Резиновая смесь
Владельцы патента RU 2608399:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к разработке эластомерных материалов уплотнительного назначения, и может быть использовано для изготовления резиновых деталей уплотнительных узлов наружного и внутреннего контуров машин и механизмов, работающих в среде воздуха во всеклиматических условиях, в том числе в условиях арктического климата. Резиновая смесь содержит, мас.ч.: кремнийорганический каучук - 100, пероксид дикумила - 1, антиструктурирующую добавку - 8, тонкодисперсный диоксид кремния - 40, антипирены - гидроксид алюминия с размером частиц не более 10 мкм - 60-90 или декабромдифенилоксид - 15-25, красители - диоксид титана пигментный - 10, технический углерод - 0,1-2,5 либо тонкодисперсные порошкообразные керамические пигменты - 0,1-5,0. Изобретение позволяет снизить горючесть уплотнительной резины при сохранении на приемлемом техническом уровне физико-механических характеристик, тепло- и морозостойкости. 2 табл.
Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к разработке эластомерных материалов уплотнительного назначения с высоким уровнем морозостойкости, теплостойкости и пониженной горючестью. Разработанная резиновая смесь может быть использована для изготовления резиновых деталей, применяемых в различных видах уплотнительных узлов наружного и внутреннего контуров машин и механизмов, работающих в среде воздуха во всеклиматических условиях, в частности в условиях арктического климата.
Наиболее перспективными эластомерными материалами для работы в арктических условиях являются резины на основе силоксановых каучуков, которые обладают высокими тепло-, озоно- и морозостойкостью. Однако существенным недостатком данных резин является их горючесть (Наумов И.С., Петрова А.П., Чайкун A.M. Резины уплотнительного назначения и снижение их горючести // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2013. №5. С. 28-35; Наумов И.С., Петрова А.П., Барботько С.Л. Повышение пожарной безопасности резины на основе силоксанового каучука // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2015. №3. С. 30-35).
Известна резиновая смесь на основе силиконового каучука (заявка RU 94036289, C08L 83/06, опубл. 20.07.1996 г.), которая, согласно изобретению, содержит в качестве наполнителя смесь оксидов цинка и магния и окись кремния, в качестве вулканизующего агента дикумилпероксид, в качестве термостабилизатора смесь оксидов меди и железа и дополнительно диспергатор, например E-30, и стабилизатор, например метилфенилдиметоксисилан, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| силиконовый каучук | 100 |
| оксид цинка | 50-70 |
| оксид магния | 40-60 |
| окись кремния | 12-16 |
| дикумилпероксид | 1,0-1,5 |
| оксид меди | 0,2-0,4 |
| оксид железа | 0,2-0,4 |
| диспергатор E-30 | 0,5-1,5 |
| метилфенилдиметоксисилан | 2-6 |
Известна резиновая смесь (патент RU 2485147 C2, C08L 9/02, опубл. 20.06.2013 г.), содержащая бутадиен-нитрильный каучук, серу, технический углерод, стеаринсодержащий компонент, оксид цинка и минеральный наполнитель, согласно изобретению дополнительно содержащая технологические добавки: тиурам Д, нафтам-2, фактис, оксанол ЦС-100, воск ЗВП, цинколет BB 222 и пластификатор трихлорэтилфосфат, а в качестве бутадиен-нитрильного каучука содержит бутадиен-нитрильный каучук БНКС-18 АМН и бутадиен-нитрильный каучук СКН-18 ПВХ 30, в качестве технического углерода - технический углерод П-803, технический углерод Т-900, технический углерод Т-324; в качестве стеаринсодержащего компонента - стеарин и в качестве минерального наполнителя - карбосил, при следующих соотношениях компонентов, мас.ч.:
| бутадиен-нитрильный каучук БНКС-18 АМН | 75,00 |
| бутадиен-нитрильный каучук СКН-18 ПВХ 30 | 25,00 |
| тиурам Д | 3,00-4,00 |
| нафтам-2 | 2,00-3,00 |
| фактис | 4,00-5,00 |
| оксанол ЦС-100 | 4,00-5,00 |
| технический углерод П 803 | 70,00-80,00 |
| технический углерод Т 900 | 30,00-40,00 |
| технический углерод 324 | 10,00-20,00 |
| оксид цинка | 3,00-4,00 |
| сера | 0,3-0,5 |
| стеарин | 1,00-2,00 |
| воск ЗВП | 3,00-4,00 |
| карбосил | 50,00-60,00 |
| цинколет BB 222 | 1,5-2,5 |
| трихлорэтилфосфат | 40,00-50,00. |
В вышеприведенных источниках подтверждаются высокие эксплуатационные свойства резин, работоспособных при высоких и устойчиво низких температурах. Описанные резины не обладают пониженной горючестью, т.е. являются сгорающими материалами, поскольку из литературных источников известно, что изначально, без добавления антипиренов, негорючими являются только резины на основе галогенсодержащих каучуков (Горение, деструкция и стабилизация полимеров / Под ред. Г.Е. Заикова. СПб.: Научные основы и технологии. 2008. 422 с.).
Известна морозостойкая резина на основе пропиленоксидного каучука и природных бентонитов (патент RU 2493183 C1, C08L 71/02, опубл. 20.09.2013 г.), включающая серу, стеариновую кислоту, оксид цинка, тиурамдисульфид, технический углерод П-803, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит природные бентониты, пластификатор дибутоксиэтиладипинат, дибензотиазолдисульфид (альтакс), фенил-β-нафтиламин (неозон Д) при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| пропиленоксидный каучук СКПО | 100,0 |
| сера | 1,5 |
| стеариновая кислота | 1,0 |
| оксид цинка | 5,0 |
| дибензотиазолдисульфид | 1,5 |
| тиурамдисульфид | 1,0 |
| фенил-β-нафтиламин | 2,0 |
| технический углерод П-803 | 60,0 |
| природные бентониты | 0,5; 1,0; 3,0; 5,0; 10,0 |
| дибутоксиэтиладипинат | 10,0 |
Описанная резина на основе пропиленоксидного каучука обладает более высокими значениями накопления остаточной деформации сжатия на воздухе при 100°C в течение 72 ч, чем вулканизаты заявляемой резиновой смеси на основе кремнийорганического каучука, что приводит к ухудшению уплотнительных характеристик.
Известна огнестойкая резиновая смесь (патент RU 2472821 C1, C08L 83/04, опубл. 20.01.2013 г.) на основе высокомолекулярного метилвинилсилоксанового каучука, содержащая тонкодисперсный диоксид кремния, пылевидный кварц, α,β-дигидроксидиметилсилоксан, органическую перекись, цианурат меламина, причем последний в соотношении 55-80 мас.ч. на 100 мас.ч. высокомолекулярного метилвинилсилоксанового каучука, и, при необходимости, пигмент; в качестве органической перекиси содержит дитретбутилпероксиизопропилбензол, 2,5-диметил-2,5-дибутилперокси-гексан или 2,4-дихлорбензоил.
Известна огнестойкая резиновая смесь (патент RU 2540597, C08L 83/04, опубл. 10.02.2014 г.) на основе высокомолекулярного метилвинилсилоксанового каучука, содержащая тонкодисперсный диоксид кремния и/или высокодисперсный гидрофобный кремнеземный наполнитель в сочетании с возможно диоксидом титана, пылевидный кварц, цианурат меламина в сочетании с возможно гидроксидом алюминия или гидроксидом магния, α,ω-дигидроксидиметилсилоксан, органическую перекись и пигмент при следующем соотношении, мас.ч.:
| высокомолекулярный метилвинилсилоксановый каучук | 100 |
| тонкодисперсный диоксид кремния и/или | |
| высокодисперсный гидрофобный кремнеземный наполнитель | 45-60 |
| диоксид титана | возможно 10 |
| пылевидный кварц | 10-40 |
| цианурат меламина | 55-65 |
| гидроксид алюминия или гидроксид магния | 0-80 |
| α,ω-дигидроксидиметилсилоксан | 6-12 |
| органическая перекись | 2,8-5,0 |
| пигмент | 5-10 |
В вышеупомянутых источниках снижение горючести кремнийорганических резин достигается посредством введения в резиновые смеси в качестве антипиренов цианурата меламина и/или гидроксидов алюминия и магния. Однако данные резиновые смеси предназначены для изготовления оболочек высоковольтных электрических кабелей и не предназначены для работы в качестве уплотнительных эластомерных материалов.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой резиновой смеси является стандартная резиновая смесь на основе кремнийорганического каучука СКТВ, содержащая наполнитель «Аэросил», антиструктурирующую добавку, органический пероксид (Большой справочник резинщика. В 2 ч. М.: ООО «Техинформ». 2012. 1385 с.). Недостатком указанной смеси является ее высокая горючесть.
Техническим результатом изобретения является снижение горючести уплотнительной резины на основе кремнийорганического каучука при сохранении на приемлемом техническом уровне физико-механических характеристик, тепло- и морозостойкости.
Технический результат достигается резиновой смесью, содержащей кремнийорганический каучук, пероксид дикумила, антиструктурирующую добавку, тонкодисперсный диоксид кремния, при этом она дополнительно содержит гидроксид алюминия с размером частиц не более 10 мкм или декабромдифенилоксид, диоксид титана пигментный, а также технический углерод либо тонкодисперсные порошкообразные керамические пигменты при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
| кремнийорганический каучук | 100,0 |
| пероксид дикумила | 1,0 |
| антиструктурирующая добавка | 8,0 |
| тонкодисперсный диоксид кремния | 40,0 |
| диоксид титана пигментный | 10,0 |
| гидроксид алюминия | 60,0-90,0 |
| или декабромдифенилоксид | 15,0-25,0 |
| технический углерод | 0,1-2,5 |
| или тонкодисперсные порошкообразные керамические пигменты | 0,1-5,0 |
Известно положительное влияние выбранных классов антипиренов - гидроксида алюминия и галогенсодержащих соединений (в частности, декабромдифенилоксида) на огнестойкость резин на основе различных каучуков (Кодолов В.И. Замедлители горения полимерных материалов. М.: Химия. 1980. 269 с.). Однако при больших дозировках, обеспечивающих максимальную эффективность действия указанных антипиренов, наблюдается значительное снижение физико-механических характеристик резин.
Вулканизаты резиновых смесей с пониженной горючестью, содержащие в качестве антипирирующей добавки декабромдифенилоксид, сохраняют более высокий уровень физико-механических характеристик, чем вулканизаты, содержащие гидроксид алюминия. Однако декабромдифенилоксид в процессе термического разложения, что имеет место при горении материала, может выделять токсичные летучие бромсодержащие вещества, в то время как гидроксид алюминия является безвредной для здоровья добавкой.
Возможность варьирования различных цветов вулканизатов (резин) достигается посредством введения в резиновые смеси диоксида титана пигментного, а также технического углерода или термостойких порошкообразных керамических красителей.
Резиновая смесь по предложенной рецептуре (таблица 1) изготавливается на стандартном технологическом оборудовании. Смешение каучука с ингредиентами осуществляется на вальцах резиносмесительных.
Сначала каучук «разогревают» на вальцах. Затем вводят ингредиенты в следующей последовательности: тонкодисперсный диоксид кремния одновременно с антиструктурирующей добавкой СМ-2 (метилфенилдиметоксисилан), органический пероксид (пероксид дикумила), антипирены (гидроксид алюминия или декабромдифенилоксид), красители (диоксид титана пигментный, а затем технический углерод либо тонкодисперсные керамические пигменты). Общее время смешения составляет 20-30 мин.
Затем готовая резиновая смесь подвергается вулканизации в обогреваемом гидравлическом прессе при температуре 150-160°С и давлении на пресс-форму не менее 3,5 МПа в течение 20-30 мин (1-я стадия вулканизации) с дальнейшим термостатированием полученных заготовок согласно заданного режима (2-я стадия вулканизации). В таблице 2 приведены свойства вулканизатов резиновых смесей.
Из данных таблицы 2 следует, что применение гидроксида алюминия и декабромдифенилоксида в указанных массовых соотношениях позволяет значительно улучшить огнестойкость резин (из категории «сгорающая» они переходят в категорию «самозатухающая» или «трудносгорающая») при сохранении в целом на высоком техническом уровне физико-механических и эксплуатационных характеристик.
Применение резиновой смеси заявляемого состава повысит ресурс работы резиновых уплотнений и пожаробезопасность при эксплуатации герметизирующих устройств, в составе которых они применяются, поскольку данный материал обладает высокими морозостойкостью и теплостойкостью, а также низкой горючестью.
Резиновая смесь, содержащая кремнийорганический каучук, пероксид дикумила, антиструктурирующую добавку, тонкодисперсный диоксид кремния, отличающаяся тем, что дополнительно содержит гидроксид алюминия с размером частиц не более 10 мкм или декабромдифенилоксид, диоксид титана пигментный, а также технический углерод либо тонкодисперсные порошкообразные керамические пигменты при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
| кремнийорганический каучук | 100 |
| пероксид дикумила | 1,0 |
| антиструктурирующая добавка | 8,0 |
| тонкодисперсный диоксид кремния | 40,0 |
| диоксид титана пигментный | 10,0 |
| гидроксид алюминия | 60,0-90,0 |
| или декабромдифенилоксид | 15,0-25,0 |
| технический углерод | 0,1-2,5 |
| или тонкодисперсные порошкообразные керамические пигменты | 0,1-5,0 |
