Резиновая композиция и изделия, полученные на ее основе, и способ их изготовления
Владельцы патента RU 2358627:
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт резиновых и латексных изделий" (ОАО "НИИР") (RU)
Изобретение относится к резиновой композиции, способу формования защитных изделий из этой композиции, защитному изделию сложной конфигурации и к защитной перчатке, полученной из резиновой композиции методом вулканизации в прессах. Основу композиции составляет смесь этиленпропилендиенового каучука СКЭПТ 40 и бутилкаучука БК 1675, взятых в равных пропорциях. Для придания изделиям огнестойкости в составе композиции присутствует трехокись сурьмы в сочетании со смесью хлорпарафинов 470 и 1100. Полученные изделия обладают высокими механическими свойствами в совокупности с химической стойкостью и огнестойкостью для работы в экстремальных условиях при воздействии агрессивных сред, токсичных химикатов, компонентов ракетного топлива. 4 н.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к производству средств индивидуальной защиты человека от влияния агрессивных сред, и может быть использовано при изготовлении обуви, рукавиц и перчаток для работы на нефтепромыслах, нефтеперерабатывающих и химических предприятиях, а также в экстремальных или аварийных ситуациях (попадание в зону огня, воды, агрессивных сред).
Для изготовления неформованных резинотехнических изделий известна резиновая композиция, содержащая (мас.ч.): этиленпропилен (дисковый) каучук - 70-90; 3,4-полиизопрен с содержанием 3,4-звеньев 69-80% - 10-30; вулканизующую группу (тиурамы) - 11-17; наполнитель (технический углерод) - 50-120; пластификатор (нафтопласт) - 10-34. (RU 2074205, C08L 23/16, 1997.02.27).
Однако данная композиция из-за отсутствия необходимой эластичности не позволяет изготавливать резинотехнические изделия методом формования.
В настоящее время для защитных костюмов и перчаток используются латексные перчатки марки БЛ-IM на основе латекса бутилкаучука.
Основным недостатком латексных изделий является липкость при воздействии агрессивных сред, недостаточный показатель раздира в пределах 3 кН/м, что приводит к разрыву изделий при работе с твердыми поверхностями.
Известен состав для производства защитного покрытия рукавиц для работы на нефтепромыслах, который содержит эмульсионный поливинилхлорид, смесь дибутилфталата и диоктилфталата, двуокись титана (RU 2206253, A41D 19/015, 2001.11.08).
Недостатком этого состава является низкая стойкость к действию масел, нефтепродуктов защитного покрытия рукавиц.
Известно, что для изготовления резинотехнических изделий, эксплуатирующихся при воздействии атмосферного воздуха, пара и горячей воды, широко применяются резиновые смеси на основе этиленпропиленового каучука, например резина 51-1481.
Резина марки 51-1481 не обладает необходимыми упругопрочностными свойства, которые существенно уменьшаются (до 40%) при старении на воздухе.
Аналогом предлагаемой резиновой композиции является композиция на основе полиолефинов и тройного этиленпропилендиенового каучука, которая может быть использована для изготовления эластичных, атмосферостойких различных товаров народного потребления. В состав данной композиции входят, мас.ч.: каучук СКЭПТ - 100,0, полипропилен - 25-60, полиэтилен низкой плотности - 1-10, масло - 20-100, ускорители вулканизации: сера - 0,1-2,0, тиурам -0,1-1,5, альтакс - 0,1-0,5, стеариновая кислота - 0,1-2,0, окись цинка - 0,5-8,0, или пероксидная вулканизация: перекись дикумила - 0,1-2,0, бис-малеимид - 0,1-2,5, новолачная алкилфенолоформальдегидная смола - 0,2-10,0, органический фосфит - 0,02-1,0, пигмент - 0,01-2,0, наполнитель - 0,1-50,0, антиоксидант - 0,1-2,0, фталатные пластификаторы - 0,5-10,0 (RU 2276167, C08L 23/16, 2006.05.10).
Прототипом предлагаемой композиции является резиновая смесь, содержащая синтетический каучук, белила цинковые, технический углерод, отличающаяся тем, что она содержит в качестве синтетического каучука - этиленпропилендиеновый каучук (СКЭПТ), в качестве углерода технического - активный углерод технический типа ISAF, кислоту стеариновую техническую (стеарин), органический пероксид, стабилизатор-модификатор при следующем соотношении, мас.ч.: СКЭПТ - 100,00; кислота стеариновая техническая (стеарин) - не менее 1,00; белила цинковые - не менее 5,00; активный углерод технический типа ISAF - не менее 50,00; органический пероксид - 2,5-6,00; стабилизатор-модификатор - 1-2,5 (RU 2241010, C08L 23/16, 2004.11.27).
Данная композиция не обладает необходимыми свойствами для использования в аварийных ситуациях при воздействии агрессивных сред.
Техническим результатом настоящего изобретения является разработка резиновой композиции, обладающей комплексом механических, химстойких, огнестойких, электроизоляционных свойств и способная перерабатываться методом формования при вулканизации под прессом.
Для достижения технического результата предлагается резиновая композиция для изготовления резинотехнических изделий, содержащая синтетический каучук, технический углерод, стеарин, стабилизатор, характеризующаяся тем, что содержит в качестве синтетического каучука смесь этиленпропилендиенового каучука СКЭПТ 40 и бутилового каучука БК 1675, взятых в равных пропорциях; ускоритель вулканизации в виде смеси каптакса и тиурама в соотношении 1:2 соответственно; смесь в равных количествах хлорпарафинов 470 и 1100; смесь активного углерода технического марки ПМ-75 и неактивного углерода технического марки ТГ-10, взятых в соотношении 4:1; серу в качестве вулканизующего агента и противостаритель - неозон Д при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Синтетический каучук | - 100,00 |
| Ускоритель вулканизации | - 1,95 |
| Стеарин | - 1,00 |
| Белила цинковые | - 3,00 |
| Трехокись сурьмы | - 10,00 |
| Технический углерод (сажа) | - 55,00 |
| Хлорпарафины | - 20,00 |
| Вулканизующий агент | - 2,00 |
| Противостаритель | - 0,50 |
В качестве синтетического каучука состав композиции содержит смесь этиленпропилендиенового каучука (СКЭПТ-40) и бутилкаучука - БК-1675, взятых в равных пропорциях.
В качестве ускорителя вулканизации композиция содержит смесь каптакса и тиурама, взятых на 100 мас.ч. синтетического каучука в соотношении 1:2 соответственно.
Для придания изготовляемым из предлагаемой резиновой композиции изделиям прочностных свойств она содержит технический углерод в виде смеси активного углерода технического марки ПМ-75 и неактивного углерода технического марки ТГ-10, взятых на 100 мас.ч синтетического каучука в соотношении 4:1 соответственно.
Хлорпарафины в состав композиции входят в виде смеси хлорпарафина - 470 и хлорпарафина - 1100, взятых на 100 мас.ч. синтетического каучука в равных количествах.
В качестве вулканизующего агента состав композиции содержит серу, в качестве противостарителя - неозон Д.
Присутствие в композиции трехокиси сурьмы в сочетании с хлорпарафинами придает изделиям из данной резиновой композиции свойства огнестойкости.
Резиновую композицию готовят на вальцах или в резиносмесителе. Каландрование композиции осуществляют при температуре 80-120°С.
Известная в настоящее время латексная технология позволяет получать тонкостенные бесшовные защитные изделия сложной конфигурации, однако они по показателям стойкости к механическим и химическим воздействиям не могут быть использованы при работе в экстремальных аварийных ситуациях.
Кроме того, ограниченное наполнение латексной смеси, незначительный ассортимент латексов, их нестабильность являются недостатком латексной технологии. Большой расход растворителей делает процесс высокотоксичным и пожароопасным.
В настоящем изобретении предлагается способ формования защитных изделий сложной конфигурации из резиновой композиции заявляемого состава, которую вулканизуют на вальцах или в резиносмесителе, подвергают каландрованию при температуре 80-120°С, а затем с использованием пресс-формующей оснастки, состоящей из пуансона и двух полуматриц, повторяющих форму изготавливаемых изделий, прессуют и вулканизуют при температуре 170°С в течение 6-10 мин. Форма отливки изделий выполнена из стали. Предлагаемым способом в условиях проведения заявляемого способа с использованием полуматриц соответствующего профиля из резиновой композиции настоящего изобретения могут быть также изготовлены обувь, рукавицы и другие изделия индивидуальной защиты человека от влияния агрессивных сред.
В настоящее время известные защитные перчатки, представляющие собой текстильную основу, покрытую с одной или двух сторон полимерной композицией, изготавливают пропиткой полимерной смесью тканевой подложки - трикотажной заготовки из хлопчатобумажной или синтетической пряжи и сушкой. Форму с надетой на нее тканевой подложкой макают в полимерную смесь.
В качестве полимерной композиции, покрывающей с двух сторон текстильную основу, может быть использовано покрытие на основе хлоропренового каучука, при этом текстильная основа полотняного переплетения может быть выполнена из стеклоткани с поверхностным заполнением 60 70% и поверхностной плотностью 90 120 г/м2 при массовом соотношении основы и полимерного покрытия (90 120) (230 270) соответственно (RU 2070517, В32В 25/10, 1996.12.20).
Такая перчатка при высокой теплостойкости обладает сравнительно низкой прочностью связи полимерного покрытия со стеклянной основой, низкой устойчивостью композиционного материала к действию знакопеременных нагрузок и низкой устойчивостью хлоропренового покрытия к действию открытого пламени.
Защитная перчатка, в частности, для сварки и других работ при повышенных температурах может быть выполнена из основы, содержащей смесь полимерных нити и природных волокон, которая включает 60,40% жаропрочных полимерных нитей или корда на полиамидной основе и 40,60% пряжи на основе хлопка (заявка 95101059, A41D 13/10, 1996.11.10).
Такие перчатки при высокой прочности не обладают достаточной огнестойкостью.
Используемые в настоящее время латексные перчатки на основе латекса бутилкаучука становятся липкими под воздействием компонентов, например, ракетного топлива, а также рвутся при работе с твердыми поверхностями, имея пониженный показатель раздира, равный 3 кН/м.
Известны перчатки, полученные путем наложения от внутренней поверхности перчатки к внешней ее поверхности слоя полиуретана, слоя каучука (такого, как хлорсульфированный полиэтилен или этиленпропиленовый сополимер), слоя, образованного из смеси оксида свинца и полихлоропрена (для защиты от радиоактивности) и после этого опять слоя каучука и слоя полиуретана, причем слои каучука предотвращают вступление полиуретана в реакцию с оксидом свинца. Данные перчатки, хотя и подходят для защиты от радиоактивного излучения, не обладают удовлетворительными механическими свойствами (патент США 5165114, A41D 19/00, 1992.11.24).
Описаны также перчатки, содержащие слой каучука (например, бутилкаучука БК), предназначенный для соприкосновения с руками человека, и слой полиуретана, придающий перчатке механическую прочность. Слой каучука, присутствующий на внутренней поверхности перчатки, предотвращает возникновение гидролиза полиуретана при соприкосновении с рукой пользователя. Такие перчатки используют в скафандрах, в особенности для работы с радиоактивными веществами. Прочность на разрыв у них равна 24 H, а прочность на прокол равна 55 H в соответствии со стандартом NF EN 388 (патентная заявка FR 2777163).
Однако перчатки, подходящие для работы с радиоактивными веществами по указанной выше заявке, не обладают достаточным уровнем механических свойств. В частности, их прочность на прокол и прочность на разрыв не обеспечивают пользователю оптимальную защиту.
Используя метод формования вулканизацией в прессах предлагаемой в настоящем изобретении резиновой композиции и защитных резинотехнических изделий сложной конфигурации, разработана защитная перчатка для работы в экстремальных условиях с высокими механическими свойствами в совокупности с химической стойкостью и огнестойкостью, содержащая в качестве основы синтетический каучук в виде смеси этиленпропилендиенового каучука (СКЭПТ) и бутилкаучука (БК), взятых в равных пропорциях.
В качестве этиленпропилендиенового каучука использован каучук промышленной марки СКЭПТ-40, в качестве бутилкаучука - каучук промышленной марки БК-1675.
Для работы на нефтепромыслах формованные сложной конфигурации изделия - пятипалые перчатки, обувь, рукавицы выпускаются методом вулканизации в прессах впервые. Для их изготовления заготовка надевается на сердечник, помещается в пресс типа «Свит» и подвергается вулканизации в течение 6-10 мин при температуре 170°С.
Формованные изделия из предложенной в настоящем изобретении резиновой композиции при испытании выдерживают 3 цикла «заражение токсических химикатов (ТХ)- дегазация», 2 цикла «заражение компонентами ракетного топлива (КРТ) - нейтрализация» (при одноминутном контакте с КРТ) и трехкратное воздействие горючесмазочных материалов (ГСМ) (керосин, бензин, дизельное топливо).
После указанных воздействий формованные изделия сохраняют защитные свойства на уровне данных, приведенных в табл.1, имеют условную прочность при растяжении не менее 7,7 МПа и сопротивление раздиру не менее 21 кН/м. После воздействия ТХ, КРТ, ГСМ и дегазирующих (нейтрализующих) растворов перчатки не слипаются и не изменяют свои размеры и форму.
Изделия сохраняют защитные эксплуатационные и эргономические свойства после хранения в складских условиях в течение трех лет и в условиях эксплуатации при температуре воздуха от -40°С до +50°С при относительной влажности воздуха от 20 до 98%.
Физико-химические свойства формованных резинотехнических защитных изделий, изготовленных из резиновой композиции в соответствии с настоящим изобретением, приведены в табл.2.
| Таблица 1 | ||
| Защитные свойства формованных резинотехнических изделий (перчаток, обуви, рукавиц) | ||
| №№ пп | Наименование показателей | Числовые значения показателей |
| 2 | Время защитного действия при обливах компонентами ракетного топлива (КРТ) продолжительностью, мин: | |
| 1 (трехкратно) | 3-8 | |
| 10 (однократно) | 3-8 | |
| 3 | Защита от ожогов кистей рук при воздействии, сек: | |
| открытого пламени | -10-30 | |
| теплового лучевого потока с интенсивностью 60-80 кВт/ м2 | 10-25 |
| Таблица 2 | ||
| Физико-механические показатели свойств формованных резинотехнических изделий (перчаток, обуви, рукавиц) | ||
| №№ пп | Наименование показателей | Числовые значения показателей |
| 1 | Условная прочность на растяжение, не менее МПа | 11,0 |
| 2 | Сопротивление раздиру, не менее кНм | 30,0 |
| 3 | Коэффициент морозостойкости при минус 40°С, не менее | 0,2 |
| 4 | Удельное сопротивление, не более Ом·см | 108 |
1. Резиновая композиция для изготовления защитных резинотехнических изделий, содержащая синтетический каучук, технический углерод, стеарин, вулканизующий агент, ускоритель вулканизации и стабилизатор, характеризующаяся тем, что содержит в качестве синтетического каучука смесь этиленпропилендиенового каучука СКЭПТ-40 и бутилового каучука БК-1675, взятых в равных пропорциях; ускоритель вулканизации в виде смеси каптакса и тиурама в соотношении 1:2 соответственно; смесь в равных количествах хлорпарафинов 470 и 1100; смесь активного углерода технической марки ТГ-10, взятых в соотношении 4:1; серу в качестве вулканизирующего агента и противостариватель - неозон Д при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Синтетический каучук | 100,00 |
| Ускоритель вулканизации | 1,95 |
| Стеарин | 1,00 |
| Белила цинковые | 3,00 |
| Трехокись сурьмы | 10,00 |
| Технический углерод (сажа) | 55,00 |
| Хлорпарафины | 20,00 |
| Вулканизующий агент | 2,00 |
| Противостаритель | 0,50 |
2. Способ формования защитных резинотехнических изделий сложной конфигурации из резиновой композиции по п.1, которую вулканизуют на вальцах или в резиносмесителе, подвергают каландрованию при температуре 80-120°С, а затем с использованием пресс-формующей оснастки, состоящей из пуансона и двух полуматриц, повторяющих форму изготавливаемых изделий, прессуют и вулканизуют при температуре 170°С в течение 6-10 мин.
3. Защитные изделия сложной конфигурации, формованные по способу п.2 из резиновой композиции, содержащей в качестве синтетического каучука смесь этиленпропилендиенового каучука СКЭПТ-40 и бутилового каучука БК-1675, взятых в равных пропорциях; ускоритель вулканизации в виде смеси каптакса и тиурама в соотношении 1:2 соответственно; смесь в равных количествах хлорпарафинов 470 и 1100; смесь активного углерода технической марки ТГ-10, взятых в соотношении 4:1; серу в качестве вулканизующего агента и противостариватель - неозон Д при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Синтетический каучук | 100,00 |
| Ускоритель вулканизации | 1,95 |
| Стеарин | 1,00 |
| Белила цинковые | 3,00 |
| Трехокись сурьмы | 10,00 |
| Технический углерод (сажа) | 55,00 |
| Хлорпарафины | 20,00 |
| Вулканизующий агент | 2,00 |
| Противостаритель | 0,50 |
4. Защитная перчатка, формованная вулканизацией в прессах из резиновой композиции по п.1, стойкая к воздействию токсичных химикатов и компонентов ракетного топлива, для работы в экстремальных условиях с высокими механическими свойствами в совокупности с химической стойкостью и огнестойкостью.
