Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Vulcan_final(vrode_kak).doc
Скачиваний:
23
Добавлен:
24.03.2015
Размер:
551.94 Кб
Скачать

19 Введение

Вулканизация – технологический процесс превращения пластичных каучука или «сырой» резиновой смеси в эластичную резину – материал, обладающий в достаточно широкой температурной области в основном высокоэластическими свойствами и необходимыми эксплуатационными характеристиками.

Если каучук недостаточно пластичен, то в производственном процессе его прежде всего подвергают пластикации, что облегчает или делает возможным проведение операции смешения (изготовление резиновых смесей), шприцевания, каландрования, экструзии, растворения и др. После того как пластичной резиновой смеси придана необходимая форма, ее подвергают вулканизации. В процессе вулканизации форма фиксируется, и изделие приобретает необходимые механические свойства: прочность, эластичность, твердость, сопротивление раздиру и т. д.

С химической точки зрения вулканизация представляет собой образование из цепных макромолекул каучука трехмерной пространственной сетки. Обычно этот процесс – сшивание происходит за счет возникновения редких ковалентных химических связей между макромолекулами под действием специального агента вулканизации.

Межмолекулярные реакции приводит к образованию сетчатых структур за счет соединения исходных линейных или разветвленных макромолекул полимера. Они могут протекать по двум направлениям:

  1. реакции функциональных групп разных макромолекул друг с другом с образованием устойчивых химических связей между макромолекул

  2. реакции низкомолекулярных веществ с реакционно-способными по отношению к ним участками разных макромолекул полимера (сшивание).

Реакции сшивания исходных макромолекул полимеров можно разделить на следующие основные типы:

    1. сшивание насыщенных и ненасыщенных полимеров пероксидами и излучением высоких энергий (пероксидное и радиационное сшивание)

    2. сшивание ненасыщенных эластомеров серой и ускорителями (вулканизация)

    3. реакция функциональных групп исходных макромолекул друг с другом и реакции низкомолекулярных реагентов по функциональным группам, расположенным вдоль макромолекулярных цепей.

Цель работы: установить влияние времени вулканизации на структурные и физико-механические характеристики эластомерных материалов.

Основная часть

Объекты исследования

Сырая (не вулканизованная) резиновая смесь и образцы резины в виде пластин вулканизованных на электропрессе в течение различного времени. Состав смеси: СКИ – 3, натуральный каучук, стеариновая кислота, масло ПН – 6, ацетонанил, черная сажа, сера, сульфенамид Ц.

Изопреновые каучуки (СКИ) относятся к синтетическим каучукам общего назначения. Высокие механические и эластические свойства натурального каучука (НК) послужили основанием для разработки методов синтеза изопрена и создания, синтетических изопреновых каучуков.

Применение различных катализаторов полимеризации в растворителях позволило получать СКИ, приближающиеся по свойствам и структуре к НК: СКИЛ получают с помощью литьевых катализаторов со средним содержанием цис – 1, 4 – звеньев; СКИ-3 – с помощью полимерных катализаторов на основе производных титана и алюминия с высоким содержанием цис – 1, 4 – звеньев – (стереорегулярные). Основные свойства изопренового каучука определяются наличием в нем высокомолекулярного углерода.

Изопреновые каучуки кристаллизуются при –25 0С, но по сравнению с НК характеризуются меньшей скоростью кристаллизации и меньшей степенью кристаллизации. Это объясняется главным образом меньшей регулярностью молекулярных цепей. Внешне кристаллизация выражается в том, что листы каучука теряют прозрачность и твердеют. Склонность каучука к кристаллизации обуславливает высокую прочность при растяжении, как ненаполненных резин, так и резин на их основе. Резины на основе СКИ меньше кристаллизуются при растяжении.

Каучуки типа СКИ-3 выпускают с заданной вязкостью. При переработке в отличие от НК они не нуждаются в предварительной пластикации, и их пластоэластические свойства подобны свойствам пластикатов НК. Однако вследствие большой склонности СКИ к деструкции при переработке необходимо строго соблюдать температурные режимы смешения, разогрева и формования.

Оксид цинка – ZnO(техническое название – цинковые белила). Представляет собой белый порошок плотностью 5500-5600кг/м3.Сорта оксида цинка, применяемого в резиновой промышленности, имеют средний размер частиц от 0,1 до 0,3 мкм. Получается сжиганием металлического цинка в специальных муфельных печах.

Оксид цинка в резиновых смесях играет весьма важную роль: он является активатором ускорителей, усиливающим наполнителем, белым красителем и теплопроводящим наполнителем, снижающим теплообразование при многократных деформациях.

Стеариновая кислота (С17Н35СООН)порошок или хлопья белого, серого или светло-коричневого цвета с температурой плавления 69ºС и плотностью 850-990 кг/м3. Является пластификатором. Пластификаторы являются низкомолекулярными веществами, изменяющими вязкость системы, гибкость молекул, подвижность надмолекулярных структур. Пластификаторы вводят в полимеры с целью повышения их эластичности или пластичности при переработке и эксплуатации.

Масло ПН-6Ш. Ароматические углеводороды, как правило, хорошо совмещаются с ненасыщенными неполярными каучуками (СКИ, СКБ, БСК), умеренно понижают вязкость резиновых смесей, увеличивают их клейкость, незначительно изменяют прочностные свойства вулканизатов даже при большом содержании. Однако эти масла уменьшают эластические свойства резин, особенно при низких температурах, повышают теплообразование при многократных деформациях, а также изменяют окраску, поэтому их нельзя применять в цветных резинах.

Сера. Молекула элементарной серы представляет собой стабильный восьмичленный цикл

Средняя энергия связи S-S в цикле составляет 243-260 кДж/моль.

Для вулканизации каучуков, содержащих двойные связи, сера применяется совместно с ускорителями и активаторами вулканизации.

В отсутствие ускорителей вулканизации структурирование непредельных каучуков проходит очень медленно и требует затрат большого количества энергии. При повышенной температуре (выше 150ºС) происходит распад восьмичленного цикла по ионному или радикальному механизму в зависимости от природы примесей содержащихся в каучуке.

Активированная сера взаимодействует с реакционно-способными участками молекул каучука (например, с α-метиленовыми группами или двойными связями). При этом образуется некоторое количество поперечных полисульфидных связей или персульфгидрильных групп, которые в дальнейшем перегруппировываются с образованием связей различных типов. Основная часть серы в отсутствие ускорителей вулканизации присоединяется к цепочкам каучука внутримолекулярно с образованием циклических сульфидов.

В присутствии ускорителей вулканизации сера в основном присоединяется с образованием поперечных связей различной природы. Резины, полученные с применением серы, характеризуются высокими прочностными свойствами, эластичностью и большой выносливостью при многократных деформациях вследствие широкого набора поперечных связей различной энергии.

Сульфенамид Ц. (N-циклогексил-2-бензтиазолилсульфенамид, сантокюр).

Особенностью сульфенамидных ускорителей является то, что кинетика вулканизации в их присутствии характеризуется наличием индукционного периода и очень высокой скоростью в главном периоде.

Дольшой индукционный период и повышенная критическая температура (около 120ºС) обеспечивают резиновым смесям, содержащим сульфенмидные ускорители, стойкость к подвулканизации даже при интенсивных методах переработки, при которых температуры смесей существенно повышаются.

Применение сульфенамидных ускорителей обеспечивает широкое плато при высоких температурах (до 160ºС) вулканизации. Необходимо присутствие активаторов вулканизации – оксидов цинка, кадмия, кальция, жирных кислот.

При использовании сульфенамидных ускорителей получают вулканизаты с высокими значениями напряжений при определенных удлинениях, очень высокими прочностными, эластическими и динамическими свойствами, хорошим сопротивлением старению. Многослойные изделия отличаются высокой прочностью связи между элементами. Сульфенамиды не изменяют окраски и запаха резин, имеют горький вкус и не пригодны для производства изделий, применяемых в пищевой промышленности.

Ацетонанил Н - полимеризованный 2,2,4-триметил 1,2-дигидрохинолин (продукт конденсации ацетона с анилином). Выпускается в трех видах.

1.  Желто-коричневый порошок; d= 1,08; температура плавления 114°С. Растворим в ароматических углеводородах, незначительно растворяется в бензине.

2.   Темно-коричневая жидкость; d = 1,05. Растворим в бензоле, хлороформе, ацетоне.

3. Хрупкая смола коричневого цвета; d= 1,12; температура размягчения 65° С. Растворим в бензоле, хлороформе, ацетоне, спирте, частично в разбавленных кислотах.

Иногда выпускается в виде гранул. В любом виде не растворяется в воде. Ацетонанил превосходно защищает от теплового старения. Повышает сопротивление резин озонному растрескиванию. Особенно эффективен в сочетании с другими противостарителями. Смола по своему действию занимает промежуточное положение между порошком и жидкостью. Легко диспергируется в каучуке и не выцветает при дозировках более 2 весовых частей; при 0,5 весовых частей слабо окрашивает резину. Относительно малотоксичен.

Ацетонанил спользуется в резинах из всех каучуков общего назначения. Наиболее эффективная дозировка 0,5—2 весовых частей. В светлые и цветные резины вводят до 0,5 весовых частей. Может применяться как стабилизатор синтетических каучуков. В латексы вводят в виде 50%-ной водной дисперсии.

Применяется в производстве шин, ремней, паропроводных рукавов, изоляционных материалов.

Является сильным антиоксидантом, а также стабилизатором вулканизации в производстве резинотехнических изделий и шин.

Технический углерод N-660 представляет собой гранулированный технический углерод печного типа. N-660 обладает несколько большими степенью усиления и удельной внешней поверхностью по сравнению с П-514. Это следует из более высоких значений йодного числа и показателя STSA. Эта марка технического углерода характеризуется большей степенью агрегации первичных частиц (более высокая структурность), более высокие значения OAN и COAN в сочетании с меньшими размерами агрегатов. По сравнению с П-772, N-660, вследствие более высокой удельной внешней поверхности, при таком же наполнении, придает несколько более высокую вязкость резиновым смесям, большее теплообразование при переработке невулканизованных смесей, и в вулканизованных смесях – большие жёсткость, прочность при растяжении, гистерезис и остаточное сжатие в сочетании с более низким удлинением при разрыве, эластичности и электрическом сопротивлении. Несколько более высокая структурность по сравнению с П-772 также содействует более лёгкой диспергируемости и большей вязкости невулканизованных смесей в сочетании с меньшим разбуханием экструдата при экструзии. Применение. N-660 широко используется, особенно там, где требуется хорошие динамические характеристики и повышенные значения прочности при растяжении и сопротивление раздиру, когда эти показатели не могут быть достигнуты при использовании П-772. В шинной промышленности N-660 используется в областях, где необходимо хорошая динамическая способность и не требуется высокого усиления. N–660 применяется в подканавочном слое, боковинах, каркасе и камерных смесях. В производстве резинотехнических изделий N-660 используется в смесях, формованных и вылканизованных всеми видами стандартных технологий, хотя для экструзионных резинотехнических изделий N-600 менее используется по сравнению с П-514, П-539. N-660 используется в производстве монтажных устройств, уплотнителей, прокладок и рукавных прокладок.

  Технический углерод  N-339. Высокодисперсный усиливающий техуглерод с повышенной структурностью. Обеспечивает высокий модуль, улучшенное экструдирование, сопротивление истиранию и гистерезис. Протекторы шин, восстановление протектора. Резинотехнические изделия и конвейерные ленты.

Методы исследования.

Физико-механические испытания вулканизатов.

В настоящей работе будут определены следующие физико-механические характеристики:

-условная прочность при разрыве - fp, МПа

-напряжения при заданных относительных удлинениях – f200, f400, МПа

-относительное удлинение при разрыве - Е,%

-относительное остаточное удлинение -θ, %

Образцами для испытания являются двусторонние лопатки, которые заготавливают на вырубном прессе с помощью специального штанцевого ножа. Из каждой пластинки вулканизованного образца вырубают 7 лопаток, на которых отмечают границы рабочего участка.

С помощью толщиномера замеряют толщину каждого образца в трех точках рабочего участка с точностью до 0,01 мм и за расчетную величину принимают наименьшее значение толщины.

Физико-механические испытания проводят на разрывной машине. Деформацию образца при растяжении измеряют с помощью специальной масштабной линейки, градуированной в единицах относительного удлинения. В ходе растяжения начало линейки должно совпадать с верхней меткой рабочего участка образца. Когда нижняя метка рабочего участка подходит к значениям относительного удлинения 200 и 400 %, снимают показания динамометра Р200 и Р400. В момент разрыва образца фиксируют по линейке значение относительного удлинения при разрыве – ε, % и показания динамометра РР – напряжение при разрыве. Для определения относительного остаточного удлинения замеряют расстояние между метками рабочего участка – L1 через 5 минут после испытания. Если разрыв образца произошел вне рабочего участка, результаты испытания не учитывают.