Резиновый амортизатор с пониженной коррозионной активностью

Изобретение относится к эластомерным материалам, обладающим пониженной коррозионной активностью, и может быть использовано при производстве резиновых амортизаторов, работающих в контакте с металлами, в частности, подрельсовых прокладок. Резиновый амортизатор выполняют методом горячего прессования из полимерной композиции. Полимерная композиция содержит комбинацию синтетического изопренового, бутадиенового и бутадиен-стирольного каучуков, серную вулканизующую группу, наполнители, пластификаторы и химические противостарители. Перед стадией вулканизации на поверхность невулкнизованной резиновой заготовки накладывают пленку полиэтилена, содержащую летучий ингибитор коррозии. При контакте с металлом в процессе эксплуатации резиновый амортизатор обладает значительно более низкой коррозионной активностью. 2 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к эластомерным материалам, обладающим пониженной коррозионной активностью, и может быть использовано при производстве резиновых амортизаторов, работающих в контакте с металлами в условиях внешних атмосферных воздействий, в частности подрельсовых прокладок.

Одно из преимуществ применения резиновой детали в подобных конструкциях заключается в том, что благодаря относительной мягкости и в то же время объемной несжимаемости резиновый элемент легко заполняет все неровности соединяемых деталей, поэтому не требуется особо тщательная обработка последних. Резиновая деталь в рассматриваемом узле работает в сложно-напряженном состоянии. При этом основными видами деформации являются деформация сжатия, развивающаяся за счет предварительной затяжки, а также под действием веса рельса и транспортного средства, и деформация сдвига. Режим работы нестационарный. В том случае, когда узел работает на открытом воздухе, в процессе эксплуатации на резину воздействуют также высокие и низкие температуры, влага, кислород воздуха и ряд других факторов, обусловливающих старение эластомерного материала. Контакт с металлом может, с одной стороны, приводить к ускорению старения резины, поскольку ионы металлов, образующиеся при взаимодействии последних с химически активными средами, являются катализаторами процесса окисления каучуков. С другой стороны, резина может инициировать процессы коррозии металлов.

Известны резины с пониженной коррозионной активностью на основе фторэластомеров, в частности сополимера винилиденфторида с гексафторпропиленом, содержащие ингибитор коррозии - оловоорганические соединения общей формулы (R₁)₂Sn(R₂)₂, где R₁ - алкил, R₂ - анионы карбоновых кислот, имеющих 4-12 атомов углерода, в количестве 0,1-2 мас.ч. на 100 мас.ч. сополимера [Рахман М.З., Юзефович М.С., Акопян Л.А. А.с. СССР 454212, заявл. 30.10.72, №1842105/23-5, опубл. 25.12.74.].

Преимуществом данного композиционного состава является доступность оловоорганических соединений, а также значительное повышение устойчивости резин к старению при отсутствии коррозионного разрушения поверхности металла.

Известны резины, не вызывающие коррозии контактирующих с ними металлических поверхностей, на основе бутадиен-нитрильного каучука и его комбинаций со фторкаучуком СКФ-32 [Иоссель Г.Ф., Колядина Н.Г., Перцовский Д.Ю., Рахман М.З. А.с. 374330, заявл. 06.05.70, №1434021/23-5, опубл. 20.03.73], содержащие в качестве ингибитора бис-(фурфурилиден)-гексаметилендиимин в количестве 3,0-5,0 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука.

Однако использование таких композиций для изготовления подрельсовых прокладок нецелесообразно по причине высокой полярности сополимера, составляющего полимерную основу резины, и обусловленной этим пониженной стойкости резины к многократным деформациям, особенно в условиях пониженных температур, пониженной водостойкости, а также по причине дефицита и высокой стоимости фторэластомеров. Следует отметить, что сами по себе фторкаучук и бутадиен-нитрильные каучуки являются потенциально коррозионно-активными полимерами. Истинным коррозионным агентом в случае галогенсодержащих каучуков является выделяющийся при их частичном разложении галогеноводород. Коррозия металлов при контакте с нитрильными каучуками происходит вследствие образования карбоновой кислоты.

Кроме того, введение ингибиторов коррозии в состав резины неизбежно сопровождается рядом нежелательных эффектов вследствие взаимодействия этих соединений с реакционноспособными компонентами резиновой смеси и изменением за счет этого кинетики вулканизации, а также конечных свойств эластомерного материала. В каждом случае применения новых видов ингибиторов коррозии возникает необходимость проведения оптимизации рецептуры и режимов изготовления базовой резиновой смеси, а также корректировки технологии изготовления изделия.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является резиновый амортизатор, выполненный из полимерной композиции методом прессования и вулканизации в форме на основе синтетических каучуков - изопренового СКИ-3 и бутадиенового СКД, включающей серную вулканизующую группу - серу, сульфенамид БТ и белила цинковые, наполнитель - технический углерод, пластификатор - канифоль, смолу инден-кумароновую и парафин, химический противостаритель - продукт 4010 NA (диафен) [Иванова В.Н., Алешунина Л.А. Технология резиновых технических изделий. - Л.: Химия, 1980. - С.144-148].

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в понижении коррозионной активности резинового амортизатора. Это достигается тем, что на поверхность невулканизованной резиновой заготовки серийной рецептуры, контактирующую с металлом, накладывается пленка полиэтилена, содержащего летучий ингибитор коррозии (ЛИК), и затем осуществляется процесс вулканизации методом горячего прессования по режиму, оптимальному для данной резиновой смеси.

Резиновую часть амортизатора предлагается изготавливать на основе комбинации синтетического изопренового (СКИ-3), бутадиенового (СКД) и бутадиен-стирольного (БСК) каучуков с применением серной вулканизующей группы, группы наполнителей, пластификаторов и химических противостарителей.

Введение в состав резины бутадиен-стирольного каучука взамен части синтетического изопренового (по сравнению с прототипом) позволяет повысить стойкость материала к тепловому старению и его амортизирующую способность, так как БСК характеризуется повышенными гистерезисными потерями по сравнению с СКИ-3 и СКД.

Вследствие неполярности каучуки, составляющие полимерную основу резины, водо- и морозостойки. Стойкость к тепловому старению обеспечивают бутадиеновый и бутадиен-стирольный каучуки.

Серная вулканизующая группа включает серу в качестве вулканизующего агента, ускоритель вулканизации сульфенамидного типа (сульфенамид Ц, сульфенамид М, сульфенамид БТ), обеспечивающий большой индукционный период вулканизации, высокую скорость сшивания в основном периоде, образование набора связей разной степени сульфидности и, как следствие, сочетания достаточно высоких прочностных свойств резины с высокой стойкостью к тепловому старению и теплостойкостью, а также активаторы вулканизации - белила цинковые и стеариновую кислоту.

Группа наполнителей состоит из техуглерода средней активности N 339 (аналога ПМ-75), выполняющего основную усиливающую функцию, и в дополнение к нему - минеральных наполнителей (мела, каолина) и продуктов вторичной переработки резин (регенерат, резиновая крошка). Наполнители повышают стойкость к действию агрессивных сред и гистерезис, обеспечивающий эффективное поглощение энергии, при значительном удешевлении материала.

Группа пластификаторов должна включать собственно пластифицирующий агент - в данном случае ароматическое масло (например, масло ПН-6ш, пластар-37, масло ЯП-15), характеризующееся высоким термодинамическим сродством с указанными выше каучуками, канифоль, парафин, а также невулканизационноспособные смолы (стирольно-инденовая, инден-кумароновая, смола Политер), которые, наряду с пластифицирующим действием, обеспечивают повышение твердости, стойкости к разрастанию трещин.

Для защиты от теплового и атмосферного старения используется комбинация химических противостарителей - диафена ФП и ацетонанила Н.

После изготовления полуфабриката в виде заготовки резиновой смеси на него накладывалась пленка полиэтилена, содержащая летучий ингибитор коррозии.

В процессе вулканизации имело место плавление пленки и диффузия термопласта в поверхностный слой резины. Прилипания заготовки к поверхности пресс-формы не наблюдалось. В результате получаются образцы, у которых поверхностный слой обогащен антикоррозионным агентом. При такой технологии отпадает необходимость в корректировке состава резины при использовании новых видов ингибиторов коррозии.

Коррозионная активность оценивалась в соответствии с ГОСТ 9.902-81 «Материалы полимерные. Методы ускоренных испытаний на коррозионную агрессивность» (метод IV). Для этого плоские металлические образцы размерами 50×100 мм толщиной 3 мм соединяли с резиновыми пластинами, имитирующими амортизатор, в сборку. Испытания проводили циклами. Цикл включает выдержку сборок при температуре 30°С и относительной влажности воздуха (95±3)% в течение 6,5 суток и в течение 0,5 суток при предполагаемой максимальной температуре эксплуатации или 60°С. Проводили 8 циклов испытаний. Заключение о коррозионной активности делали на основании наличия коррозионных разрушений металлических образцов, контактировавших с серийным и предлагаемым вариантом амортизатора.

В таблице 1 приведены примеры составов полимерных композиций, использованных для изготовления подрельсовых прокладок.

Согласно приведенным данным в одинаковых условиях испытания предлагаемые варианты резинового амортизатора обнаруживает более низкую коррозионную активность.

Таким образом, отличие заявленного изобретения от прототипа состоит в том, что полимерная композиция дополнительно содержит бутадиен-стирольный каучук и на поверхность, контактирующую в процессе эксплуатации с металлом, перед стадией вулканизации накладывается пленка полиэтилена, содержащего летучий ингибитор коррозии.

Характеристики свойств резин и коррозионной активности амортизаторов приведены в таблице 2.

Таблица 1
Наименование компонентов	Содержание компонентов, мас.ч.
	Прототип	Предлагаемые составы
Полимерная композиция 1	Полимерная композиция 2	Полимерная композиция 3	Полимерная композиция 4
Синтетический изопреновый каучук СКИ-3	70	30,0	30,0	30,0	30,0
Синтетический бутадиеновый каучук СКД	30	30,0	30,0	30,0	30,0
Бутадиен-стирольный каучук СКМС-30АРК	-	40,0	40,0	40,0	40,0
Сера природная	1,7	2,5	2,5	2,5	2,5
Сульфенамид БТ	1,2	-	-	-	1,8
Сульфенамид Ц	-	1,8	1,8	1,8	-
Сульфенамид М	-	-	-	-	-
Белила цинковые	5,0	4,0	4,0	4,0	4,0
Стеарин технический	-	2,0	2,0	2,0	2,0
Технический углерод П 324 (ПМ-75)	80,0	-	-	-	-
Технический углерод N 339	-	60,0	60,0	60,0	60,0
Мел	-	20,0	10,0	20,0	20,0
Каолин	-	-	10,0	-	-
Регенерат (любая марка)	-	20,0	20,0	20,0	20,0
Крошка резиновая	-	10,0	10,0	10,0	10,0
Канифоль	2,0	-	-	2,0	-
Парафин	2,0	-	-	1,0	-
Смола стирольно-инденовая	-	10,0	10,0	-	10
Смола инден-кумароновая	3,0	-	-	7,0	-
Масло ПН-6ш	-	3,0	3,0	3,0	3,0
Диафен ФП	1,0	2,0	2,0	2,0	2,0
Ацетонанил Н	1,0	1,2	1,2	1,2	1,2
Фталевый ангидрид	1,0	-	-	-	-
Итого	196,9	236,5	236,5	236,5	236,5

Таблица 2
Показатель	Прототип (без пленки, содержащей ЛИК)	Предлагаемые варианты (с пленкой, содержащей ЛИК)
1	2	3	4
Наличие и степень коррозионных разрушений	+	-	-	-	-
Примечание: «+» - наличие значительных коррозионных разрушений;
«-» - отсутствие следов коррозии или потускнение поверхности

Резиновый амортизатор с пониженной коррозионной активностью, выполненный из вулканизованной методом горячего прессования полимерной композиции, содержащей комбинацию синтетического изопренового, бутадиенового и бутадиен-стирольного каучуков, серную вулканизующую группу, наполнители, пластификаторы и химические противостарители, при этом перед стадией вулканизации на поверхность невулканизованной резиновой заготовки наложена пленка полиэтилена, содержащая летучий ингибитор коррозии.