Резиновая смесь для герметизирующего слоя
Владельцы патента RU 2296782:
Общество с ограниченной ответственностью "Поликров" (RU)
Изобретение относится к резиновой промышленности и касается получения герметизирующего слоя при производстве безкамерных шин и пневмоконструкций. Резиновая смесь содержит изопреновый каучук, наполненный хлорбутилкаучук, полученный взаимодействием при смешении бутилкаучука и хлорированного углеводорода общей формулы CnН(2n+2)-xClx, где n=10-30, x=7-24, при температуре 80-150°С в присутствии коллоидной двуокиси кремния, вводимой в смесь в процессе их смешения, серу, сульфенамидный ускоритель, стеариновую кислоту, оксид цинка, полиэтилен высокого давления, технический углерод, алкилфеноламинную смолу. Технический результат состоит в повышении защиты резиновой смеси от возможной преждевременной вулканизации в процессах ее изготовления и переработки. 2 табл.
Изобретение относится к резиновой промышленности, к производству резиновых смесей и может быть использовано при производстве безкамерных шин и пневмоконструкций.
Известна резиновая композиция на основе изопренового каучука, включающая в себя вулканизующую группу - серу, ди-(2-бензтиазолил)-дисульфид, N-циклогексилбензтиазол сульфенамид-2, модификатор РУ, мягчители и пластификаторы - масло ПН-6, стеарин и рубракс, наполнители - технический углерод и белую сажу, для усиления когезионной прочности и повышения каркасности - полиэтилен низкого давления ПЭНД, а также цинковые белила и канифоль, гексол и в качестве термостабилизаторов и противоутомителей диафен ФП, дианилид (4-фенил-аминофенил) тиофосфоновой кислоты и 2,6 диморфолилметил, 3 нонилфенол (RU 2215756, 20.07.2003). Данная композиция обладает повышенными эксплуатационными свойствами (прочность на разрыв, сопротивление раздиру, удовлетворительное тепловое старение и усталостная выносливость). Однако она имеет достаточно сложный состав и в основном предназначена для изготовления осевой опоры редуктора железнодорожного транспорта.
Известны герметизирующие композиции на основе резиновых смесей. Так, известен состав в виде герметизирующей композиции, используемый в резиновой промышленности (РФ 2103306, 27.01.1998). Основу композиции составляют (мас.ч.) хлорбутилкаучук-100 и канифоль сосновая 30-50. Кроме того, композиция содержит (мас.ч.) масло вакуумное 15-45, стеариновую кислоту 2-4, окись цинка 8-12, сажу белую 8-16 и карбонат кальция 50-95. Состав обладает эластичностью. Из этой композиции формуют жгуты, используемые для герметизации и уплотнения конструкции.
Известна другая герметизирующая композиция на основе смеси каучуков с использованием синтетической и природной смол, включающая {мас.%}: бутилкаучук 9-12, полибутен 26-30, терпенфенолформальдегидную смолу 6-8, канифоль 2-3, этиленпропилендиеновый каучук 9-12 и наполнители - мел и тальк (РФ 2115683, 27.07.1998). Данная композиция используется в основном в строительной индустрии для герметизации стыков в полносборном домостроении, в транспортных средствах и не обладает комплексом всех необходимых свойств, позволяющих использовать ее в производстве шин и пневмоконструкций.
Из RU 2204580, 20.05.2003 известна герметизирующая композиция на основе смесей каучуков (бутилкаучука и изопренового каучука) в сочетании с такими компонентами, как канифоль, полибутен, мел, белая сажа, оксид цинка, стеариновая кислота. Однако данная композиция хотя и обеспечивает хорошую герметичность, но представляет собой вакуумную замазку, используемую для обеспечения герметичности процессов вакуумного и вакуумно-автоклавного формования изделий из полимерных
композиционных материалов (ПКМ) и металлов при температурах от +125 до +180°С.
Из SU 1260374, 30.09.1986 известна резиновая смесь на основе изопренового каучука, используемая в производстве шин и резинотехнических изделий. Данная резиновая смесь включает серу, сульфенамид, N-дитиодиморфолин, стеарин, цинковые белила, N-нитрозадифениламин, N-фенил-N-изопропил-n-фенилендиамин, фенилнафтиламин, гексахлорпараксилол, печной технический углерод и модификатор - блокированный изоцианатсодержащий олигодиен - продукт взаимодействия гидроксилсодержащего олигомера на основе дивинила и изопрена в массовом соотношении 80-20 с толуилендиизоцианатом, при этом она содержит в качестве гексахлорпараксилола его как таковой или смесь с парафиновым углеводородом в массовом соотношении 80:20, в качестве сульфенамида - 2-бензтиазолил-N-морфолилсульфенамид или N-циклогексил-2-бензотиазолилсульфенамид, а в качестве модификатора - изоцианатный олигодиен, блокированный соединением, выбранным их группы, включающей аминокапроновую кислоту, 2-амино-4-тиометилбутановую кислоту, цинковую соль 2-амино-4-тиометилбутановой кислоты и цинковую соль аминобензойной кислоты, и дополнительно содержит дисульфидалкилфенолформальдегидную смолу или молекулярный комплекс резорцина с уротропином при определенных соотношениях компонентов. Однако композиция достаточно сложна, токсична, хотя и имеет хорошую теплостойкость, сопротивление раздиру.
Известна резиновая смесь, используемая при производстве шин, в частности для изготовления герметизирующего слоя, включающая изопреновый каучук, бутадиеновый каучук, хлорбутилкаучук ХБК НТ - 1066, 1068, серу, сульфенамидный ускоритель, стеариновую кислоту, оксид цинка, полиэтилен низкого давления, микрокристаллический воск 3В-1, серосодержащую алкилфенолоформальдегидную смолу (октофор 105), технический углерод при определенных соотношениях компонентов (Техническая документация №30-85 на промышленное производство легковых шин с уровнем качества 1990 г. - М., 1985, с.241, рис.83-79). Данная резиновая смесь является наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению. Однако известная резиновая смесь не обеспечивает необходимой прочности связи с резинами на основе изопренового каучука и динамической выносливости резины.
Из SU 1707025, 22.08.1989 г. известна резиновая смесь для герметизирующего слоя при производстве безкамерных шин. Данное известное изобретение позволяет повысить прочность связи с резинами на основе изопренового каучука и динамическую выносливость резины для герметизирующего слоя за счет дополнительного введения бутилкаучука (БК) и асфальтено-смолистого мягчителя (АСМГ). Резиновая смесь по изобретению содержит галоидированный бутилкаучук, бутилкаучук, серу, сульфенамидный ускоритель, алкилфенолдисульфидную смолу, стеариновую кислоту, оксид цинка, воск, полиэтилен низкого давления, асфальтено-смолистый мягчитель и технический углерод при следующем соотношении компонентов соответственно мас.ч. 25-75:75-25:0,5-2,0:0,7-1,5:2,0-10,0:1,0-3,0:3,0-5,0:1,0-3,0:1,0-3,0:15,0-35,0:50-65.
Однако она также не обеспечивает всего комплекса необходимых эксплуатационных свойств: экологическую безопасность, преждевременную вулканизацию резиновой смеси в процессах ее изготовления и переработки.
Технической задачей заявленного изобретения является повышение защиты резиновой смеси от возможной преждевременной вулканизации в процессах ее изготовления и переработки. Поставленная техническая задача достигается тем, что резиновая смесь для герметизирующего слоя, включающая хлорбутилкаучук, серу, сульфенамидный ускоритель, стеариновую кислоту, оксид цинка, технический углерод, алкилфеноламинную смолу, содержит изопреновый каучук, полиэтилен высокого давления, а в качестве хлорбутилкаучука содержит наполненный хлорбутилкаучук, полученный взаимодействием при смешении бутилкаучука и хлорированного углеводорода общей формулы CnH(2n+2)-xClx,
где n=10-30, х=7-24, при температуре 80-150°С в присутствии коллоидной двуокиси кремния, вводимой в смесь в процессе ее смешения при следующем соотношении компонентов в мас.ч.
| Изопреновый каучук | 35,0-75,0 |
| Вышеуказанный хлорбутилкаучук | 25,0-65,0 |
| Сера | 0,4-0,7 |
| Сульфенамидный ускоритель | 0,3-1,0 |
| Стеариновая кислота | 1,0-3,0 |
| Оксид цинка | 2,0-7,0 |
| Алкилфеноламинная смола | 1,5-4,0 |
| Полиэтилен высокого давления | 2,0-4,0 |
| Технический углерод | 40,0-60,0 |
В качестве изопренового каучука резиновая смесь по изобретению содержит, например, изопреновый каучук СКИ-3, в качестве сульфенамидного ускорителя содержит, например, N-циклогексил-2-бензтиазолилсульфенамид (сульфенамид Ц), сульфенамид M (N-оксидиэтилен-2-бензтиазолилсульфенамид), в качестве алкилфеноламинной смолы содержит смолу октофор N.
Используемый наполненный галоидированный (хлорированный каучук) хлорбутилкаучук получают, например, следующим образом. Хлорсодержащий эластомер (хлорбутилкаучук) получают взаимодействием эластомера и хлорсодержащего реагента в резиносмесителе при 80-150°С в течение 10-30 минут. В качестве хлорсодержащего реагента используют хлорированный водород общей формулой CnH(2n+2)-xClx, где n=10-30, х=7-24. При этом эластомер берут в количестве 75-95 мас.ч., а хлорированный углеводород - 5-25 мас.ч., а на 11-21 минуте смешения эластомера с хлорсодержащим углеводородом в резиносмеситель вводят 5-50 мас.ч. коллоидной двуокиси кремния (кремнекислоты).
Ниже для иллюстрации приведем конкретный пример приготовления хлорбутилкаучука (наполненного) в соответствии с вышеописанным общим способом его получения.
Пример. В резиносмеситель загружается бутилкаучук БК в количестве 95 мас.ч., затем загружается хлорированный углеводород формулы CnH(2n+2)-xClx, где n=10, а х=7 в количестве 5 мас.ч. Смесь перерабатывают 15 минут при t 90°С и частоте вращения роторов, об/мин: переднего 40, заднего 60. На 16 минуте в резиносмеситель загружается 5 мас.ч. коллоидной кремнекислоты (SiO2). На 25 минуте смесь выгружают. Полученный продукт содержит связанного хлора 0,8-1,5 мас.%.
Применение нового хлорсодержащего бутилкаучука (ХБК-2,5), полученного механохимической галоидной модификацией, позволяет сохранить основные специфические свойства резин герметизирующего слоя на достаточно высоком уровне.
В таблице 1 в качестве примера приведены возможные составы известной и предлагаемой резиновой смесей для герметизирующего слоя.
| Таблица 1 | ||
| Компоненты | Содержание компонентов в мас.ч. на 100 мас.ч. каучука и смеси | |
| Известная | Предлагаемая | |
| Изопреновый каучук СКИ-3 | 50,0 | 50,0 |
| Хлорбутилкаучук ХБК НТ-1066, 1068 | 50,0 | - |
| Хлорбутилкаучук ХБК-2,5 | - | 50,0 |
| Сера | 0,52 | 0,52 |
| Сульфенамид Ц | 0,40 | 0,40 |
| Кислота стеариновая | 2,0 | 2,0 |
| Оксид цинка | 3,0 | 3,0 |
| Алкилфеноламинная смола (октофор N) | 2,0 | 2,0 |
| Полиэтилен высокого давления | 3,0 | 3,0 |
| Технический углерод | 40,0 | 50,0 |
Резиновые смеси изготавливают в резиносмесителе в 2 стадии. Первая стадия - скорость вращения роторов резиносмесителя 40 об/мин, температура выгрузки 150°С, продолжительность смешения 3 минуты; вторая стадия - скорость вращения роторов 20 об/мин, температура выгрузки 110°С, продолжительность смешения 5 минут.
Вулканизацию резиновых смесей проводят в прессе при температуре 155°С в течение 20 мин. Пластоэластические, физико-механические и некоторые специфические свойства резиновых смесей и вулканизатов определяют в соответствии с существующими ГОСТами.
Свойства предлагаемой и известной резиновых смесей даны в таблице 2.
| Таблица 2 | ||
| Свойства | Показатели свойств резиновых смесей и вулканизатов | |
| Известная | Предлагаемая | |
| Пластичность, усл.ед. | 0,37 | 0,40 |
| Когезионная прочность, МПа | 3,49 | 3,45 |
| Вязкость по Муни(100°С), усл.ед. | 58,5 | 66,0 |
| Испытания на пластометре «Фаерстон» | ||
| Время истечения, с | 25,8 | 16,2 |
| Усадка, % | 62,0 | 58,5 |
| Испытания на реометре «Монсанто» | ||
| Минимальный крутящий момент, Н м | 9,0 | 9,8 |
| Время начала вулканизации, мин | 4,4 | 9,3 |
| Скорость вулканизации, %/мин по ГОСТ 12535-84 | 7,9 | 9,4 |
| Оптимальное время вулканизации, мин | 17,0 | 20,0 |
| Максимальный крутящий момент, Н м | 16,0 | 24,5 |
| Физико-механические характеристики | ||
| Условная прочность при удлинении 300%, МПа | 2,5 | 8,3 |
| Условная прочность при растяжении, МПа | 10,5 | 10,0 |
| Относительное удлинение при разрыве, % | 650 | 550 |
| Сопротивление раздиру, кН/м | 31 | 39 |
| Воздухопроницаемость, см2/с ат 10-8 | 0,42 | 0,40 |
Таким образом, как следует из представленных данных таблицы 2, резиновая смесь по изобретению позволяет значительно увеличить как время начала вулканизации, так и оптимальное время вулканизации резиновых смесей, что понижает склонность резиновых смесей к преждевременной вулканизации, при этом несколько улучшаются и такие свойства, как пластичность, прочность, сопротивление раздиру, воздухопроницаемость.
Резиновая смесь для герметизирующего слоя, включающая изопреновый каучук, хлорбутилкаучук, серу, сульфенамидный ускоритель, стеариновую кислоту, оксид цинка, технический углерод, алкилфеноламинную смолу, отличающаяся тем, что резиновая смесь дополнительно содержит изопреновый каучук, полиэтилен высокого давления, а в качестве хлорбутилкаучука содержит наполненный хлорбутилкаучук, полученный взаимодействием при смешении бутилкаучука и хлорированного углеводорода общей формулы СnН(2n+2)-хClх, где n=10-30, х=7-24, при температуре 80-150°С в присутствие коллоидной двуокиси кремния, вводимой в смесь в процессе их смешения, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Изопреновый каучук | 35,0-75,0 |
| Вышеуказанный хлорбутилкаучук | 25,0-65,0 |
| Сера | 0,4-0,7 |
| Сульфенамидный ускоритель | 0,3-1,0 |
| Стеариновая кислота | 1,0-3,0 |
| Оксид цинка | 2,0-7,0 |
| Алкилфеноламинная смола | 1,5-4,0 |
| Полиэтилен высокого давления | 2,0-4,0 |
| Технический углерод | 40,0-60,0 |
