Влияние диспергаторов на старение и морозостойкость эластомерных композиций на основе бутадиеннитрильных каучуков

Современное развитие техники потребовало создания и широкого применения эластомерных материалов, сочетающих многообразные и часто весьма противоречивые свойства. К числу таких свойств могут быть отнесены морозостойкость и термостабильность, необходимые для многих РТИ.

Поскольку ассортимент эластомеров, обладающих высокой устойчивостью к тепловому старению и отличными низкотемпературными свойствами, очень ограничен и они не всегда доступны, предпочтительнее использовать в композиции модификаторы [1–3]. Это позволяет, не прибегая к синтезу новых каучуков, создать целую гамму материалов с новым комплексом свойств и значительно расширить сырьевую базу промышленности по производству РТИ.

Температурные пределы практического использования резин во многом определяются их стойкостью к различным видам старения, а также морозостойкостью. Поэтому важной задачей является расширение температурных режимов эксплуатации резиновых технических изделий за счёт повышения термостабильности эластомерных материалов путём применения модификаторов различной природы.

Цель исследования – изучение влияния диспергаторов на свойства резиновых смесей для получения изделий с высокой устойчивостью к тепловому старению или морозостойкостью.

• 1.1    Материалы и методы

В работе исследовались диспергаторы: Dispergator Fl, INT 159 [2–3].

Dispergator Fl – гранулированная технологическая добавка на основе комбинации металлического мыла, спиртов и жирных кислот. Известно [4–5], что при добавлении Disperga-tor FL существенно улучшается текучесть резиновой смеси при переработке её в изделия методами экструдирования, каландрования, трансферного прессования или литья под давлением. Также Dispergator FL играет роль внутренней и внешней смазки, положительно влияя на извлекаемость формуемых деталей из формы.

INT 159 представляет собой гранулы кремового цвета, полученные на основе низкомолекулярного полимера, пропитанного первичными алифатическими аминами. Эта добавка способствует улучшению диспергирования наполнителей и улучшению текучести смесей [2–3].

В литературе нет сведений о влиянии этих модификаторов на морозо- и термостабильность. Однако наличие в составе модифицирующих добавок Dispergator FL, INT 159 активных функциональных групп даёт основание предположить, что они могут оказывать влияние на структурную упорядоченность эластомера и тем самым привести к расширению температурных режимов эксплуатации изделий.

Исследование влияния модификаторов проводили для резиновых смесей на основе БНКС-18АМН и БНКС-28АМН – сополимеров бутадиена и нитрила акриловой кислоты 18 и 28% соответственно.

Опытные образцы эластомерных композиций изготавливали на лабораторных вальцах ЛВ 320 160/160 при постоянном охлаждении валков; вулканизацию проводили в гидравлическом прессе при температуре 143 ± 3 °C. Определение стойкости резин к старению при статической деформации сжатия проводили в соответствии с ГОСТ 9.029-74. Определение коэффициента морозостойкости по эластическому восстановлению после сжатия при температуре минус 20 °C и минус 45 °C – в соответствии с ГОСТ 13808-79.

• 1.2    Результаты и обсуждение

В таблице 1 приведены показатели относительной остаточной деформации сжатия (ОДС).

Как видно из таблицы 1, введение диспергатора INT 159 приводит к уменьшению показателя ОДС, а использование диспергатора Dispergator FL – увеличивает этот показатель. Чем менее подвижны участки цепей каучуков между узлами вулканизационной сетки, тем выше ОДС и термостабильность резин. Это можно объяснить взаимодействием полярных функциональных групп каучуков и диспергатора Dispergator FL. Компоненты диспергатора INT 159, располагаясь по границам надмолекулярных образований эластомеров, повышают подвижность звеньев макромолекул каучуков и ослабляют химические связи в них, снижают термостойкость.

Морозостойкость образцов вулканизатов полученных на основе БНКС-18АМН испытывали при температуре минус 45 °C, а образцы на основе БНКС-28АМН – при минус 20 °C, т. к. с увеличением связанного акриланитрила уменьшается морозостойкость резиновых смесей. Влияние диспергаторов на морозостойкость резин представлено в таблице 2.

Таблица 1

Таблица 2

Показатели относительной остаточной деформации сжатия

Table 1

Indicators of relative residual deformation of compression

Наименование добавки Name of an additive	Относительная остаточная деформация сжатия при температуре 100 °C в течение 24 часов, % Relative residual deformation of compression at a temperature of 100 °С within 24 hours, %
резиновая смесь на основе каучука БНКС-18АМН rubber mix on the basis of BNKS-18AMN rubber
без добавки without additive	37,4
Dispergator FL	38,6
INT 159	35,8
резиновая смесь на основе каучука БНКС-28АМН rubber mix on the basis of BNKS-28AMN rubber
без добавки without additive	35,1
Dispergator FL	36,4
INT 159	33,0

Коэффициент морозостойкости по эластическому восстановлению после сжатия

Table 2.

Frost resistance coefficient on elastic restoration after compression

Наименование добавки Name of an additive	Коэффициент морозостойкости по эластическому восстановлению Frost resistance coefficient on elastic restoration
резиновая смесь на основе каучука БНКС-18АМН, при температуре минус 45 °C rubber mix on the basis of BNKS-18AMN rubber, at a temperature minus 45 °C
без добавки without additive	0,45
Dispergator FL	0,37
INT 159	0,40
резиновая смесь на основе каучука БНКС-28АМН, при температуре минус 20 C rubber mix on the basis of BNKS-28AMN rubber, at a temperature minus 20 °C
без добавки without additive	0,52
Dispergator FL	0,44
INT 159	0,50

По данным таблицы 2, можно сделать вывод, что введение в состав эластомерной композиции диспергатора INT 159 практически не влияет на морозостойкость, а Dispergator FL ухудшает морозостойкость (коэффициент морозостойкости снижается на 15,4–17,8%). Вероятно, это связано с тем, что при пониженных температурах в присутствии Dispergator FL происходит большее замедление релаксационных процессов и снижение энергии теплового движения звеньев макромолекул каучуков.

Она становится недостаточной для преодоления межмолекулярного взаимодействия в модифицированной системе и совершения конформационных переходов макромолекул