст якого досягає 97-99%. Сторонніми домішками є полуторні оксиди (Fe ₂ O _3, А I ₂ О ₃₎ і пісок. У гумовій промисловості крейда застосовується не тільки як доступний і дешевий наповнювач, але і як антіадгезів для опудрювання гумових сумішей. При введенні крейди у гумові суміші їх в'язкість змінюється незначно. Гумові суміші, наповнені крейдою, легко каландр та шприци, мають рівну поверхню, добре заповнюють форми. [4, 5, 9, 11]

Розширюється застосування нових мінеральних наповнювачів; за останні роки в літературі описані синтетичні наповнювачі-підсилювачі: силікати кальцію, магнію, цинку, алюмінію, кремнію кремнекислота і ряд інших. [1]

Для сальника реактивної штанги гумова суміш виготовлена ​​на основі бутадієн - нітрильного каучуку.

Її складом може бути наступним: СКН-40 м, сірка, сульфенамід Ц, білила цинкові, сажа ТМ-15, каніфоль, стеарин технічний, дибутилфталат, неозол, фталевий ангедрід.

В даний час в промисловості ГТВ застосовується також склад гумової суміші, що надає [7]:

Бутадієн - нітрильних каучук. Вулканізується група: сульфенамід Ц, Тіур Д. Активатори вулканізації: білила цинкові, кислота стеаринова. Противостарители: діафен ФП. Пластифікатори та мягчители: пластифікатор ефір ЛЗ-7, церізін, масло пом'якшувальний. Наповнювачі: крейда природний, вуглець технічний.

-СН _2-СН = СН-СН _{2-СН 2-СН-СН 2-СН-СН 2-СН-}

З N CH = CH CN n

Залежно від умов регулювання процесу полімеризації БНК випускають з різними пластоеластіческімі властивостями: дуже жорсткі (тверді) - з жорсткістю по Дефо 21,5 - 27,5 Н або в'язкістю по Муні вище 120 ум. од.; м'які - з жорсткістю по Дефо 17,5 -21,5 Н або в'язкістю по Муні вище 90-120 ум. од.; м'які - з жорсткістю по Дефо 7,5-11,5 Н або в'язкістю по Муні 50-70 ум. од. Відповідно до цього до позначення каучуку додають букву Т - для дуже жорстких каучуків або М для м'яких. Для каучуків, одержуваних у присутності алкілсульфонати в якості емульгаторів, до позначення каучуку додається літера С.

Бутадієн-нітрильних каучуки знайшли широке застосування благодоря високої стійкості до дії масел та інших агресивних агентів. Вони використовуються для виготовлення різних маслобензостойких гумових технічних виробів - не тільки сальників, але і також прокладок, рукавів, бензотари та ін В результаті застосування тіурамной вулканізації виходять вулканізат з чудовою стійкістю щодо дії підвищених температур. Отримані вулканизата набувають такі властивості: дещо підвищена міцність на розрив, більш низьке відносне подовження і підвищене значення модуля; підвищена еластичність по укосу; знижений опір розростанню порізів, менша залишкова деформація.

При додаванні тіазольного ускарітеля - сульфенамід Ц досягається, уповільнення початку вулканізації. При цьому досягаються такі переваги: ​​більший термін служби і менше теплоутворення при випробуванні на руйнування, зменшене залишкове стиск після деформації стиску в гарячому повітрі і в гарячих маслах. Основна перевага при введенні сульфенамід Ц полягає в зниженні тенденції до подвулканізаціі і зменшення вицвітання.

При введення противостарители діафена ФП в гумову суміш він утворює радикали, які можуть надалі реагувати з іншими вільними радикалами, що виникають при окисленні каучуків, з утворенням неактивних продуктів і таким чином затримувати окислення. У зв'язку з пониженням в'язкості при введенні пластифікатора ефіру ЛЗ-7 зменшуються витрати енергії при змішанні каучуків з інгредієнтами і при формуванні гумової суміші, знижується температура переробки. Крім того, зменшення в'язкості гумової суміші дозволяє збільшити вміст в ній наповнювачів і, таким чином, знижує її вартість. [1,5,7]

1.1.2 Модифікація гумових сумішей для отримання сальника реактивної штанги

В даний час для виготовлення сальників реактивної штанги використовується наступний склад гумової суміші:

Бутадієн - нітрильних каучук - БНКС-28 МН. Вулканізується група: сульфенамід Ц, Тіур Д. Активатори вулканізації: білила цинкові, кислота стеаринова. Противостарители: діафен ФП. Пластифікатори та мягчители: пластифікатор ефір ЛЗ-7, церізін, масло пом'якшувальний. Наповнювачі: крейда природний, вуглець технічний.

Ця гумова суміш має низку недоліків: схильність до подвулканізаціі, середнє значення міцності на розрив, середнє значення залишкової деформації, і сильне теплоутворення при динамічних навантаженнях, невеликий термін служби і значне підвищення температури всередині зразка при випробуваннях на втомну міцність. Для усунення цих недоліків проводять модифікацію гумових сумішей і технологічного процесу.

Поліпшення властивостей гумової суміші.

Була розроблена нова гумова суміш підвищеної міцності і твердості. Зі збереженням технологічних властивостей при виготовленні і екструзії та забезпеченням монтажних та експлуатаційних властивостей сальників.

Поставлена ​​мета була досягнута, в результаті заміни гумової суміші бутодіен - нітрильних каучук на комбінацію бутадієн - стирольного каучуку з вмістом 23 -24% зв'язаного стиролу і бутадієн - стирольного каучуку з вмістом 63 - 64% зв'язаного стиролу. Також містить парафінонафтеновое масло - пластифікатор і додатково - технічну добавку, що включає суміш насичених жирних кислот, безводну суміш жирних кислот.

Отримана гумова суміш має кращі характеристики підвищену міцність і жорсткість, гарну технологічність при виготовленні.

Гумотехнічні вироби, виготовлені з даної гумової суміші, мають необхідні монтажні та експлуатаційні властивості. [5]

У роботі [29] запропоновано перспективний рецепт гумової суміші, що містить СКФ-32, стеарат кальцію.

Пластифікація бутадієн - нітрильних каучуків.

Вимоги до ефективності пластифікатора для нітрильних каучуків обумовлені, в першу чергу, необхідністю підвищення морозостійкості нітрильних гум, що пов'язано з концентраційною залежністю температури склування пластифікованого еластомеру. Для більшої ефективності пластифікатора необхідно, щоб він мав низьку температуру склування. Проте ефективність пластифікатора пов'язана і з його термодинамічної сумісністю з каучуком, так як при обмеженій сумісності полімеру і пластифікатора температура склування зазвичай знижується тільки в межах діапазону концентрацій, в якому полімер і пластифікатор змішуються.

Під ефективністю пластифікатора можна також розуміти ступінь його впливу на механічні властивості полімерів. При введення пластифікатора до складу гум знижуються їх модуль і міцність, збільшуються розривні деформації. Це часто пов'язано з температурною склування пластифікатора.

Аналіз літературних даних дозволив припустити, що при сталості концентрації пластифікатора в системі відносного збільшення модуля і міцності пластифікованого еластомеру сприятиме деяке погіршення спорідненості пластифікатора до каучуку за рахунок введення в «добрий» пластифікатор деякої кількості речовини, погано поєднується з даними каучуком.

Інша можливість підвищення модуля пластифікованих полярних каучуків пропонується в роботі [19]. Вона заснована на використанні концентрації сітки міжланцюгових лабільних фізичних зв'язків. Ступінь зниження щільності такої сітки при пластифікації пов'язана не тільки із загальною концентрацією пластифікатора в системі, але і з концентрацією протоноакцепторних груп у молекулі пластифікатора. Використання малополярних речовин у складі пластифікаторів знижує концентрацію цих груп, що руйнують міжланцюгових зв'язку, що має підвищувати відносне значення модуля пластифікованих полярних каучуків при однаковій частці пластифікатора в системі.

Бутадієн-нітрильних каучуки різної мікроструктури.

В даний час асортимент виробів і матеріалів, при виготовленні яких використовують бутадієн-нітрильних каучуки, налічує більше сотні тисяч найменувань. Частка споживання БНК в промисловості складає близько 10% від загального обсягу споживання всіх синтетичних каучуків. Це обумовлено комбінацією маслобензостойкой БНК при відносно невисокій вартості.

Останнім часом у вітчизняній промисловості замість сульфональних каучуків типу СКН використовують парафінові каучуки типу БНКС; розширюється асортимент і збільшується споживання зарубіжних марок БНК.

Незважаючи на близьку хімічну природу каучуків СКН і БНКС між ними є ряд відмінностей, що викликають необхідність коригування рецептури і технологічних параметрів процесу виготовлення гум.

При порівняльному аналізі мікроструктури бутадієн-нітрильних каучуків було встановлено, що у всіх каучуках основну частку ланок бутадієну становлять ланки 1,4 (близько 87-91%), причому в основному транс - 1,4 (близько 74-80% від загального числа бутадієновий ланок.) Відносна частка транс - 1,4 - ланок бутадієну кілька зростає із збільшенням вмісту нітрильних груп.

Молекули бутадієн-нітрильних каучуків, містять 1,4 - цис-і 1,4 - транс-ланки бутадієну, мають різну рухливість і різний рівень міжмолекулярної взаємодії. Енергія міжмолекулярної взаємодії між нітрильних групами в сополімеру, містять 1,4 - транс-ланки бутадієну, вище внаслідок більш щільної упаковки і меншої локальної рухливості. [16]

Підвищення озоностойкость гум на основі бутадієн-нітрильних каучуків.

Локальне протікання термоокислювальної процесів в резинах на основі комбінацій каучуків, насамперед у міжфазних областях, визначає необхідність використання технічних прийомів захисту гум від старіння. Раніше основним способом було перенасичення одного з каучуку противостарители. Технологічні принципи визначають умови поступового поповнення противостарители граничних шарів, можуть бути використані не тільки для неполярних еластомерів, а й для композицій бутадієн-нітрильних каучуків (БНК) з полівінілхлоридною (ПВХ), причому останньому відводиться роль насиченою противостарители фази.

Насичення здійснювали через стадію утворення пластизолів ПВХ з подальшою їх желатинізації. Желатинизация і амінірованіе сприяють зменшенню нераціонального витрати противостарители, викликаного високою швидкістю його дифузії в поверхневі шари вироби з подальшим випаровуванням.

При вивченні озоностойкость вулканизатов бутадієн-нітрильного каучуку використовують - ПД-1 (ТУ 38-303-31-98 «ПД-1-полімерна протівостарітельная паста»). Більшою мірою позитивний вплив ПД-1 надає на гуми в умовах термоокислювальної старіння. Так, більш виражено пролонгує дію ПД-1, ніж у випадку комбінації діафена ФП і нафтама-2. Після старіння протягом 72 годин зміна властивостей вулканизатов приблизно однаково, потім в інтервалі від 72 до 240 годин у випадку суміші діафена ФП і нафтама-2 відставання від ПД-1 у забезпеченні захисних функцій збільшується. [17]

Бутадиеннитрилстиролкарбоксилатный каучук СКНС-26-30-1.

Епоксидні композиції БНК і СКНС добре відомі. Завдяки високої полярності БНК каучук поєднується з компонентами епоксидної композиції, але саме висока полярізуємость БНК погіршує електроізоляційні властивості композицій. Зниження змісту пов'язаного нітрилу акрилової кислоти (НАК) в каучуку покращує діелектричні властивості композиції. Підвищити діелектричні властивості вдалося в результаті заміни частини ланок пов'язаного бутадієну в карбоксил містить БНК на ланки пов'язаного стиролу. В якості оптимального варіанту був розроблений каучук СКН-26-30-1. Каучук одержують методом водно-емульсійної кополімеризації бутадієну, НАК, стиролу і метакрилової кислоти. Каучук має високі діелектричні властивості: діелектрична проникність при частоті струму 1000 Гц не більше 4,5. Гума на основі каучуку СКНС-26-30-1 має високу стійкість до теплового старіння, більш високу, ніж у БНК з близьким змістом НАК, стійкість до набухання в органічних середовищах, високу міцність і опір раздиру. [31]

Нітріласт - нові бутадієн-нітрильних каучуки.

ВАТ «Воронежсинтезкаучук» за оригінальною технологією приступило до виробництва нового бутадієн-нітрильного каучуку.

У новому процесі отримання композиційно-однорідних каучуків Нітріласт в якості емульгатора використовують солі кислот талової олії, які не призводять до забруднення навколишнього середовища.

Нітріласти на відміну від СКН містять органічні кислоти і їх солі, вони сприяють певному розподілу наповнювачів та інших інгредієнтів, а також впливають на технологію переробки гумових сумішей.

При використанні каучуків Нітріласт слід враховувати склад і зміст захисної групи в гумовій суміші: в каучуку міститься значна кількість вільних кислот, які можуть взаємодіяти з амінами стабілізатором. Нітріласт мають перевагу в порівнянні з серійно випускаються каучуками, за міцнісними властивостями, морозостійкості, динамічної витривалості та ін [28]

Використання суміші діафена ФП і ДФФД.

У виробництві гумових виробів для уповільнення процесу старіння використовують амінні стабілізатори - N-ізопропіл-N-феніл-n-фенілендіамін (діафен ФП) та N, N ^{'-дифеніл} - n - фенілендіамін (ДФФД). Проте дані стабілізатори мають ряд недоліків, перш за все запилювання компонентів на підготовчих виробництвах підприємств гумової промисловості. Втрата маси стабілізаторів при цьому досягає 2%. Щорічні втрати компонентів сірчаних вулканізуючими систем і стабілізаторів від пилення на підприємствах гумової промисловості становлять кілька десятків тисяч на рік.

Істотним недоліком діафенаФП є його нерівномірний розподіл у гумовій суміші. Це призводить до швидкої міграції стабілізатора на поверхню гумових виробів з наступним виділенням в навколишнє середовище. При використанні суміші діафена ФП і ДФФД характерний синергетичний ефект, що підвищує стійкість гум до озонному старінню і знижує міграцію діафена ФП на поверхню гумотехнічних виробів.

Молекули діафена ФП можуть тривалий час перебувати в поверхневому шарі гум через утворення пов'язаних водневими зв'язками полімерних форм з молекулами ДФФД, не здатних до міграції на поверхню з-за великих розмірів. [18]

Вплив структурності високопористого пічного техвуглецю на посилення еластомерів.

У сірчаних вулканизата перехідні шари взаємодіють між собою з утворенням вуглець-каучукових цепочечних структур, а в смоляних вулканізат з наирита в якості активатора вулканізації переважає сегментальная взаємодія цих шарів з вільним еластомером середовища. Проте зі збільшенням ступеня наповнення частка останнього зменшується аж до повного зникнення в результаті зв'язування вуглецевої поверхнею, а також у результаті окклюдірованнія в межагргатних порожнинах при підвищенні структурності тих вуглецю, тобто при переході від П36Е до П267-Е і далі до найбільш електропровідного П399-Е.

У разі гум на основі каучуку БНКС-28АМН з 2 мас. ч. сірки і 1 мас. ч. сульфенамід Ц максимальна міцність досягається при вмісті техвуглецю П366-Е або П267-Е 40-60 мас. ч. на 100 мас. ч. каучуку. При цьому в області високих наповнень спостерігається друге підвищення міцності при зниженні відносного подовження до рівня, характерного для пластмас (40-80%), що свідчить про перехід всього каучуку в пов'язане і оклюдованого стан. Унікальну здатність гум з П399-Е зберігати високу міцність в широкій області наповнень (від 20 мас. Ч. до максимально можливої) можна пояснити значним зниженням частки вільного еластомеру, а також співвідношення пов'язаного і оклюдованого еластомерів в результаті окклюдірованнія не тільки в межагрегатних порожнинах, але і всередині сферичних частинок техвуглецю.

Характер впливу структурності високопористого техвуглецю на підсилюючий ефект залежить від складу вулканізуючий групи. При оптимального ступеня наповнення міцність при розтягуванні сірчаних вулканизатов зростає із збільшенням ступеня диспергування техвуглецю, а смоляних - зі збільшенням кількості оклюдованого еластомеру зі зміщенням оптимуму наповнення в область більш високих значень. В обох випадках з підвищенням структурності техвуглецю розширюється область оптимального наповнення еластомеру. [14]

Новий вуглецевий наповнювач для технічних гум.

У виробництві ГТВ вивчений новий кремнеуглеродістий наповнювач - шунгіт, що представляє собою подрібнену гірську породу типу Ш-Х-К.

Особливості структури і складу шунгита не дозволяють розглядати його як підсилюючого наповнювача. Введення шунгита до складу наповнених техвуглецю гум у відсутності традиційно застосовуваних пластифікуючих добавок покращує нафтових гумових сумішей, підвищує їх пружно-деформаційні і конфекціону властивості. Гумові суміші наповнені шунгіти характеризуються підвищеною швидкістю структурування, що викликає необхідність коригування вулканізуючий системи в бік зниження вмісту прискорювача вулканізації. Застосування нового вуглецевого наповнювача дозволяє знизити каучукосодержаніе гум при збереженні їх якості, що є актуальним в умовах безперервного зростання вартості полімерів. [27]

Застосування полімерної сірки знаходиться в метастабільних станів.

Полімерна сірка знайшла широке застосування у виробництві гумотехнічних виробів. Сірка належить до речовин, які у вільному стані мають кілька алотропних форм з обмеженою термостабильностью. Найбільш поширена полімерна сірка або альфа - форма - стійкі при тобичной температурі прозорі жовті кристали ромбічної системи. Ромбічна сірка має щільність 2070 кг/м3 і температуру плавлення 112,8 С; вона легко розчиняється в сірковуглеці і частково в каучуку.

Для введення в гумові суміші використовують сірку в тонкодисперсному стані.

Мелена сірка виходить дробленням комової сірки з подальшим отвеивание. Склад і властивості меленої сірки не відрізняються від складу та властивостей комової сірки, з якої вона отримана.

Однак її застосування в якості вулканизующего агента викликає ряд технологічних труднощів, пов'язаних з поганою плинністю порошку, підвищеним пилоутворення, здатністю накопичувати електростатичний заряд і незадовільною Диспергованість в каучуку, що частково усувається масло наповненням. Підвищення технологічності застосування полімерної сірки, незважаючи на тридцятирічну практику її використання, як і раніше залишається актуальним завданням.

Розроблено спосіб отримання тонких дисперсій полімерної сірки в гумових сумішах, що передбачає застосування вулканизующего агента в метастабільних станів. Це особливо актуально при заміні компресійного пресування на лиття під тиском. Метастабільний стан характерний для пересичених розчинів; полімерна сірка після стабілізації і загартування є пересичений розчин в ціклооктасере, єдиному відомому для полімерної сірки розчиннику.

Відомо, що метастабільного стан термодинамічно нестійка, але здатен досить довго зберігатися в часі. Стосовно до полімерної сірці це проявляється в тому, що вона знаходиться у високоеластичному стані протягом 10 діб. Тому практично завдання тонкого диспергування значно спрощується, так як в даному випадку мова йде про змішування двох еластомерів. Експеримент показав, що застосування полімерної сірки в метастабільних станів дозволяє отримати вулканизата, які поступаються за фізико - механічним характеристикам вулканизата на основі полімерної сірки. При цьому виключаються технологічні труднощі, пов'язані з експлуатацією ромбічної сірки у виробництві полімерної сірки і з застосуванням вулканизующего агента в порошкоподібному вигляді з високим ступенем помелу. [15]

Особливості стабілізації полімерної сірки.

Стабілізована полімерна сірка представляє собою не вицвітають агент вулканізації. Її отримують із розплавів ціклоокто сірки, вводячи в них спеціальні з'єднання - «стабілізатори». Ефективний стабілізатор полімерної сірки є гексахлор-пара-ксилол (ДХК).

Сірка реагує з ДКХ з утворенням похідних бензотіофена і хлорсульфанов. Синтез відбувається за механізмом ініційованої радикальної полімеризації, як ініціатора виступають хлорсульфани.

Схема протікання реакції:

Сірка взаємодіє з ДХК з утворенням поліхлорбензотіафена і хлорсульфанов

CCl _x Cl є нестійкими сполуками і легко розпадаються на радикали

Утворилися по реакції 1 радикали в момент виділення ініціюють процес полімеризації сірки

Обрив зростаючих полімерних ланцюгів.

На кожну молекулу полімерної сірки доводиться в середньому два атоми хлору, які розташовані на її кінцях. [21]

Стабілізація полімерної сірки бромом.

Полімерна сірка є, метастабільним аллотроном сірки і для її стабілізації використовують досить ефективні стабілізатори, також як галогени чи сполуки, що є донорами галогенів. Стабілізуючий агент вводять на різних стадіях процесу отримання полімерної сірки в розплав під час полімеризації або на стадіях гарту та екстракції розчинної сірки. Як гартівних сірки використовують природний мінеральний розчин хлориду магнію (Біофіт), який містить близько 0,5% броміду магнію. Стабілізація полімерної сірки відбувається зважаючи насичення електронної щільності кінцевих груп макромолекул. Загартовування розплаву проводять при температурі нижче 0 ^о С. У результаті отримують полімерну сірку з виходом 40-45%. Після екстракції розчинником виділяють термостабільний продукт, що містить більше 98% полімерної сірки. [23]

Мікрокапсульована сірка - замінник полімерної сірки.

Мікрокапсульована ромбічної сірки дозволяє запобігти вицвітання сірки на поверхні гумових заготовок. Мікрокапсульована сірку одержують шляхом укладення ромбічної сірки в полімерну оболонку. Оптимальний вміст полімеру в оболонці, що забезпечує уповільнення вицвітання сірки на поверхню гумових сумішей. Випробування показали, що гумові суміші та вулканизата, що містять Мікрокапсулярна сірку, практично не поступаються еталону з усього комплексу властивостей: конфекціону властивостями, клейкості, фізико-механічними показниками. [22]

Композиційні еластомери.

З метою отримання каучуків нового типу застосовуються як спеціальні каталітичні системи так і безпосереднє змішання розчинів полімерів з утворенням вулканізуючих композицій нового складу.

Великий інтерес представляє СКД - 16, що є сумішшю еластомерів, отриманих в присутності титанового (СКД-1) і лактаноідного (СКД-6) каталізаторів. Вулканизата на основі СКД-16 мають більш високими показниками міцності. Крім того, СКД-16 характеризується підвищеним вмістом цис - 1,4 - ланок в порівнянні з СКД-1, яке може бути узгоджено з кожним конкретним споживачем. Змішання розчинів двох цис - 1,4 - полубутадіенов дозволяє вирішити проблеми зниження морозостійкості, високої пластичності, характерні для СКД-6. [29]

Нові пластифікатори для гум на основі полярних каучуків.

ДАЕНДК - суміш складних ефірів, отриманих переетерифікацією диметиловий ефірів, нижчих дикарбонових кислот З ₄ - З ₆ (адипінової, глутарової, янтарної) з сумішшю спиртів З ₁ - З _20;

ТХЕФ - тріхлоретілфосфат;

ЕДОС - смесьдіоксанових спиртів та їх висококиплячих ефірів;

ДБЕА - дібутоксіетіладіпінат;

ПЕФ-1 - суміш монофенілових ефірів поліетиленгліколю (мол. маса 140-190).

Встановлено, що при змішання з каучуками нові продукти не викликають технологічних ускладнень, не погіршують технологічність гумових сумішей при їх переробки. Пластифікатори ТХЕФ і ПЕФ-1 в більшій мірі впливають на кінетику вулканізації, ніж інші пластифікатори; ці пластифікатори кілька підвищують фізико-механічні показники сумішей і практично не впливають на зміну властивостей вулканизатов під впливом підвищених температур і агресивних рідин. Морозостійкість вулканизатов, що містять ДАЕНДК, зберігається на рівні гум, що містять ДБС, а для гум, що включають інші пластифікатори, зберігається на рівні вулканизатов, що містять ДБФ, або дещо знижується. Використання ПЕФ-1 зменшується індукційний період вулканізації гумових сумішей на основі БНК. [30; 32]

Аналіз літературних даних показав, що для отримання сальників реактивної штанги склад гумової суміші в даний час удосконалюється. Дослідження в галузі поліпшення якості гумової суміші триває.

1.1.3 Патентне дослідження

Заявка 97116869/04 від 30.09.1997 р.

Дата початку дії патенту 30.06.1997 р.

Дата публікації 20.05.2000 р.

Винахідник: Ягофаров А.А., Голодкова Л.М., Сухінін Н.С., Шеломенцев В.А., Нестярова Л.А.

Патентовласник: ТОО «Талгат»

Гумова суміш.

Опис винаходу до патенту РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

Реферат:

Винахід відноситься до варіантів гумової суміші з наповнювачами, що включає шлак феррохромовий саморассипающійся, і може використовуватися у виробництві гумотехнічних виробів. Гумова суміш включає бутадієн-нітрильних каучук, сірку, прискорювач вулканізації, оксид цинку, технічний вуглець, пластифікатор, противостарители і шлак феррохромовий саморассипающійся. Варіанти гумової суміші можуть включати суміш бутадиенового і бутадієн-стирольного каучуків, ізопреновий, бутадієн-стірольний і суміш изопренового і бутадиенового каучуків, також різні пластифікатори, добавки і регенерат гумових шин. Винахід дозволяє отримати гуми з оптимальними міцністю, твердістю, показниками температурного межі крихкості і відносного подовження.

Відома гумова суміш, обрана в якості прототипу, що включає синтетичний каучук, сірку, прискорювач вулканізації, оксид цинку, пластифікатор, противостарители, неорганічний наповнювач, в якій як синтетичного каучуку використовують бутадієн-нітрильних і ізопреновий каучуки в масовому співвідношенні 60: 40 відповідно, в Як прискорювач вулканізації - N'-циклогексил-2-бензтіазолілсульфенамід і додатково - малоактивний технічний вуглець з питомою геометричній поверхнею 75 - 82 м ² / г у співвідношенні 1-7: 1-7 відповідно при наступному співвідношенні компонентів, мас. ч.: бутадієн-нітрильних каучук у масовому співвідношенні 100, сірка - 1,2 - 1,6, N'-циклогексил-2-бензтіазолілсульфенамід - 0,8 - 1,3, оксид цинку - 3 - 5, пластифікатор - 31 - 37, противостарители - 1 - 2, неорганічний наповнювач - 15 - 30, зазначений технічний вуглець. Недоліком відомої гумової суміші є її досить висока вартість за рахунок використання спеціально видобувається наповнювача, такого як крейда, каолін, тальк, і підготовки такого наповнювача - подрібнення і т.п.

Завданням, сто щей перед винаходом, є розширення асортименту наповнювачів, використовуваних у гумотехнічних сумішах, здешевлення їх, а також утилізація відходів виробництва ферохрому.

Запропоновано гумова суміш, що включає бутадієн-нітрильних каучук, сірку, прискорювач вулканізації, оксид цинку, противостарители, технічний вуглець, неорганічний наповнювач і пластифікатор, новим у якої є те, що в якості неорганічного наповнювача вона містить шлак феррохромовий саморассипающійс (ТУ 14-11 - 181-95) при наступному співвідношенні компонентів (мас. ч.): бутадієн-нітрильних каучук - 100, сірка - 1,5 - 2,1, прискорювач вулканізації - 0,8 - 1,3, оксид цинку - 3 - 5, противостарители - 0,9 - 2,0, технічний вуглець - 60 - 80, шлак феррохромовий саморассипающійс - 50 - 60, пластифікатор - 10 - 30.

Дослідження, проведені Інститутом гуми і гумотехнічних виробів (м. Єкатеринбург) на базі своєї лабораторії і на базі Уральського заводу РТІ, показали, що використання шлаку феррохромовий саморассипающегося в якості наповнювача гумових сумішей замість крейди, тальку, каоліну не погіршує якості гумотехнічних сумішей, зберігаються їх пластоеластіческіе, фізико-механічні показники. Вулканізаційні характеристики оцінювали на приладі фірми Монсанто, гумові суміші також відчували на стирання, еластичність за Шобу, опір раздиру, стійкість до старіння та інші показники. Результати випробувань наведені в таблиці.

Пошук, проведений за джерелами науково-технічної та патентної інформації, не ви вил джерел, що містять сукупність запропонованих ознак, що позвол ет зробити висновок про «новизні» і «істотних відмінностях» пропонованого винаходу.

Приклад.

Суміш готували традиційним методом, перемішуючи наступні компоненти (мас. ч.): бутадієн-нітрильних каучук (СКН-40см) - 100, сірка технічна - 2,0, прискорювач вулканізації - 2,2, дібензтіазолдісульфід - 1,25, оксид цинку - 5,0, противостарители - синтетичні жирні кислоти C ₁₇ - C ₂₁ - 1,0, технічний вуглець (П-803) - 64,75, шлак феррохромовий саморассипающійся -

55,0, пластифікатор - дибутилфталат - 20,0. До складу шлаків феррохромовий саморассипающіхся (ТУ 14-11-181-95, розроблено Відділом металургійних шлаків АТ «Уралмет») входить оксид кальцію - не менше 46%, оксид магнію - 7 - 16%, оксид кремнію - 24 - 32%, оксид алюмінію - 4 - 8%, оксид хрому - 2 - 6% - це відхід виробництва ферохрому. Крім перерахованих вище компонентів до складу гумової суміші можуть входити - діафен - 1,0 і ацетонаніл - 2,0. Виготовлення суміші в умовах поперемінного х Інституту гум проводили на вальцях ЛБ 320 160/160, а в умовах Уральського заводу РТВ на гумозмішувача 250/20.

Запропонованого гумова суміш за своїми властивостями не поступається гумових сумішей, в яких використовують крейду, каолін, тальк в якості наповнювача, фізико-механічні та пластоеластіческіе властивості суміші ідентичні достівського, технологічне поведінка гумової суміші при виготовленні на вальцях і гумозмішувача хороші, при цьому відбувається здешевлення суміші за рахунок того, що шлак феррохромовий саморассипающійс в 5 разів дешевше каоліну, в 2-3 рази дешевше крейди і т.д. За якістю вироби, виготовлені на суміші, не поступаються серійним. Одночасно вирішується проблема утилізації відходів, а отже, екологічні проблеми.

Формула винаходу:

1. Гумова суміш, що включає бутадієн-нітрильних каучук, сірку, прискорювач вулканізації, оксид цинку, противостарители, технічний вуглець, неорганічний наповнювач і пластифікатор, що відрізняється тим, що в якості неорганічного наповнювача вона містить шлак феррохромовий саморассипающійся при наступному співвідношенні компонентів, мас. ч.:

Бутадієн-нітрильних каучук - 100,0

Сірка - 1,5 - 2,1

Прискорювач вулканізації - 0,8 - 1,3

Оксид цинку - 3 - 5

Противостарители - 0,9 - 2,0

Технічний вуглець - 60 - 80

Шлаки феррохромовий саморассипающійся - 50 - 60

Пластифікатор - 10 - 30

Заявка 2000102509/12 від 01.02.2000 р.

Дата початку дії патенту 01.02.2000 р.

Дата публікації 20.08.2001 р.

Винахідник: Остріков О.М., Абрамов О.В., Рудомьоткін А.С.

Патентовласник: Волзька державна технологічна академія

Двухшнековий екструдер

Опис винаходу до патенту РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

Реферат:

Винахід відноситься до переробки термопластичних матеріалів і може бути використане в галузях промисловості, що застосовують екструзію. Двухшнековий екструдер містить взаємозачеплювані обертаються шнеки, розташовані в робочій камері, і матрицю. Робоча камера включає завантажувальний отвір, зони стиснення і гомогенізації, розділові гребені і вихідний отвір. Вихідний отвір виконано циліндричним, розташоване в зонах гомогенізації і стиснення і сполучене з наскрізним каналом. У каналі встановлений з можливістю переміщення паралельно осям шнеків шток. Робочий кінець штока розміщений в зоні гомогенізації під вихідним отвором. За першим варіантом циліндричне вихідний отвір розташовано на нижньому гребені при виконанні шнеків з можливістю обертання назустріч один одному. За другим варіантом канал з вихідним отвором і штоком розташований у верхньому і нижньому розділових гребенях при виконанні шнеків з можливістю обертання в одному напрямі. Винахід дозволяє стабілізувати тиск в предматрічной зоні екструдера при зміні технологічних параметрів процесу при екструзії різного вихідного сирь.

Винахід відноситься до переробки термопластичних матеріалів і може бути використане в галузях промисловості, що застосовують екструзію.

Відомий двухшнековий екструдер, що містить два шнека, змонтованих в корпусі з можливістю взаємозачеплення і обертання в одному напрямі дл подачі вихідного матеріалу через перше і друге шнекові отвори в корпусі, нагрівання його, перемішування і шприцювання, і пристрій, що регулює ступінь перемішування [Авторське свідоцтво СРСР № 1741606, кл. У 29 З 47/40, 15.05.92, Бюл. № 22].

Недоліком такої конструкції є неможливість регулювання тиску в предматрічной зоні екструдера.

Найбільш близькою до запропонованого є двухчервячная машина (екструдер) для переробки високов'язких полімерів, що містить матеріал циліндр (робочу камеру) з розділовими гребенями і завантажувальним отвором, розташовані в матеріальному циліндрі черв'яки (шнеки) і фильеру (матрицю), а також виконаний на нижньому розділовому гребені циліндричний вріз (вихідний отвір) [Авторське свідоцтво СРСР № 1608073, кл. У 29 З 47/40, 23.11.90, Бюл. № 43].

Недоліком даного пристрою є неможливість «автоматичного» регулювання величини тиску (регулювання зазору між запірними шайбами ​​і торцями шнеків проводиться регулювальними гвинтами вручну), що призводить до нестабільності процесу екструзії, і в свою чергу веде до погіршення якості одержуваного продукту. Крім того, відома установка є вузькоспеціалізованою, призначеною тільки для переробки високов'язких полімерів, що обмежує область її застосування.

Технічним завданням винаходу є стабілізація тиску в предматрічной зоні екструдера при зміні технологічних параметрів процесу в ході пресування різного вихідного сирь за рахунок відведення частини продукту з предматрічной зони та напрямки їх у робочу камеру.

Поставлена ​​задача досягається тим, що в двухшнековом екструдері, що містить взаємозачеплювані обертаються шнеки, розташовані в робочій камері, що включає завантажувальний отвір, зони стиснення і гомогенізації, розділові гребені, вихідний отвір і матрицю, за першим варіантом новим є те, що вихідний отвір виконано циліндричним, розташовано в зонах гомогенізації і стиснення і сполучене з наскрізним каналом, в якому встановлений з можливістю переміщення паралельно ос м шнеків шток, робочий кінець якого розміщений в зоні гомогенізації під вихідним отвором, причому циліндричне вихідний отвір розташовано на нижньому гребені при виконанні шнеків з можливістю обертання назустріч один одному.

У двухшнековом екструдері, що містить взаємозачеплювані обертаються шнеки, розташовані в робочій камері, що включає завантажувальний отвір, зони стиснення і гомогенізації, розділові гребені, вихідний отвір, і матрицю, по другому варіанту новим є те, що вихідний отвір виконано циліндричним, розташоване в зонах гомогенізації і стиснення і сполучене з наскрізним каналом, в якому встановлений з можливістю переміщення паралельно ос м шнеків шток, робочий кінець якого розміщений в зоні гомогенізації, причому канал з вихідним отвором і штоком розташований у верхньому і нижньому розділових гребенях при виконанні шнеків з можливістю обертання в одному напрямку .

При порушенні сталого режиму роботи екструдера (пульсації продуктивності та тиску, наприклад, при наявності недостатньої однорідності складу суміші) чи зміну режиму роботи, при зміні рецептури суміші, потрібна зміна кількості відводиться частини продукту з предматрічной зони.

У цьому випадку в запропонованому пристрої передбачається «автоматичне» регулювання прохідного перерізу вихідного отвору наскрізного каналу за рахунок пульсацій тиску в предматрічной зоні екструдера.

Формула винаходу:

1. Двухшнековий екструдер, що містить взаємозачеплювані обертаються шнеки, розташовані в робочій камері, що включає завантажувальний отвір, зони стиснення і гомогенізації, розділові гребені, вихідний отвір, і матрицю, яка відрізняється тим, що вихідний отвір виконано циліндричним, розташоване в зонах гомогенізації і стиснення і сполучене з наскрізним каналом, в якому встановлений з можливістю переміщення паралельно осям шнеків шток, робочий кінець якого розміщений в зоні гомогенізації під вихідним отвором, причому циліндричне вихідний отвір розташовано на нижньому гребені при виконанні шнеків з можливістю обертання назустріч один одному.

2. Двухшнековий екструдер, що містить взаємозачеплювані обертаються шнеки, розташовані в робочій камері, що включає завантажувальний отвір, зони стиснення і гомогенізації, розділові гребені, вихідний отвір, і матрицю, яка відрізняється тим, що вихідний отвір виконано циліндричним, розташоване в зонах гомогенізації і стиснення і сполучене з наскрізним каналом, в якому встановлений з можливістю переміщення паралельно осям шнеків шток, робочий кінець якого розміщений в зоні гомогенізації, причому канал з вихідним отвором і штоком розташований у верхньому і нижньому розділових гребенях при виконанні шнеків з можливістю обертання в одному напрямі.

Заявка 2000103592/04 від 14.02.2000 р.

Дата початку дії патенту 14.02.2000 р.

Дата публікації 10.08.2002 р.

Винахідник: Кузнєцов А.А., Куликова О.А., Богач Є.В.

Патентовласник: Волгоградське ВАТ «Хімпром»

Спосіб отримання тонкої дисперсії полімерної сірки в гумовій суміші.

Опис винаходу до патенту РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

Реферат:

Винахід відноситься до галузі технології одержання композиційних полімерних матеріалів. Змішують гумову суміш з полімерної сіркою в метастабільних станів, отриманої термічної полімеризацією сірки в присутності стабілізатора з наступним загартуванням. В якості стабілізатора використовують гексахлорпараксілол або хлорціклогексан. Стабілізовану полімерну сірку змішують з попередньо приготовленою маткової гумовою сумішшю. Термічну полімеризацію проводять при 220-240 ^o С протягом 2 год, загартування проводять у 0,2-0,5%-ном водному розчині полівінілового спирту при температурі нижче 10 ^o С протягом 1 ч. Спосіб за винаходом дозволяє спростити технологію отримання тонкої дисперсії полімерної сірки в гумовій суміші.

Винахід відноситься до галузі технології одержання композиційних полімерних матеріалів, зокрема до галузі отримання тонкої дисперсії полімерної сірки, що знаходиться в метастабільних станів в гумових сумішах, призначених для виготовлення виробів у гумовій, переважно в шинної промисловості.

Відомий спосіб отримання дисперсії полімерної сірки в гумових сумішах шляхом введення високомолекулярного вулканизующего агента, що знаходиться в кристалічному стані, в гумову суміш.

Недоліками даного способу отримання дисперсії полімерної сірки в гумовій суміші є застосування полімерної сірки у вигляді дрібного порошку, що має тенденцію до утворення вибухонебезпечного пилу і агломератів, що ускладнюють рівномірний розподіл вулканизующего агента.

Найбільш близьким по технічній суті є спосіб отримання дисперсії полімерної сірки в гумових сумішах на основі натурального і бутадієн-стирольного каучуків. Полімерну сірку застосовують в метастабільних стані після стабілізації бромом, йодом або у вигляді сополимера з селеном або телуром і загартування в охолодженій воді. Перед застосуванням передбачається видалення розчинної сірки екстракцією сірковуглецем, хлоровані вуглеводнями або іншими придатними розчинниками (патент США 5475059, кл З 08 F 28/02, 1995 р.).

Недоліками даного способу отримання дисперсії сірки в гумових сумішах є складність технології, пов'язана із застосуванням для отримання полімерної сірки надзвичайно небезпечних (телур) і високонебезпечних (бром, йод і селен) речовин, а також необхідністю у ряді випадків екстракції розчинної сірки. Отримана цим способом полімерна сірка представляє собою безформну злиплу масу, що ускладнює процеси виділення і подальшої переробки.

При створенні винаходу ставилася задача спростити технологію отримання тонкої дисперсії полімерної сірки в гумових сумішах.

Поставлена ​​задача досягається тим, що в якості стабілізаторів полімерної сірки використовують гексахлорпараксілол або хлорціклогексан, пов'язані з малонебезпечних і помірнонебезпечні речовин, а в якості гартівного середовища застосовують 0,2-0,5%-ний водний розчин полівінілового спирту при температурі нижче 10 ^o С. У результаті чого отримують готову до застосування гранульовану сірку, яка містить 45-50% полімерної сірки.

Проведення гарту полімерної сірки у водному розчині полівінілового спирту, що містить менш як 0,2 мас.% Захисного колоїду не дозволяє забезпечити стійку до злипання дисперсію, а використання розчину з концентрацією більше 0,5% економічно недоцільно. Загартування при температурі вище 10 ^o С малоефективна і вимагає значного збільшення тривалості процесу.

Винахід пояснюється такими прикладами.

Приклад 1.

У розплав 200 р. сірки при температурі 140-150 ^o С вводять 3 г (1,5% від маси сірки) гексахлорпараксілола і нагрівають реакційну масу до 220-240 ^o С протягом 2 ч. Після цього вміст реактора тиском інертного газу перевантажують у 2000 енергійно перемішувати гартувального розчину при високій температурі. Загартовування проводять в 0,5%-ном водному розчині полівінілового спирту протягом 1 ч. Потім гартівних розчин фільтрують і сушать отримані гранули. Отримують 203 р. продукту, що містить 50% полімерної сірки. Отриману таким чином стабілізовану полімерну сірку, що знаходиться в метастабільних станів, направляють на приготування гумової суміші.

Змішання проводять у лабораторному змішувачі зі швидкістю обертання роторів 60 об / хв протягом 60 ± 5 с. Вивантаження гумової суміші проводять при температурі 108 ± 6 ^o С. Отримують однорідну тонку дисперсію полімерної сірки в гумовій суміші з розміром частинок полімерної сірки не більше 3 мікрон.

Приклад 2.

За методикою, описаною в прикладі 1

проводять термічну полімеризацію 200 р. сірки в присутності 2 г хлорціклогексана (1% від маси сірки). Закладання полімерної сірки здійснюють в 0,2%-ном водному розчині полівінілового спирту при температурі 1-10 ^o С. Отримують 202 р. продукту, що містить 45% полімерної сірки.

Приготування гумової суміші здійснюють за рецептурою прикладу 1 в тих же умовах. Отримують однорідну тонку дисперсію полімерної сірки в гумовій суміші. Розмір часток вулканизующего агента не перевищує 3 мікрон.

Приклад 3.

За методикою, описаною в прикладі 1, проводять термічну полімеризацію 200 р. сірки в присутності 2 г гексахлорпараксілола (1% від маси сірки). Загартовування полімерної сірки здійснюють в 0,3%-ном водному розчині полівінілового спирту при температурі 2-8 ^o С. Отримують 202 р. продукту, що містить 48% полімерної сірки.

Приготування гумової суміші здійснюють за рецептурою прикладу 1. Отримують однорідну тонку дисперсію полімерної сірки в гумовій суміші. Розмір часток вулканизующего агента не перевищує 3 мікрон.

Таким чином, пропонований спосіб дозволяє спростити технологію отримання тонкої дисперсії полімерної сірки в гумових сумішах завдяки використанню в якості стабілізаторів малонебезпечних і помірно небезпечних хлорорганічних сполук, таких як гексахлорпараксілол або хлорціклогексан, а в якості гартівного середовища 0,2-0,5% водного розчину полівінілового спирту, що дозволяє уникнути злипання частинок продукту в процесі загартування. Крім цього, виключається необхідність екстракції ціклооктасери з вулканизующего агента.

Формула винаходу:

1. Спосіб отримання тонкої дисперсії полімерної сірки в гумовій суміші змішанням її з полімерної сірої, що знаходиться в метастабільних станів і отриманої термічної полімеризацією сірки в присутності стабілізатора з подальшим гартом, що відрізняється тим, що в якості стабілізатора використовують гексахлорпараксілол або хлорціклогексан і стабілізовану полімерну сірку змішують з попередньо приготовленою маткової гумовою сумішшю.

2. Спосіб за п. 1, яка відрізняється тим, що термічну полімеризацію сірки проводять при температурі 220-240 ^o С протягом 2 год, а загартування проводять у 0,2-0,5%-ном водному розчині полівінілового спирту при температурі нижче 10 ^o С протягом 1 ч.

Заявка 97111805/04 від 14.12.1995 р.

Дата початку дії патенту 14.12.1995 р.

Дата публікації 20.08.2002 р.

Винахідник: БЕЛЬМОН Джеймс А. (US), РІД Томас Фю (US)

Патентовласник: КОБОТ КОРПОРЕЙШН (US)

Гумові композиції на основі каучуків EPDM, HNBR і бутилкаучуку, що містять продукти сажі

Опис винаходу до патенту РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

Реферат:

Винахід стосується використання продуктів сажі в гумових композиціях на основі каучуків EPDM, HNBR і бутилкаучуку. Гумову композицію отримують шляхом змішування 100 вагу. ч. каучуку і 10-300 вагу. ч. продукту сажі, що має приєднану органічну групу - Ar - (S) _n - Ar ', де Аr і Аr' - група арил і n в межах 1-8. Додатково провід т вулканізацію суміші. Каучук вибраний з групи - сополімер етилену, пропілену та дієнового мономера (EPDM), частково і гідрованого сополимера нітрилу акрилової кислоти і бутадієну (HNBR) і бутилкаучуку. Також отримують таку ж гумову композицію з продуктом сажі, які мають приєднану групу - Аг - (S) n-Аr », де Аг - група арил, Аr» - група аріла і n - в межах 1-8, з додатковою вулканізацією суміші. Технічний результат полягає у збільшенні модул гуми та отриманні більш пов'язаної гуми.

Ця винахід стосується використання продуктів сажі в гумових композиціях на основі каучуків EPDM, HNBR і бутилкаучуку з метою збільшення модуля гуми та отримання більш пов'язаної гуми, а також інших цінних властивостей.

Опис рівня техніки, що відноситься до даної галузі.

Такі гумові композиції, як гумові композиції на основі каучуків EPDM, HNBR і бутилкаучуку, добре відомі і застосовуються у різноманітній промислової та споживчої продукції. См. McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology, pp. 761-763 (McGraw-Hill, 1982). EPDM є каучуком на основі сополімеру етилену, пропілену та дієнового мономерів. HNBR є гідровані бутадієновий каучук, тобто частково гідровані сополімером, отриманим з кополімеризації нітрилу акрилової кислоти і бутадієну. Бутилкаучук є сополімером ізобутилену і ізопрену.

Гумові композиції на основі каучуків EPDM, HNBR і бутилкаучуку використовуються в широкому діапазоні продуктів. Ці продукти включають, наприклад, деталі автомобілів, прокладки, покриття кабелів і проводів, вироби з технічної гуми, нащільники для бічних стінок автомобільних покришок, вкладиші покришок, запобіжні амортизатори, прогумовані тканини, ізоляційний матеріал, шланги й герметики для басейнів чи резервуарів.

Однією відмінною рисою каучуків EPDM, HNBR і бутилкаучуку є низький рівень ненасиченості. Низький рівень ненасиченості цих каучуків обмежує ефективність армуючих агентів в гумових композиціях з цих каучуків. Це особливо очевидно при порівнянні з використанням армуючих агентів в дієнових каучуках, які мають високі ступені ненасиченості. Бутилкаучук, наприклад, це звичайно полібутилен, що має від 0,5 до 4,5% діолефіна, і звичайно 3% ізопрену. Невелика кількість діолефіна в бутилкаучуке забезпечує ненасиченість для армуючого агента і освіти поперечних зв'язків.

Сажі використовувалися як фарбувальних речовин, наповнювачів і / або армуючих або підсилюють агентів при змішанні і приготуванні гумових композицій. Властивості сажі є важливим чинником, що визначає різні робочі характеристики гумової композиції, яка містить сажу. Дивіться, наприклад, патент США 5236992, який введено тут як посилального матеріалу.

Виникає необхідність розробити продукт сажі, який міг би надати необхідні властивості гумовим композиціям на основі каучуків EPDM, HNBR і бутилкаучуку, що містить цей продукт сажі.

Опис винаходу.

Відповідно до цього даний винахід забезпечує нові гумові композиції, що готуються процесом, що включає зсув 100 вагових частин каучуку, обраного з каучуків EPDM, HNBR і бутилкаучуку і від 10 до 300 вагових частин продукту сажі, що має приєднану органічну групу формули - Аг-S _n - Аr'-, в якій Аr і Аr 'є групами арил, і n знаходиться в межах від 1 до 8, переважно від 2 до 4.

В іншому прикладі реалізації винахід забезпечує гумову композицію, що готують процесом, що включає змішання 100 вагових частин каучуку, обраного з каучуків EPDM, HNBR, бутилкаучуку і від 10 до 30 вагових частин продукту сажі, що має приєднану органічну групу формули Аr-S _n - Аг », в якій Аr є групою арил, Аr »є групою аріла і n знаходиться в межах від 1 до 8, переважно від 2 до 4.

Гумові композиції згідно винаходу мають збільшений модуль, більш пов'язаний каучук в порівнянні з гумами, з відповідними сажами без приєднаних органічних груп. Інші ознаки справжнього винаходу стануть очевидні з наступного докладного опису винаходу і формули винаходу.

Заявка 98120796/04 від 20.11.1998 р.

Дата початку дії патенту 20.11.1998 р.

Дата публікації 20.04.2002 р.

Винахідник: Румянцева В.М., Сергеєва Т.А., Коркодінова Л.А.

Патентовласник: ВАТ «Балаковорезінотехніка»

Гумова суміш.

Опис винаходу до патенту РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

Реферат:

Винахід відноситься до гумової промисловості, зокрема до гумової суміші на основі бутадієн - стирольного і етиленпропіленового каучуків. Призначена для виготовлення сальників. Гумова суміш має склад: бутадієн-стирольний каучук, етіленпропіленовий каучук; вулканізуються група - сірка технічна, сульфенамід Ц, Тіур Д; активатор - білила цинкові, кислота стеаринова, поліетиленгліколь-115; противостарители - ацитоне Р, церезин 80, діафен ФП; пластифікатор - Масло ПМ, каніфоль соснова, інден-кумаронової, каучук низькомолекулярний полібутодіеновий НМПБ, поліетилен низькомолекулярний; наповнювач - вуглець технічний П 701, вуглець технічний П 324, каолін, крейда природний; паста «Кальценафт», обрана із групи: суміш кальцієвих мил і амідів насичених жирних кислот, безводна суміш спиртів жирного ряду та складних ефірів жирних кислот, суміш жирних кислот, їх цинкових солей і оксіетиленових продуктів. Технічний результат полягає в підвищенні твердості, технологічних властивостей, забезпеченні експлуатаційних властивостей. Порівняльна характеристика:

Таблиця 1

Варіанти гумових сумішей представлені в таблиці № 2.

Таблиця № 2.

Противостарители:

Ацетоніл Р

Церезин 80

- Діафен ФП