Исследование эксплуатационных свойств резин на основе синтетического бутадиен-стирольного каучука дсск-2560-М27 вв

DOI:

For cite

Одним из приоритетных требований, предъявляемых к легковым шинам, является снижение сопротивления качению для повышения топливной экономичности, а также высокое значение сцепления с мокрой и обледенелой дорогой для хорошей устойчивости и управляемости автомобилем. В ряде работ [1-3] приводятся данные по исследованию растворных бу- тадиен-стирольных каучуков, где показано, что для обеспечения требуемых свойств шинных резин на их основе необходимо обеспечить хорошее диспергирование кремнекислотного наполнителя в полимерной матрице для улучшения технологических свойств смесей (валь-цуемость, шприцуемость), снижения гистерезисных потерь, повышения износостойкости.

Синтетический растворный бутадиенстирольный каучук (РБСК) широко применяется в протекторных резинах для улучшения выходных эксплуатационных характеристик, что позволяет обеспечивать конкурентоспособ- ность отечественных шин на мировом рынке.

Известно [4], что РБСК довольно жесткие, сравнительно трудно смешиваются с кремнекислотными наполнителями, поэтому необходимо использовать агенты сочетания для обеспечения качественного диспергирующего смешения. Для устранения указанных недостатков, а также с целью улучшения физико-механических свойств и износостойкости протекторных резин РБСК используют в комбинации с изопреновым или бутадиеновыми каучуками. Известно [5], что одним из основных факторов, определяющих технологические свойства резиновых смесей, является широкое молекулярно-массовое распределение каучука, но при этом необходимо обеспечить требуемый уровень механических свойств вулканизатов.

На производственной площадке АО «Во- ронежсинтезкаучук» выпущена опытная партия высоковязкого бутадиен-стирольного каучука марки ДССК-2560-М27 ВВ. На первом этапе исследования проведен анализ химических свойств и структуры опытного ДССК в сравнении с серийным (таблица 1). Выявлено, что опытный каучук имеет повышенное содержание 1,4-транс звеньев, в тоже время по температуре стеклования исследуемые каучуки не отличаются. Установлено, что для ДССК-2560-М27 ВВ значения среднечисловой и среднемассовой молекулярной массы выше, чем у серийного, при этом ниже полидисперсность. Следствием таких молекулярно-массовых характеристик является ухудшение технологических свойств, например, увеличение вязкости по Муни на 10 единиц. В ходе дополнительных экспериментов было установлено, что для удовлетворительной перерабатываемости опытного каучука требуются следующие пределы молекулярномассовых характеристик: среднемассовая молекулярная масса должна составлять Mw = 500±50, полидисперсность - Mw/ Mn = 1,9±0,2.

Таблица 1

Структурные характеристики и основные свойства каучуков ДССК

Наименование показателей	Наименование образцов
	ДССК-2560-М27 серия1 ДССК-2560-М27 ВВ
Микроструктура
Мас. доля St-св., %	25,5	25,8
Мас. доля 1,2-зв., %	65,0	65,6
Мас. доля 1,4-транс, %	13,5	16,0
Молекулярно-массовые характеристики
Среднечисловая молекулярная масса (Mn, 10-3)	212	285
Среднемассовая молекулярная масса (Mw, 10-3)	450	522
Полидисперсность (Mw/ Mn)	2,12	1,83
Свойства каучука
Вязкость по Муни, ML 1+4 (100 ºC)	50	60
Релаксация, А	966	821
Температура стеклования, °С (экстрагированный, скорость нагрева - 20° в мин)	-16	-16

На втором этапе проведены сравнительные испытания каучуков серийного ДССК-2560-М27 и опытного ДССК-2560-М27 ВВ в протекторных резиновых смесей легковых шин на основе. При этом в полимерной основе заменяли серийный ДССК на опытный. Протекторные резиновые смеси на основе РБСК и синтетического изопренового каучука с высоким содержанием кремнекислотного наполнителя изготавливал в лабораторном резиносмесителе K1 Mk4 Intermix MIXER ф. Farrel по трехстадийному режиму смешения. Основные параметры резиносмешения и свойства резиновых смесей представлены в таблице 2.

В ходе приготовления резиновых смесей наблюдали увеличение температуры выгрузки на каждой стадии для ДССК с высокой вязкостью по сравнению с серийным, а также увеличение на 6 % общей затраченной энергии на процесс смешения. Однако более высокое качество распределения наполнителей, оцененное по модулю G’ при 1 % деформации и эффекту Пейна зафиксировано для резиновой смеси на основе ДССК-2560-М27 ВВ. Тенденция увеличения вязкости, отмеченная для опытного каучука, сохраняется и для резиновой смеси на его основе (таблица 2).

Таблица 2

Основные параметры резиносмешения и свойства резиновых смесей на основе каучуков ДССК

Наименование показателей	Наименование образцов
	ДССК-2560-М27 серия	ДССК-2560-М27 ВВ
Температура резиновых смесей при выгрузке, ° С: 1    стадия 2    стадия 3    стадия	150 145 100	155 150 105
Общая затраченная энергия, кВт/ч	1,36	1,45
Свойства резиновых смесей
Вязкость по Муни, ML 1+4 (100 ºC)	35	46
G’ при 1% деформации, кПа	143	131
Эффект Пейна, кПа	105	87
Вулканизационные характеристики
МL, дНм	1,4	1,6
МН, дНм	12,3	11,5
ts1, мин.	1,2	1,8
t′ 25, мин	3,2	3,1
t′ 50, мин	4,3	4,0
t′ 90, мин	9,3	9,6

Анализ вулканизационных характеристик (таблица 2, рисунок 1), полученных на приборе MDR 2000, показал увеличение стойкости к преждевременной вулканизации для резиновых смесей на основе ДССК-2560-М27 ВВ при сохранении общей скорости вулканизации относительно серийного образца. Следует отметить, что максимальный крутящий момент опытного образца несколько ниже, очевидно, вследствие лучшего диспергирования наполнителей в резиновой смеси.

Вулканизаты были получены с помощью гидравлического пресса WKP 3000 S ф. WICKERT при температуре 160 ° С в течение 20 минут. Из таблицы 3 видно, что резины на основе ДССК-2560-М27 ВВ по упругопрочностным свойствам близки к серийным образцам. Отмечено улучшение прочностных

Рисунок 1. Вулканизационные характеристики: 1 – ДССК-2560-М27 серийный; 2 – ДССК-2560-М27 ВВ

Таблица 3

Физико-механические показатели вулканизатов на основе каучуков ДССК

Наименование показателей	Наименование образцов
	ДССК-2560-М27 серия	ДССК-2560-М27 ВВ
Условное напряжение при 300% удлинении, МПа	9,6	10,4
Условная прочность при растяжении, МПа	16,1	17,1
Относительное удлинение, %	500	490
Коэффициент теплостойкости по условной прочности при растяжении	0,51	0,50
Коэффициент старения по условной прочности при растяжении	0,90	0,95
Эластичность по отскоку, % при 23 ºС при 70 ºС	14 31	17 36
Потеря объема при истирании по Шоперу-Шлобаху, мм3	75	79
Tanδ 60ºC при 10% деформации [RPA 2000]	0,153	0,137

Анализ упруго-гистерезисных свойств вулканизатов показал снижение механических потерь при 10 % деформации для резин на основе ДССК-2560-М27 (таблица 3), что подтверждается результатами испытаний tgδ при +60 °С на приборе DMA.

Известно [7], что по tgδ при 0 °С, можно оценить сцепление с влажной, обледенелой дорогой. Установлено, что применение опытного каучука улучшает сцепные характеристики протекторной резины.

Рисунок 2. Упруго-гистерезисные свойства вулканизатов: 1 – ДССК-2560-М27 серийный; 2 – ДССК-2560-М27 ВВ

В настоящее время в работах многих исследователей уделяется особое внимание изучению свойств, входящих в так называемый «магический треугольник»: сопротивление качению, сцепление с влажной дорогой, износостойкость.

Тягово-сцепные характеристики, сопротивление качению определяли на лабораторной установке LAT-100, которая представляет собой многоцелевое устройство, оценивающее важные эксплуатационные свойства шинных резин. Полученные результаты на данной установке хорошо коррелируют со стендовыми и дорожными испытаниями шин [8].

С помощью массива данных, полученных на лабораторной установке LAT-100, была построена диаграмма рейтинговой оценки прогнозируемых эксплуатационных свойств. Установлено улучшение сопротивления качению и сцепления с влажной дорогой для резин на основе ДССК-2560-М27 ВВ.

Сопротивление

ледяной дорогой влажной дорогой

Рисунок 3. Диаграмма рейтинговой оценки прогнозируемых эксплуатационных свойств на установке LAT-100: 1 – ДССК-2560-М27 серийный (эталон);

2 – ДССК-2560-М2 ВВ

Таким образом, при исследовании структуры и свойств опытных каучуков ДССК-2560-М27 ВВ, в том числе в составе резиновых смесей и вулканизатов показано их преимущество по основным эксплуатационным свойствам в протекторных резинах легковых шин.