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 меркаптобензтиазол и серу в сочетании с ультрадисперсным порошком оксида меди при концентрации 4-5, 1-2 и 10-12 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.

Представленный технический результат достигается способом поверхностного модифицирования резины на основе карбоцепных каучуков, включающим обработку резины раствором реакционноспособного вещества в органическом растворителе в течение 5-7 ч с последующей сушкой до удаления растворителя и термообработкой, причем в качестве реакционноспособного вещества используют 2-меркаптобензтиазол и серу в сочетании с ультрадисперсным порошком оксида меди при концентрации, мас. ч.: органический растворитель - 100 2-меркаптобензтиазол - 4-5 сера - 1-2 указанный ультрадисперсный порошок оксида меди - 10-12 при этом термообработку проводят при температуре вулканизации в течение 40-60 мин.

Ультрадисперсный порошок оксида меди получают лазерным распылением и имеет размеры частиц от 0,01 до 0,1 мкм.

Использование ультрадисперсного порошка, способного образовывать устойчивые ультрадисперсии в органическом растворителе, приводит к дополнительному уменьшению коэффициента трения резин по металлу и повышению износостойкости за счет того, что в процессе набухания в растворе реакционноспособного вещества создаются условия для диффузии твердых ультрадисперсных частиц, находящихся во взвешенном состоянии, с поверхности резины в объем за счет транспортировки микрочастиц молекулами диффундирующего растворителя. Последующая сушка приводит к диффундированию на поверхность и испарению растворителя, в то время как молекулы вулканизующей группы и большая часть твердых ультрадисперсных частиц оксида меди остаются в поверхностном слое. Последующая термообработка при температуре вулканизации в пределах плато приводит к закреплению ультрадисперсных частиц. Уменьшение коэффициента трения и повышение износостойкости обусловлено переносом меди из резины на металлическое (стальное) контртело с последующим обратным переносом. При термообработке в процессе модификации в присутствии серы и серосодержащих веществ происходит сульфидирование меди с образованием сульфида нестехиометрического строения Cu_xs, где x=1,97. В процессе трения, под действием контактных напряжений и высоких температур, развиваемых при трении резин по металлу, сульфид меди распадается с образованием ионов меди, что создает условия для их избирательного переноса между контактируемыми поверхностями.

Органический растворитель внедряется между макромолекулами вулканизационной сетки и доставляет ультрадисперсный порошок на заданную глубину.

2-меркаптобензтиазол и сера способствуют закреплению ультрадисперсных частиц оксида меди в модифицированном слое при последующей сушке резины с выводом растворителя и термообработке при температуре вулканизации в пределах плато.

Способ осуществляется следующем образом.

Приготовление реакционноспособного вещества производится следующим образом: сначала в растворитель добавляют 2-меркаптобензтиазол и серу до полного растворения, а затем при интенсивном перемешивании - ультрадисперсный порошок оксида меди до получения устойчивой суспензии.

Обработку резиновых образцов или изделий ведут в растворе реакционноспособного 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 реакционноспособного вещества следующего состава, мас.ч.:
Диоксан - 100,0
2-меркаптобензтиазол - 4,0
Сера - 2,0
Ультрадисперсный порошок оксида меди - 10,0
Приготовленным раствором обрабатывают поверхность резиновых образцов в течение 5-7 ч. После этого 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 таблице 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
Бутадиен-стирольный каучук СКМС-ЗОАРКМ - 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 реакционноспособного состава вещества, мас.ч.:
Бензол - 100,0
2-меркаптобензтиазол - 5,0
Сера - 1,0
Ультрадисперсный порошок оксида меди - 12,0
Приготовление раствора и режимы обработки аналогичны примеру 1, только температура термообработки 143^oC.

Результаты испытаний приведены в таблице 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 реакционноспособного 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 ультрадисперсным порошком оксида меди при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Органический растворитель - 100
2-Меркаптобензтиазол - 4 - 5
Сера - 1 - 2
Ультрадисперсный порошок оксида меди - 10 - 12
при этом термообработку проводят при температуре вулканизации в течение 40 - 60 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2