CC BY
144
УДК 678.4.06
СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РЕЗИНОВОЙ СМЕСИ ДЛЯ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИХ
УПЛОТНИТЕЛЕЙ
О.В. ЧЕМИСЕНКО, аспирант Омский государственный технический университет
(644050, Российская Федерация, г. Омск, проспект Мира, д. 11) И.Ф. ФРОМ, преподаватель Сибирский казачий институт технологий и управления (филиал) ФГБОУ ВО «МГУТУ имени К.Г. Разумовского (Первый казачий университет)»
(644010, Российская Федерация, г. Омск, ул. Пушкина, 63) Ю.Л. БРЕЙТЕР, преподаватель Сибирский казачий институт технологий и управления (филиал) ФГБОУ ВО «МГУТУ имени К.Г. Разумовского (Первый казачий университет)»
(644010, Российская Федерация, г. Омск, ул. Пушкина, 63) E-mail: [email protected]
Рассматриваются результаты исследования физико-механических показателей разработанной резиновой смеси на основе бутилкаучука с различными вулканизующими группами, предназначенной для изготовления герметизирующих уплотнителей вулканизационного оборудования. Оценивается влияние режимов вулканизации, температуры, набухания на физико-механические показатели и свойства вулканизатов.
Ключевые слова: уплотнители; резиновая смесь; образцы вулканизатов; показатели; смола «Рибетак»; набухание.
Герметизация любого соединения, в котором действует избыточное давление или разряжение, заключается в надежном перекрытии зазоров между двумя сопрягаемыми поверхностями. Увеличение и уменьшение зазоров происходит вследствие деформации элементов соединения под действием избыточного давления, а также в процессе износа поверхностей и коррозионного разрушения [1].
Широкое использование герметизирующих элементов выдвигает перед их создателями высокие требования по эксплуатационным и качественным характеристикам, как материала, так и конструкции самого уплотнения. Основные требования, предъявляемые к элементам уплотнения — это сохранение их работоспособности в контакте с различными средами (от инертных газов до высококонцентрированных кислот, с хладагентами и теплоносителями, с маслами и топливами) в широком диапазоне температур [2].
Немаловажными критериями при конструировании уплотнительного соединения являются параметры уплотняемой среды. Так, у вулканизационного оборудования для изготовления шин и РТИ (автоклав-прессов, форматоров-вулканизаторов, вертикальных этажных гидравлических прессов и других) определяющими являются: давление пара от 0,35 до 1,2 МПа, давление жидкости от 12 до 14 МПа, прессовое усилие от 3,3 до 6,5 МН, нагрев до температуры в интервале 145-200°С.
Уплотнители должны быть герметичными и обладать длительной работоспособностью. В последнем требовании различают долговечность (по времени непрерывного нахождения уплотнения в узле) и выносливость (по ресурсу работы уплотнителей подвижного контакта) [2].
Подобный набор требований не может быть обеспечен одним материалом и одной универсальной конструк-
цией уплотнителя [3]. Поэтому существует большой ассортимент каучуков и ингредиентов, используемых промышленностью для производства уплотнителей [1].
Уплотнения теряют свои эксплуатационные свойства и преждевременно выходят из строя при вулканизации РТИ вследствие резкого перепада высокой температуры и давления, времени нахождения в сложных паровоздушной и агрессивной средах вулканизующего оборудования.
Цель исследования — выбрать для резиновой смеси на основе бутилкаучука из выпускаемых промышленностью ингредиентов наиболее эффективный по комплексу физико-механических показателей вулканизующий агент и сравнить его с применяемым для вулканизации стандартным агентом — серой.
Была исследована вулканизующая алкилфенольная смола — «Рибетак» R7500E (изготовитель Si GROUP, США), разработанная специально для вулканизации бутилкаучука: температура плавления от 80 до 95°С, содержание метилольных групп 9,0-12,0% мас.
Смоляные вулканизаты характеризуются высокой теплостойкостью, стойкостью к старению на воздухе и в паре при высоких температурах, низкими значениями остаточных деформаций сжатия, отсутствием выцветания вулканизующего агента.
Были изготовлены резиновые смеси с разными вулканизующими группами: 1 — сера молотая (2 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука); 2 — смола «Рибетак» (8 мас.ч на 100 мас.ч. каучука). Путём опытных лабораторных испытаний резиновой смеси определялась дозировка смолы «Рибетак» в диапазоне от 5,0 до 12,0 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука. Рецептуры резиновых смесей представлены в табл. 1.
Изготовление резиновой смеси проводили на лабораторных вальцах Лб320-160/160 с режимом изготовления 30 мин и температурой не выше 80°С.
И ПЕРЕРАБОТ
И
Таблица 1
Рецептуры резиновых смесей
Ингредиенты Содержание на 100 мас.ч. каучука, мас.ч.
1 2
Бутилкаучук БК 1675 88,0 85,0
Каучук СКМС-30АРК 5,0 10,0
Каучук Байпрен 611 (хлоропреновый) 7,0 5,0
Смола «Рибетак» — 8,0
Сера молотая 2,0 —
Белила цинковые 7,0 7,0
Техуглерод N 330 45,0 40,0
Техуглерод N550 30,0 20,0
Стеариновая кислота 1,0 1,0
Гексол ХКП 0,40 0,40
Итого 185,40 169,40
Вулканизацию заготовок резиновых смесей проводили в вулканизационном прессе ZooS с двухстороннем обогревом плит в закрытой прессформе в соответствии с ГОСТ 30263-96 по режимам, представленным в табл. 2. Таблица 2
Режимы вулканизации заготовок резиновых смесей на основе БК
Параметры Образцы резиновых смесей 1675 с различными вулканизующими группами
Сера Смола «Рибетак»
№ 1 № 2 № 3 № 4
Температура вулканизации, 1, °С 155 165 155 165+195
Время вулканизации, т, мин 120 60 65 45 + 5
Образцы 1-3 вулканизовали по одностадийному режиму, а образец 4 — по режиму в две стадии: первая стадия проводилась при 165°С в течение 45 мин,
Рис. 1. Условная прочность при растяжении вулканизатов на основе бутилкаучука с различными вулканизующими группами и режимами вулканизации:
1 — серная вулканизующая группа, т = 155°С; 2 — серная вулканизующая группа, т = 165°С; 3 — вулканизующая группа смола «Рибетак», т = 155°С; 4 — вулканизующая группа смола «Рибетак», т = 165-195°С (двойная вулканизация)
а затем температура повышалась до 195°С и в течение 5 мин длилась вторая стадия процесса вулканизации. Исследования физико-механических показателей свойств вулканизатов проводили на разрывной машине ZwikRoill по ГОСТ 270-75. Результаты исследования представлены в табл. 3 и на рис. 1.
Таблица 3
Физико-механические свойства резиновых смесей
Показатели Номер образца
1 2 3 4
Условная прочность при растяжении, МПа 11,6 12,7 14,2 18,1
Относительное удлинение при разрыве, % 290 270 240 210
Твёрдость по Шору А, ед. Шора А 82 84 86 92
Сопротивление раздиру, кН/м 84 80 92 98
Относительная остаточная деформация, % 12 14 8 10
Из результатов исследования видно, что прочность при растяжении у вулканизатов с серной вулканизующей группой меньше на 56%, чем у вулканизатов, содержащих смолу «Рибетак» и прошедших двухста-дийную вулканизацию (образец № 4). Образец № 4 имеет условную прочность при растяжении на 27,4% выше, чем аналогичный образец, свулканизованный в одну стадию (образец № 3).
С целью исследования влияния температуры на физико-механические показатели вулканизатов с разной вулканизационной группой было проведено их термическое старение при 200С (рис. 2).
О
с: 5
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 О
V —1——
\
о
"~1
\чч " -3
5 \ 4. \ ч-ч N ч ч {
А ч ' *» .
6 V. • ч ' » ■ „ , >1 ч
60
120 т,мин
180 240
350 ^ 300 250 200 150 100 50 О
Рис. 2. Зависимость условной прочности при растяжении и относительного удлинения от времени при температурном старении (200°С) образцов с вулканизующими группами:
1 — смола «Рибетак», двухстадийная вулканизация, ав, МПа; 2 — смола «Рибетак», двухстадийная вулканизация, £, %; 3 — смола «Рибетак»,
одностадийная вулканизация, ав, МПа; 4 — смола «Рибетак», одностадийная вулканизация, £, %; 5 — сера, одностадийная вулканизация,
ав, МПа; 6 — сера, одностадийная вулканизация, £, %
Как видно из рис. 2, после термического старения при 200°С условная прочность при разрыве и относительная деформация образца после двухстадийной
s? 100 80
S
=Г D
i О
-е-
ш
60 40 20 О
1
\ 1
10
т,сут
Рис. 3. Накопление остаточной деформации при 200°С:
1 — образец № 4; 2 — образец № 3
вулканизации имеет достаточно высокие показатели по сравнению с образцами, вулканизованными по одностадийному режиму.
Проведены термические исследования при 200С резиновой смеси со смолой «Рибетак» по накоплению остаточной деформации и релаксации напряжения при сжатии (рис. 3).
По результатам исследования видно, что образец вулканизата со смолой «Рибетак» и двухстадийной вулканизацией за 10 сут испытания (образец № 4) имеет на 7,6% меньше остаточной деформации по сравнению с образцом с вулканизующей группой смола «Рибетак» с одностадийной вулканизацией (образец № 3).
С целью определения степени набухания вулкани-затов исследуемые образцы подвергли воздействию жидкой агрессивной среды, в качестве которой ис-
Таблица 4
Степень набухания вулканизатов в растворителе «Нефрас» С2 80 /120
пользовали растворитель «Нефрас», время воздействия — 9 сут. По результатам прироста массы образцов установлено явное преимущество вулканизатов с двухстадийной вулканизацией (табл. 4).
По степени набухания вулканизатов в агрессивной среде можно сделать предположение, что пространственная сетка полимера с двухстадийной вулканизацией имеет более плотную структуру и имеет более высокую степень вулканизации по сравнению с вулканизацией в одну стадию.
Заключение
1. Физико-механические показатели вулканизатов резиновой смеси на основе бутилкаучука с вулканизующей группой смола «Рибетак» выше, чем у вулкани-затов с серной вулканизующей группой.
2. Повышение температуры до 195°С при вулканизации резиновой смеси с вулканизующей группой смола «Рибетак» существенно влияет на улучшение физико-механических показателей вулканизатов.
3. Резиновая смесь после двухстадийной вулканизации имеет более высокие показатели (условная прочность при разрыве и относительная деформация) после термического старения резиновой смеси с различной вулканизующей группой при 200°С.
4. Термические испытания по накоплению остаточной деформации и релаксации напряжения при сжатии показали, что вулканизаты с двухстадийной вулканизацией имеют на 7,6% меньше остаточной деформации, чем с одностадийной вулканизацией.
5. Набухание в растворителе «Нефрас» образцов вулканизата с двухстадийной вулканизацией значительно ниже, чем при одностадийной вулканизации.
Показатели Обозначение образцов
№ 1 — вулканизующая группа смола «Рибетак», одностадийная вулканизация № 2 — вулканизующая группа смола «Рибетак», двухстадийная вулканизация
Продолжительность испытания, сут 1 S 7 9 1 S 7 9
Прирост массы, % 71,9 84 86,0 88,9 42,S 56,1 56,8 56,8
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аврущенко Б.Х. Резиновые уплотнители: Учебник для вузов. — Л.: Химия, 1978. — С. 1-10.
2. Лепетов ВА, Юрцев Л.Н. Расчеты и конструирование резиновых изделий. — Л.: Химия, 1987. — 408 с.
3. Голубева А.И., Кондакова ЛА. Уплотнения и уплот-нительная техника: Справочник. — М.: Машиностроение, 1986. — С. 10-50.
4. Прохоров А.М. Энциклопедия полимеров. — М.: Советская энциклопедия, 1977. — Т. 3. — С. 790-808.
COMPARATIVE STUDY OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF THE RUBBER COMPOSITION FOR SEALING GASKETS
Chemisenko O.V., Graduate Student, Omsk State Technical University (11, Prospekt Mira, Omsk, Russian Federation, 644050)
From I.F., Lecturer, Siberian Cossack Institute of Technology and Management (branch) MSUTM name K.G. Razumovsky (First Cossack University) (63, Pushkina ul., Omsk, Russian Federation, 644010)
Breyter Yu.L., Lecturer, Siberian Cossack Institute of Technology and Management (branch) MSUTM name K.G. Razumovsky (First Cossack University) (63, Pushkina ul., Omsk, Russian Federation, 644010)
E-mail: [email protected]
ABSTRACT
The results of research of physical and mechanical indicators of the worked out rubber mixture are Examined on the basis of butyl rubber, different vulcanizing groups, intended for making of pressure-sealing devices for an vulcanizing production. Influence of the modes of vulcanization, temperature, swelling, is estimated on descriptions and properties of vulcanizates.
Keywords: butyl rubber, rubber mixture, samples vulcanizates, indicators, gum Ribetak.
REERENCES
1. Avrushchenko B.Kh. Rezinovyye uplotniteli [Rubber seals], 1978, pp. 1-10. (In Russian).
2. Lepetov V.A, Yurtsev L.N. Raschety i konstruirovaniya rezinovykh izdeliy [Calculations and design of rubber products]. Leningrad, Khimiya Publ., 1987, 408 p. (In Russian).
3. Golubeva A.I., Kondakova L.A. Uplotneniya i uplotnitel'naya tekhnika [Seals and sealing machines], 1986, pp. 10-50. (In Russian).
4. Prokhorov A.M. Entsiklopediyapolimerov [Encyclopedia of Polymer], Moscow, Sovetskaya entsiklopediya Publ., 1977, vol. 3, pp. 790-808. (In Russian).
