Износостойкая смесь на основе пропиленоксидного каучука
Владельцы патента RU 2294346:
Институт неметаллических материалов СО РАН (RU)
Общество с ограниченной ответственнотью "Нордэласт" (RU)
Изобретение относится к резиновой смеси на основе пропиленоксидного каучука СКПО, включающей серу, тиурамдисульфид, стеариновую кислоту, оксид цинка, 2-меркаптобензтиазол, технический углерод. Смесь дополнительно содержит политетрафторэтилен Ф-4. В качестве технического углерода включает технический углерод П-803. Соотношение компонентов в смеси следующее, мас.ч.: пропиленоксидный каучук СКПО - 100,0, стеариновая кислота - 1,0, оксид цинка - 3,0, 2-меркаптобензтиазол - 2,0, тиурамдисульфид - 2,0, технический углерод - 60,0, сера - 1,5 и политетрафторэтилен Ф-4 - 5,0-20,0. Данное изобретение позволяет значительно повысить модуль при 100% удлинении и износостойкость резины (до 2 раз), снизить остаточную деформацию сжатия при сохранении высокой морозостойкости материала. 2 табл.
Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности, к разработке морозо-, износо-, маслостойких эластомерных материалов, которые могут быть использованы для изготовления уплотнительных деталей, применяемых в различных видах уплотнительных узлов машин и механизмов.
Наиболее перспективным материалом для эксплуатации в условиях Крайнего Севера являются резины на основе пропиленоксидного каучука (СКПО), который характеризуется высокими термо-, озоно- и морозостойкостью. Недостатком его является малый уровень маслостойкости и высокие значения остаточной деформации сжатия (Говорова О.А. и др. Разработка атмосферостойких резин с улучшенными низкотемпературными и адгезионными свойствами. Каучук и резина, 1999, №2, с.18-20. Говорова О.А. и др. Использование добавок эпихлоргидриновых и пропиленоксидных каучуков для расширения температурного интервала работоспособности резины на основе бутадиеннитрильных каучуков. Каучук и резина, 2000, №4, с.18-20, Петрова Н.Н. и др. Исследование влияния низких температур и углеводородных сред на свойства резин на основе пропиленоксидного и бутадиеннитрильного каучуков, Каучук и резина, 2002, №3, с.6-10).
Известен способ (Говорова О.А. и др. Использование добавок эпихлоргидриновых и пропиленоксидных каучуков для расширения температурного интервала работоспособности резины на основе бутадиеннитрильных каучуков, Каучук и резина, 2000, №4, с.18-20) получения резин на основе смесей пропиленоксидного и бутадиеннитрильного каучука БНКС-40 с целью повышения тепло-, морозо- и озоностойкости. Рассмотрены композиции состава БНКС-40:СКПО=25:75; 50:50; 75:25 (мас.ч.). Однако резины с преобладанием пропиленоксидного каучука в композиции обладают неудовлетворительными упругопрочностными свойствами и маслостойкостью. Коэффициент морозостойкости резин значительно ниже, чем у исходной резины на основе СКПО. Данная резиновая смесь была выбрана за прототип, поскольку она наиболее близка по технической сущности к заявляемой резиновой смеси.
Задачей изобретения является повышение масло-, морозо- и износостойкости, упругопрочностных свойств, снижение остаточной деформации сжатия после теплового старения резин на основе пропиленоксидного каучука.
Поставленная задача достигается тем, что резиновая смесь на основе пропиленоксидного каучука, включающая диспергатор, активатор, вулканизующие агенты и наполнитель, дополнительно содержит политетрафторэтилен марки Ф-4 (ПТФЭ). Политетрафторэтилен обладает уникальной агрессивостойкостью, низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью, работоспособен в интервале температур от -269 до +250°С (Паншин Ю.А. и др. Фторопласты. Л.: Химия, 1978). Также в отличие от прототипа резиновая смесь вместо технического углерода П-324 содержит технический углерод марки П-803, который является техническим углеродом, полученным печным способом, с удельной геометрической поверхностью 12-18 м2/г и размером частиц 155-210 нм. Использованный в прототипе технический углерод П-324 характеризуется более высокой геометрической поверхностью (75-82 м2/г) и дисперсностью (размер частиц 38-42 нм) (Корнев А.Е. и др. Технология эластомерных материалов. М.: Издательство "Эксим", 2000). Состав резин приведен в таблице 1.
Политетрафторэтилен вводят в резиновую смесь на стадии смешения каучука и ингредиентов на стандартном оборудовании. Вулканизацию резиновой смеси проводят при 150°С, давлении 12,0 МПа в течение 30 мин. Выдержка вулканизатов до испытаний не менее 6 ч.
Физико-механические показатели вулканизатов определяют по ГОСТ 270-84, остаточную деформацию сжатия (ОДС) по ГОСТ 9.029-74, объемный износ по ГОСТ 25509-79, коэффициент морозостойкости при растяжении (Км) по ГОСТ 408-78, степень набухания в углеводородной среде по ГОСТ 9.030-74. Свойства вулканизатов приведены в табл.2.
Использование данного изобретения, реализуемого на стандартном оборудовании с минимальным изменением технологических режимов переработки смесей, позволяет повысить прочностные характеристики и износостойкость резины (до 2 раз), снизить остаточную деформацию сжатия при сохранении высокой морозостойкости материала на уровне исходного пропиленоксидного каучука. Применение резиновой смеси заявляемого состава позволит повысить ресурс работы резиновых уплотнений при работе в составе герметизирующих устройств.
| Таблица 1 | ||||||||
| Состав резин | ||||||||
| Известная [2] | По изобретению | Контрольные | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||
| СКПО | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Фторопласт Ф-4 | - | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 0 | 30 |
| Стеариновая кислота | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| Каптакс (2-Меркаптобензтиазол) | 0,8 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 |
| Тиурамдисульфид | 1,5 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 |
| Оксид цинка | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 |
| Технический углерод П-803 | 50 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 |
| Сера | 1,0 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
| Таблица 2 | ||||||||
| Свойства резин | ||||||||
| Известная [2] | По изобретению | контрольные | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||
| Условная прочность при | ||||||||
| растяжении, МПа | 13,6 | 11,7 | 12,9 | 14,5 | 13,6 | 12,1 | 11,6 | 9,5 |
| Относительное удлинение при | ||||||||
| разрыве, % | 333 | 260 | 251 | 228 | 123 | 110 | 256 | 85 |
| Условное напряжение при | ||||||||
| удлинении 100%, МПа | 3,5 | 5,3 | 7,2 | 6,6 | 6,5 | 6,0 | 3,5 | 6,1 |
| Коэф-т морозостойкости | ||||||||
| при растяжении при -50°С | 0,81 | 0,54 | 0,58 | 0,74 | 0,60 | 0,55 | 0,82 | 0,52 |
| при сжатии при -35°С | 0,61 | 0,42 | 0,44 | 0,50 | 0,47 | 0,45 | 0,61 | 0,39 |
| Остаточная деформация сжатия | ||||||||
| (100°С, 72 ч), % | 58,0 | 54,5 | 52,3 | 51,5 | 53,6 | 57,6 | 58,5 | 68,1 |
| Степень набухания % | ||||||||
| ВАМГ-10 (100°С, 24 ч), | 54,5 | 46,8 | 43,1 | 41,9 | 42,5 | 43,5 | 54,5 | 44,8 |
| В нефти (70°С, 72 ч), | 21,5 | 18,5 | 19,2 | 20,0 | 18,0 | 18,5 | 21,0 | 18,2 |
| Объемный износ, см3 | 0,21 | 0,21 | 0,18 | 0,15 | 0,11 | 0,10 | 0,22 | 0,09 |
Резиновая смесь на основе пропиленоксидного каучука СКПО, включающая серу, тиурамдисульфид, стеариновую кислоту, оксид цинка, 2-меркаптобензтиазол, технический углерод, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит политетрафторэтилен Ф-4, а в качестве технического углерода включает технический углерод П-803, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Пропиленоксидный каучук СКПО | 100,0 |
| Стеариновая кислота | 1,0 |
| Оксид цинка | 3,0 |
| 2-Меркаптобензтиазол | 2,0 |
| Тиурамдисульфид | 2,0 |
| Технический углерод П-803 | 60,0 |
| Сера | 1,5 |
| Политетрафторэтилен Ф-4 | 5,0-20,0 |
