Способ поверхностного модифицирования резин

 

Изобретение относится к способам поверхностного модифицирования резин на основе карбоцепных каучуков, может быть использовано при изготовлении уплотнительных узлов трения и позволяет уменьшить коэффициент трения по металлам и повысить износостойкость резин. Способ заключается в обработке резин раствором реакционноспособных веществ в органическом растворителе с последующей обработкой при температуре вулканизации в течение 40 - 60 мин, причем в качестве реакционноспособных веществ используют 2-меркаптобензтиазол и серу в сочетании с жидкокристаллической легирующей присадкой при концентрации 4-5, 1-2 и 2-3 мас.ч. соответственно и обработку резины осуществляют в течение 5-7 ч. 2 табл.

Изобретение относится к способам поверхностного модифицирования резин, может быть использовано при изготовлении уплотнительных узлов трения и позволяет уменьшить коэффициент трения и повысить износостойкость резин при трении по металлам.

Наиболее близким является способ модификации вулканизатов на основе ненасыщенных полярных (хлоропреновых) каучуков растворами пирогаллола или пирокатехина в органическом растворителе в соотношении 1:9-19 в течение 1-10 ч с последующей сушкой для удаления растворителя и термообработкой при 100-150^oC в течение 1-4 ч. Способ позволяет регулировать поверхностную прочность (твердость) резин в широких пределах (а.с. SU N 1047926, C 08 J 7/12, 1983).

Недостатком данного технического решения является невозможность его использования при работе с другими каучуками и незначительное уменьшение коэффициента трения.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа поверхностного модифицирования резин, позволяющего получать резины с меньшим коэффициентом трения по металлам для использования в уплотнительных узлах трения.

Техническим результатом является увеличение износостойкости резин.

Указанный технический результат достигается тем, что способ поверхностного модифицирования резины на основе карбоцепных каучуков, включает обработку резины раствором реакционно-способного вещества в органическом растворителе в течение 5-7 ч с последующей сушкой до удаления растворителя и термообработкой, причем в качестве реакционно-способного вещества используют 2-меркаптобензтиазол и серу в сочетании с жидкокристаллической легирующей присадкой, представляющей собой раствор в индустриальном или моторном масле жидкокристаллического продукта ЛП-2, являющегося побочным продуктом переработанной биомассы, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: Органический растворитель - 100 2-Меркаптобензотиазол - 4 - 5 Сера - 1 - 2 Указанная жидкокристаллическая легирующая присадка - 2 - 3 при этом термообработку проводят при температуре вулканизации в течение 40 - 60 мин.

Легирующая жидкокристаллическая присадка - раствор жидкокристаллического продукта ЛП-2 в индустриальном или моторном масле выпускается по ТУ 6-09-26-716-91 под названием "Моли-кристалл".

ЛП-2 (шерстяной экстракт или шерстяной жир) является отходом - побочным продуктом переработки биомассы, содержащим жидкокристаллические вещества - сложные эфиры стероидных спиртов (холестерина, изохолестерина, ланостерина).

ЛП-2 хорошо растворим в маслах, бензине, бензоле, диоксане, трихлорэтане, толуоле. Нерастворим в воде. Слабо растворим в ацетоне, этиловом спирте. Не содержит минеральных и экологически вредных примесей. Нетоксичен. При контакте с металлами, древесиной и полимерами химически инертен.

Использование жидкокристаллической легирующей присадки, содержащей эфиры холестерина и его аналогов, которые являются жидкими кристаллами стероидной группы, приводит к дополнительному уменьшению коэффициента трения резин по металлу и повышению износостойкости за счет того, что введенная добавка выполняет роль невытесняемой (несмываемой) сухой смазки в узлах трения за счет образования мономолекулярного слоя на поверхности резины из ориентированных молекул эфиров стероидных спиртов.

Органический растворитель внедряется между макромолекулами вулканизационной сетки и доставляет модифицирующую добавку на заданную глубину. Подбор растворителя основан на том, что он должен хорошо растворять добавку и обеспечивать достаточную степень набухания вулканизата.

2-Меркаптобензтиазол и сера способствуют закреплению молекул эфиров стероидных спиртов в модифицированном слое при последующей сушке резины с выводом растворителя и термообработке при температуре вулканизации в пределах плато.

Способ осуществляется следующим образом.

Приготовление реакционно-способного вещества производится следующим образом: сначала в растворитель добавляют жидкокристаллическую легирующую присадку до полного растворения, а затем 2-меркаптобензтиазол и серу.

Обработку резиновых образцов или изделий ведут в растворе реакционно-способного вещества в течение 5-7 часов, что обеспечивает толщину модифицированного слоя. После этого осуществляется сушка до полного удаления растворителя. Далее проводится термообработка при температуре вулканизации (в пределах плато) в течение 40 - 60 минут.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется примерами: Пример 1. В качестве объекта используют вулканизаты резиновой смеси на основе комбинации бутадиен-нитрильных каучуков, используемой для изготовления масло-бензостойких изделий для буровой техники, следующего состава, мас.ч. на 100 мас. ч. каучука: Бутадиен-нитрильный каучук СКН-40М - 80,0 Бутадиен-нитрильный каучук СКН-18М - 20,0 Тиурам - 2,5
Альтакс - 4,0
Оксид цинка - 5,0
Кумарониденовая смола - 2,0
Неозон "Д" - 2,0
Масло ПН-6 - 4,0
Технический углерод П 803 - 20,0
Технический углерод П 324 - 55,0
Температура вулканизации - 150^oC
Применяется раствор реакционно-способного вещества следующего состава, мас. ч.:
Диоксан - 100,0
2-Меркаптобензтиазол - 4,4
Сера - 2,0
Жидкокристаллическая лигирующая присадка - 2,0
Приготовленным раствором обрабатывают поверхность резиновых образцов течение 5-7 ч. После чего осуществляют сушку в воздушном термостате при 60-70^oC до полного удаления растворителя (постоянной массы). Далее проводят термообработку при 150^oC в течение 40-60 мин.

Износостойкость определяют по массовой интенсивности износа
J_g=g/S_n·i,
где g - потеря массы образца при фактической площади контакта S_n на пути трения i.

Коэффициент трения по стали определяют на машине трения типа СМГ-1 по стандартным методикам.

Полученные данные приведены в табл. 1.

Пример 2. Вулканизаты резиновой смеси на основе изопренового, дивинилового и бутадиен-стирольного каучуков, для массовых РТИ, состава, мас.ч. на 100 мас.ч. каучука:
Изопреновый каучук СКИ-3 - 33,0
Дивиниловый каучук СКД - 33,0
Бутадиенстирольный каучук СКМС-30АРКМ - 34,0
Сера - 2,0
Сульфенамид Ц - 1,5
Оксид цинка - 3,0
Канифоль - 2,0
Стеарин - 1,0
Смола стирольноиденовая - 3,0
Масло ПН-6Ш - 12,0
Микровоск - 2,0
N-нитрозодифениламин - 0,7
Продукт 4010 А - 1,0
Химол ЭД - 2,0
Техуглерод П 234 - 60,0
Температура вулканизации - 143^oC.

Раствор реакционно-способного вещества состава, мас.ч.:
Бензол - 100,0
2-Меркаптобензтиазол - 5,0
Сера - 1,0
Жидкокристаллическая легирующая присадка - 3,0
Приготовление раствора и режимы обработки аналогичны примеру 1, только температура термообработки 143^oC.

Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Из приведенных данных видно, что предлагаемый способ поверхностного модифицирования резины обеспечивает наименьший коэффициент трения и минимальный износ при сухом трении по металлам.

Формула изобретения

Способ поверхностного модифицирования резины на основе карбоцепных каучуков, включающий обработку резины раствором реакционно-способного вещества в органическом растворителе в течение 5 - 7 ч с последующей сушкой до удаления растворителя и термообработкой, отличающийся тем, что в качестве реакционноспособного вещества используют 2-меркаптобензтиазол и серу в сочетании с жидкокристаллической легирующей присадкой, представляющей собой раствор в индустриальном или моторном масле жидкокристаллического продукта ЛП-2, являющегося побочным продуктом переработанной биомассы, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Органический растворитель - 100
2-Vеркаптобензтиазол - 4 - 5
Сера - 1 - 2
Указанная жидкокристаллическая легирующая присадка - 2 - 3
при этом термообработку проводят при температуре вулканизации в течение 40 - 60 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2