Способы производства и методы модификации резиновой смеси для производства сальника реактивной штанги с целью уменьшения себестоимости и увеличения производительности (стр. 2 из 20)

Для получения резинотехнических изделий применяют в основном, не отдельно каучуки, а в составе резиновой смеси, что позволяет улучшить качество полученных материалов.

Введение ингредиентов и вулканизация существенно изменяют свойства каучука.

Основные компоненты резиновых смесей в зависимости от их назначения делят на следующие группы: [1]

каучуки, каучукоподобные полимеры и регенерат;

вулканизующие вещества;

ускорители вулканизации;

активаторы вулканизации;

противостаригели;

пластификаторы (мягчители);

наполнители активные, т.е. увеличивающие прочность вул-канизатов, и неактивные;

компоненты специального назначения, в которые входят; порообразующие вещества;

вещества, снижающие активность ускорителей в подготовительных процессах;

материалы, вводимые в смесь для придания запаха; абразивные вещества, которые добавляют в резиновые емеси для получения шлифовальных материалов;

противомягчители;

краски и красители;

антипирены – вещества, снижающие воспламеняемость и горючесть резины;

фунгициды для тропических резин;

опудривающие материалы (графит, тальк, слюда, стеарат, цинка).

Кроме того, применяются вещества, которые облегчают обработку или изготовление резиновых смесей, – диспергаторы ингредиентов, активаторы пластикации каучука, вещества, повышающие клейкость смесей, а также пропиточные материалы, повышающие адгезию резиновых смесей к тканям.

Большинство ингредиентов изменяет свойства не только вулканизатов, но и резиновых смесей и влияет таким образом на поведение их в производственных процессах. [4; 5; 9; 12]

Вулканизирующие вещества – это компоненты резиновых смесей, осуществляющие в процессе вулканизации сшивание макромолекул каучука в пространственную структуру. К ним относятся: сера, некоторые органические полисульфиды, органические перекиси, хиноны и их производные, диазосоединения, оксиды некоторых металлов (цинка, свинца, кадмия, магния), различные смолы и др. [4]

Они вводятся для получения резин с заданным комплексом свойств и обеспечивают определенную степень поперечного сшивания каучуков.

Вулканизация каучука одной серой – весьма длительный процесс; получаемые вулканизаты обладают невысокой механической прочностью вследствие того, что одновременно с вулканизацией протекают процессы окисления каучука.

Еще со времени открытия вулканизации ставились опыты по сокращению продолжительности этого процесса путем введения в смеси различных химических веществ – ускорителей вулканизации.

Ускорителями вулканизации обычно называют химические соединения, которые вводят в смесь каучука с другими ингредиентами для ускорения процесса вулканизации и улучшения физико-механических свойств вулканизованной резины. [4,5]

Некоторые ускорители являются также вулканизующими веществами. Так, например, тиурамы и полисульфидные ускорители при температуре вулканизации могут вулканизовать каучук без применения элементарной серы. Активность большинства ускорителей повышается при введении так называемых активаторов, например окиси цинка, стеарина и др.

Вещества, являющиеся ускорителями вулканизации для одного каучука, могут полностью утратить свойства ускорителей и играть иную роль в смесях с другим каучуком. Например, дибензтиа-зилдисульфид, являясь ускорителем вулканизации натурального и бутадиен-стирольных каучуков, служит замедлителем подвулканизации и пластификатором для наирита.

Ускорители вулканизации могут защищать резины от старения и оказывать другие действия, подробно описанные ниже. В начале развития резиновой промышленности широкое применение в качестве ускорителей вулканизации получили окислы и гидроокиси щелочноземельных металлов, а также некоторые амфотерные окислы. К таким ускорителям, названным неорганическими, относятся окиси магния и свинца, гидроокись кальция, а также окись цинка. После открытия органических ускорителей эти окислы начали играть роль активаторов вулканизации. Наиболее широкое применение получила окись цинка, а в отдельных случаях окись кадмия, висмута и др. [4,5]

Установлено [5,7], что окислы металлов участвуют в образовании поперечных связей между молекулярными цепями каучука, а также влияют на характер образующихся при вулканизации пространственных структур. Так, в работах Б.А. Догадкина с сотр. показано, что в резинах из натрийбутадиенового каучука в присутствии активаторов уменьшается среднее число атомов серы, приходящихся на одну поперечную связь, вследствие чего повышается термическая стойкость вулканизатов.

При вулканизации тиурамами в отсутствие окиси цинка они распадаются на дитиокарбаминовую кислоту и сероуглерод [14]:

В присутствии же окиси цинка образуется цинковая соль дитиокарбаминовой кислоты

которая выделяет одну атомарную серу с образованием моносульфидных связей С–S; несомненно, только этим можно объяснить широкое плато вулканизации и отсутствие реверсии вулканизации при длительном нагревании вулканизатов такой структуры.

При взаимодействии органических ускорителей с активаторами вулканизации в интервале температур, соответствующих процессу вулканизации каучуков (140–150° С), образуются координационные соединения. При этом стеариновая и бензойная кислоты являются катализаторами, способствующими образованию цинковых солей ускорителей и комплексных (ониевых) соединений. Для наиболее эффективного использования ускорителей вулканизации требуется одновременное применение активаторов. (4; 5; 9; 20; 24)

Активаторы значительно повышают эффективность действия вулканизации, и относительно небольшие добавки их к смеси приводят к значительному повышению степени вулканизации. Практически во многих случаях в отсутствии активаторов вулканизация не происходит. Основным активатором, который применяется в технологии резины, является окись цинка, цинковые белила, стеариновая кислота.

При добавлении белил цинковых жесткость смесей значительно увеличивается [5], что предупреждает их деформацию при вулканизации открытым обогревом; кроме того, повышается их теплопроводность, что очень важно для вулканизации горячим воздухом.

Добавление стеариновой кислоты обуславливает повышение модуля, прочности на разрыв, твердости и эластичности вулканизатов. В присутствии активаторов не только существенно улучшаются физико-механические свойства, но в некоторых случаях значительно повышается скорость вулканизации. (4; 5; 9; 25; 26)

Для замедления процесса старения, основной причиной которого является окисление каучуков, вводятся противостарители: нафтам-2, альнафтацетонанил-Р, диафен ФП, хинол ЭД. (4; 5; 9; 18)

В настоящее время существует много стабилизаторов. В зависимости от назначения их принято делить в основном на фотостабилизаторы, антиоксиданты и термостабилизаторы. Однако такое деление носит условный характер, так как многие из них могут одновременно выполнять различные функции. В синтетические каучуки противостарители вводят в процессе их изготовления.

Несмотря на то, что старение каучука вызывается главным образом действием кислорода, единого универсального противостарителя нет. Это объясняется тем, что ускорение старения, связанкое с повышением активности кислорода, может быть предотвращено введением различных по химическому строению защитных веществ. В зависимости от назначения резиновых изделий, условий их эксплуатации (динамическая работа, действие света, тепла, озона), наличия в вулканизатах меди, марганца и других тяжелых металлов применяются различные противостарители или их смеси.

В большинстве случаев дозировка противостарителей составляет 1–2%. Только в смеси для изделий, работающих при высокой температуре (например, для варочных камер), вводят более 3,5% противостарителя. [4]

Получение полимерных материалов с определенным комплексом свойств связанно не только с синтезом полимеров различного химического строения. Одним из важнейших методов модификации полимеров является пластификация. Суть ее состоит в изменение свойств полимеров путем введения в них добавок низкомолекулярных веществ-пластификаторов, изменяющих вязкость системы, гибкость молекул, подвижность надмолекулярных структур. Пластификатор вводят в полимер с целью повышения их эластичности или пластичности при переработке и эксплуатации. [4,5]

На заводах производства РТИ используются разнообразные пластификаторы, например эфир ЛЗ-7, церезин и мягчительное масло и др. В связи с понижением вязкости при введении пластификатора уменьшаются затраты энергии при смешении каучуков с ингредиентами и при формовании резиновых смесей, снижается температура переработки и, следовательно, уменьшается опасность преждевременной вулканизации. Кроме того, уменьшение вязкости резиновой смеси позволяет увеличивать содержание в ней наполнителей и, таким образом, снижает ее стоимость. [4; 5; 9; 14; 27]

При введении пластификаторов кроме увеличения пластичности уменьшается расход энергии, продолжительность изготовления резиновых смесей и теплообразование в процессе смешения; облегчается диспергирование ингредиентов смеси в каучуке, формование на каландрах и червячных машинах и заполнение сложных форм; снижается температура размягчения смеси в начальный.) период вулканизации и усадка резиновых смесей при различный способах формования изделий.

Пластификаторы (называемые иногда мягчителями) оказывают влияние и на процессы вулканизации смесей, и на старение вулканизатов.

Некоторые пластификаторы растворяют серу и ускорители, что улучшает гомогенность смесей. Кроме того, при введении пластификаторов увеличиваются межмолекулярные расстояния в каучуке, тем самым затрудняется присоединение серы (сшивание молекул) в процессе вулканизации, что особенно резко проявляется при вулканизации каучуков в растворе. [9]