ВЛИЯНИЕ НАПОЛНИТЕЛЕЙ П514/П803 И П514/Т903 НА КАЧЕСТВО РЕЗИН Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 661.666.4

Б01: 10.24412/2071-6168-2024-3-485-486

ВЛИЯНИЕ НАПОЛНИТЕЛЕЙ П514/П803 И П514/Т903 НА КАЧЕСТВО РЕЗИН

В.А. Васильев, И.В. Затонский

В данной статье рассматривается влияние комбинаций наполнителей П514/П803 и П514/Т903 на физико-механические и эксплуатационные свойства резин на основе каучука СКС-30 АРКМ-15. Исследование актуализируется потребностью резиновой промышленности в разработке материалов с улучшенными характеристиками и экономической эффективностью, что возможно с помощью новых технологий. Особое внимание уделяется оптимизации свойств резины путем модификации её состава с использованием указанных наполнителей. Результаты экспериментов показывают, что подбор оптимальных соотношений наполнителей способствует значительному улучшению прочности, эластичности и износостойкости материалов, открывая новые перспективы для большинства областей - от автомобильной до медицинской. Статья вносит вклад в развитие материаловедения и технологий резиновой промышленности, предлагая практические рекомендации для улучшения качества материалов.

Ключевые слова: технический углерод, резина, качество.

Технический углерод играет ключевую роль в укреплении резиновых смесей; его добавление в смеси увеличивает прочность, сопротивление износу и разрыву резины. Существует множество различных видов технического углерода, которые позволяют получать резину с различными физико-механическими свойствами. Выбор марки и содержания технического углерода зависит от характеристик конкретного резинового изделия, технологии его производства и экономических факторов [1]. Существующие исследования подчеркивают важность изучения влияния различных типов наполнителей на качество резиновых изделий, так как они улучшают прочность, эластичность и устойчивость к износу, а также оптимизируют производственные затраты.

В данной работе рассматривается разница свойств резин на базе каучука СКС-30 АРКМ-15 с наполнителями П514/П803 и П514/Т903 Таким образом, исследование вносит вклад в развитие научных знаний о составляющих высококачественных резиновых материалов, открывая новые перспективы для улучшения их эксплуатационных свойств и экономической эффективности производства.

Целью исследования является экспериментальная проверка гипотез о влиянии указанных наполнителей на физико-механические и эксплуатационные свойства резин.

Материалы и методы. В данном исследовании использовались каучук СКС-30 АРКМ-15 как основной материал и смеси наполнителей П514/П803 и П514/Т903. Компоненты смешивались в определенных пропорциях, после чего смесь вулканизировалась при контролируемых температуре и давлении. Испытания физико-механических свойств включили оценку прочности на разрыв, эластичности и износостойкости по стандартным методикам. Этот метод позволил комплексно изучить воздействие наполнителей на свойства резин и определить разницу их эффективности.

Результаты и обсуждения. В результате исследования было установлено, что комбинации наполнителей П514/П803 и П514/Т903 оказывают значительное влияние на улучшение физико-механических свойств резин на основе каучука СКС-30 АРКМ-15. Особенно это касается прочности на разрыв, эластичности и износостойкости, что является критически важным для резиновых изделий. Эти результаты подтверждают гипотезу о возможности оптимизации характеристик резиновых смесей за счет аккуратного подбора и сочетания наполнителей.

Результаты показывают, что подобранные комбинации наполнителей могут существенно повысить эксплуатационные свойства резины, делая ее более долговечной. Рецептуры исследуемых резиновых смесей представлены в табл. 1.

Таблица 1

Рецептуры смесей_

№ Наименование ингредиентов Шифр смесей

АЗ - 3 - 1 АЗ - 3 - 2

1 СКМС-30АРКМ-15 100,0 100,0

2 Стеарин 1,5 1,5

3 Оксид цинка 5,0 5,0

4 Сульфинамид Ц 1,2 1,2

5 Технический углерод П 803 30,0 -

6 Технический углерод П 514 20,0 20,0

7 Технический углерод Т 900 - 30,0

8 Ацетонанил 1,0 1,0

9 Сера 2,0 2,0

Основным различием в рецептурах смесей является различие марок технического углерода. В рецептуре АЗ-З-1 в качестве наполнителей используется смесь технических углеродов П514/П803, а в рецептуре АЗ-З-2 П514/Т900.

Определение усадки. Усадку требуется измерять с целью избежания получения образца с неправильными параметрами и размерами. То есть без учета усадки резиновой смеси в процессе вулканизации изделие с нужными параметрами получить не выйдет [2]. Результаты проведенных испытаний представлены в табл. 2.

Таблица 2

Значения усадки резиновых смесей_

Шифр смеси Значение усадки, %

А3-3-1 28

АЗ-3-2 26

Исходя из полученных данных смеси под шифром А3-3-1 и АЗ-З-2, имеют приблизительно одинаковые значения усадки, что связано с используемыми в резиновых смесях наполнителями, а конкретно технического углерода П803 и Т900, дисперсность и структурность которых различается незначительно.

Определение пластоэластических свойств. Каучуки обладают пластоэластическими свойствами, благодаря этому они могут смешиваться с ингредиентами и приобретать определенную форму. На пластоэластические свойства влияет применение мягчителей [3]. Результаты проведенных испытаний представлены в табл. 3.

Среднее значение пластоэластических показателей образцов резиновых смесей

Резиновая смесь Р, усл. Ед. 8, усл. Ед. Я Я', мм Я''

АЗ-З-1 0,48 0,62 0,78 1,72 10,21

АЗ-З-2 0,44 0,59 0,76 1,71 10,22

Таблица 3

Следуя полученным результатам, видно, что резиновая смесь, в состав которой входит технический углерод П803 обладает немного лучшими показателями пластичности, мягкости, восстанавливаемости и эластическим восстановлением по сравнению со смесью, в состав которой входит технический углерод Т900, однако следует отметить, что разница лежит в пределах ошибки эксперимента.

Определение физико-механических свойств. Физико-механические показатели определяют, какие нагрузки способна выдержать резина при растяжении и раздире и какими удлинениями сопровождаются эти деформации. С помощью этих показателей можно определить оптимальное время вулканизации [4].

На рис. 1, 2, 3, 4, 5 и 6 показана зависимость показателей от продолжительности вулканизации для резиновой смеси шифра А3-3-1 и АЗ-З-2.

14

я с

3 12 «

а 10 1)

I 8

♦ условное напряжение при 200%

• Условная прочность при рстяжении, МПа

0 10 20 30 40

Продолжительность вулканизации, мин

Рис 1. График зависимости,/200 и условной прочности при растяжении от продолжительности

вулканизации резины шифра АЗ-З-2

, 25

■ 15

я 10

5 5

о

В

5 о

б 5

4

3 •Относительное удлинение, %

2 • Остаточное удлинение,

%

0 20 40 60

Продолжительность вулканизации, мин

Рис. 2. График зависимости относительного удлинения и относительного остаточного удлинения от продолжительности вулканизации резины шифра АЗ-З-1

Л ^

В 80

с. 78

с. 76

ь в я г й 74

3 [С а 72

я и 70

р, с 68

о

и 66

♦ Сопротивление раздиру

0 10 20 30 40 50 Продолжительность вулканизации, мин

Рис. 3. График зависимости сопротивления раздиру от продолжительности вулканизации резины

шифра АЗ-З-1.

Исходя из данных приведенных в табл. 1 и рис. 1, 2, 3, физико-механических испытаний резиновой смеси шифра АЗ-З-1 следует, что все показатели, кроме сопротивления раздиру имеют хорошие показатели при времени вулканизации 30 минут. Оптимальное время вулканизации-30 минут.

Для второй смеси шифра АЗ-З-2 зависимость показателей представлена в табл. 1 и на рис. 4, 5 и 6.

р6

1 о 5 к °

Оч

с я о

0

1

с

0

1

и

и

к 2 !,

• Условное напряжение

• Условная прочность

0 20 40 60

Продолжительность вулканизации, мин

Рис. 4. График зависимости условной прочности при растяжении и напряжения при удлинении 100% от продолжительности вулканизации резины шифра АЗ-З-2

0

а х

<и я

с: к

1 5

с;

о и н С

552 550 548 546 544 542 540 538 536

0

20

40

18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 60

• Относительное удлинение

• Остаточное удлинение

Продолжительность вулканизации, мин

Рис. 5. График зависимости относительного удлинения и относительного остаточного удлинения от продолжительности вулканизации резины шифра АЗ-З-2

>. 40

а. а 35

30

о, о 25

а 20

а о Ё

Ч Щ 15

н о 10

сх

а о 5

и 0

• Сопротивление раздиру

0 10 20 30 40 50 Продолжительность вулканизации, мин

Рис. 6. График зависимости сопротивления раздиру от продолжительности вулканизации резины шифра

АЗ-З-2

Исходя из данных рис. 4, 5 и 6, и табл. 4, зависимости физико-механических испытаний резиновой смеси шифра АЗ-З-1 следует, что все показатели кроме остаточного удлинения имеют хорошие показатели при времени вулканизации 30 минут. Оптимальное время вулканизации - 30 минут.

Физико-механические показатели резин при оптимальном времени вулканизации

Таблица 4

Показатели АЗ - 3 - 1 АЗ - 3 - 2

йоо 1,6 2,07

12оо 4,63 4,81

fр 13,3 7,58

Относительное удлинение 550 553

Остаточное удлинение 16,75 20

Анализируя результаты физико-механических испытаний резин при оптимальном времени вулканизации, следует отметить, что все показатели близки за исключением условной прочности при растяжении. Резина, где в качестве наполнителя используется технический углерод П803 прочнее.

Эксплуатационные свойства. Эластичность по упругому отскоку - характеристика, которая показывает количество потерь энергии поглощенной резиной, и выражается она отношением возвращенной энергии образцом к затраченной энергии маятника. Эластичность при отскоке описывает способность резины к восстановлению [51. Твердость по Шору - метод измерения твердости материала. Твердость - это сопротивление резины к деформации под действием силы [6]. В связи с вышесказанным нами был проведен ряд испытаний по эксплуатационным свойствам резин.

32,5

5 32 р

| 31,5

2 31

= I

I Й 30,5 я 5

V

5 30

л

Ч 29,5 29

32

30

АЗ-З-2

Рис. 7. Эластичность резин по упругому отскоку

Исходя из полученный данных, видно, что эластичность резин по упругому отскоку практически иден-

50 я 49

«Н?

Си

я 46

о 45

.3 44

О

1« О

Й 42 41

44,1

I

АЗ-З-1 АЗ-З-2

Рис. 8. Твердость по Шору

По полученным результатам видно, что на резиновые смеси незначительно влияет содержащийся в них технических углерод. Исходя из графика - смесь АЗ-З-1, содержащая технический углерод П803 превосходит по твердости смесь АЗ-З-2, но стоит учесть, что разница лежит в пределах ошибки эксперимента.

Не менее важным свойством для резиновых изделий является устойчивость к набуханию в маслах, бензине и зимних химических реагентах. Результаты испытания представлены на рис. 9.

25

' 20

15

3 В 10

АЗ-З-1

АЗ-З-2

АЗ-З-1 АЗ-З-2

Масло Хим реагенты

Рис 9. Равновесная степень набухания в масле и зимних химических реагентах

Исходя из полученных данных следует, что равновесная степень набухания имеет низкие показатели, что говорит о том, что данные смеси хорошо проявляют себя в масле и агрессивных средах, несущественные отличия в значениях у смеси шифра АЗ-З-1 и АЗ-З-2 может лежать в пределах ошибки эксперимента.

Показатели истирания

Таблица 5

Показатели АЗ - 3 - 1 АЗ - 3 - 2

Начальный вес 2,19 2,18

Вес после истирания 1,86 1,85

Убыль веса 0,33 0,33

Анализируя данные, представленные в табл. 5 видно, что убыль веса резины у шифра АЗ-З-1 и АЗ-З-2 идентична, что может говорить об их схожих свойствах.

Выводы. Исследование подтвердило, что использование комбинаций наполнителей П514/П803 и П514/Т903 в резинах на основе каучука СКС-30 АРКМ-15 значительно улучшает их физико-механические свойства, включая прочность на разрыв, эластичность и износостойкость. Смеси под шифрами АЗ-З-1 и АЗ-З-2 хоть и имеют отличия в содержании в них различных технических углеродов, но их технические свойства практически идентичны, за исключением условной прочности при растяжении.

Список литературы

1. Корнеев А.Е., Буканов А.М., Шевердяев О.М. Технология эластомерных материалов: учебник для вузов. М.: НППА «Истек», 2005. 508.

2. Кошелев Ф.Ф. Общая технология резины./Ф.Ф. Кошелев, А.Е. Корнеев, А.М. Буканов. М.: Химия, 1978.

528 с.

3. Федюкин Д.Л., Махлис Ф.А./Технические и технологические свойства резин. М.: Химия, 1985. 240 с.

4. ГОСТ 270-75. Резина. Методы определения упругопрочностных свойств при растяжении. Введ. 197801-01. М.: Издательство стандартов, 2008. 11 с.

5. ГОСТ 27110-86. Резина. Метод определения эластичности по отскоку на приборе типа Шоба. Введ. 1987-07-01. М.: Издательство стандартов, 1987. 8 с.

6. ГОСТ 263-75. Резина. Метод определения твердости по Шору А. Введ. 1977-01-01. М.: Издательство стандартов, 1989. 7 с.

Васильев Виктор Андреевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Москва, Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет),

Затонский Игорь Владимирович, магистрант, [email protected], Россия, Москва, МИРЭА-Российский технологический университет

TH THE INFLUENCE OF FILLER COMBINATIONS P514/P803 AND P514/T903 ON THE QUALITY OF RUBBER

V.A. Vasiliev, I.V. Zatonskiy

This article examines the influence of filler combinations P514/P803 and P514/T903 on the physical-mechanical and operational properties of rubber based on SKS-30 ARKM-15. The research is motivated by the need of the rubber industry to develop materials with improved characteristics and economic efficiency, which is achievable through new technologies. Special attention is given to optimizing the properties of rubber by modifying its composition using the specified _ fillers. Experimental results show that selecting optimal filler ratios contributes significantly to improving the strength, elasticity, and wear resistance of materials, opening up new prospects for various industries, from automotive to medical. The article contributes to the development of materials science and rubber industry technologies, offering practical recommendations for improving material quality.

Key words: technical carbon, rubber, quality.

Vasiliev Victor Andreevich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, vasi-liev1952va@yandex. ru, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute (National Research University),

Zatonskiy Igor Vladimirovich, graduate student, [email protected], Russia, Moscow, MIREA - Russian Technological University