CC BY
3
УДК 678.71 https://doi.org/10.24412/2071-8268-2024-2-20-24
влияние сэвилена на свойства резины на основе дивинилстирольного и хлорбутилового каучуков
ЕГОРОВ Е.Н.1, САНДАЛОВ СЛ.2, КОЛЬЦОВ Н.И.1 1Чувашский государственный университет, г. Чебоксары, Россия 2Чебоксарское производственное объединение им. В.И. Чапаева, г. Чебоксары, Россия В статье исследовано влияние сэвилена 11808-340 на реометрические (вулканизационные) показатели резиновой смеси на основе дивинилстирольного ДССК-628В и хлорбутилового ХБК-139 каучуков, а также физико-механические свойства резины, используемой для изготовления изделий, эксплуатируемых при воздействии морской воды. Установлено, что резина, содержащая сэвилен 11808-340 в количестве от 5,0 до 15,0 м.ч. на 100,0 м.ч. каучуков, характеризуется удовлетворительными реометрическими свойствами, а также допустимыми физико-механическими показателями, которые незначительно изменяются после выдержки в морской воде.
Ключевые слова: сэвилен 11808-340, дивинилстирольный каучук ДССК-628В, хлорбутиловый каучук ХБК-139, резина, реометрические свойства, физико-механические свойства, морская вода.
Для цитирования: Егоров Е.Н., Сандалов С.И., Кольцов Н.И. Влияние сэвилена на свойства резины на основе дивинилстирольного и хлорбутилового каучуков // Промышленное производство и использование эластомеров, 2024, № 2, С. 20-24. DOI: 10.24412/2071-8268-2024-2-20-24.
influence of sevilen on the properties of rubber based on divinylstyrene and chlorobutyl caoutchoucs
EGOROV E.N.1, SANDALOV S.I.2, KOL'TSOV N.I.1
1Chuvash State University, Cheboksary, Russia 2Cheboksary Production Association named V.I. Chapaev, Cheboksary, Russia Abstract. The article studies the effect of sevilen 11808-340 on the rheometric (vulcanization)properties of a rubber compound based on divinylstyrene DSSK-628V and chlorobutyl KhBK-139 caoutchoucs and the physico-mechanical properties of rubber used to manufacture products exposed to sea water. It has been established that rubber containing sevilen 11808-340 in amounts from 5.0 to 15.0 0 parts per hundred of rubber (phr) is characterized by satisfactory rheometric properties, as well as acceptable physico-mechanical properties, which change insignificantly after exposure to sea water.
Key words: sevilen 11808-340, divinylstyrene rubber DSSC-628V, chlorobutyl rubber KhBK-139, rheometric properties, physico-mechanical properties, sea water.
For citation: Egorov E.N., Sandalov S.I., Kol'tsov N.I. Influence of sevilen on the properties of rubber based on divinylstyrene and chlorobutyl caoutchoucs. Prom. Proizvod. Ispol'z. Elastomerov, 2024, no. 2, pp. 20-24. DOI: 10.24412/2071-8268-2024-2-20-24. (In Russ.).
В настоящее время одним из актуальных направлений в резиновой промышленности является разработка эластомеров с улучшенными эксплуатационными и динамическими свойствами для изделий, эксплуатируемых в условиях воздействия морской воды [1-4]. Полимерной основой таких резин являются каучуки общего и специального назначения [5-7], в частности, бутадиен(метил)стирольные и галобутиловые каучуки [8, 9]. Модификация разнополярных каучуков и их комбинаций с функциональными ингредиентами является одним из перспективных путей создания полимерных материалов (резин) с требуемыми динамическими (демпфирующими) свойствами [10-18]. Такими функци-
ональными ингредиентами являются сополимеры этилена с винилацетатом (сэвилены), которые технологически совместимы с натуральным [19-21], бутадиен-стирольными [22, 23], бутади-ен-нитрильными [24, 25], этиленпропиленовы-ми [26, 27] каучуками. В работах [28-31] показано, что резины, содержащие этиленвинилацетат (сэвилен), характеризуются достаточно высокими динамическими (демпфирующими) свойствами.
Целью данной работы стало исследование влияния сэвилена 11808-340 на вулканизаци-онные показатели резиновой смеси, физико-механические, эксплуатационные и динамические свойства резины на основе дивинилстирольного
ДССК-628В и хлорбутилового ХБК-139 каучу-ков, применяемой для изготовления стойких к морской воде изделий.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Основой исследуемой резиновой смеси служили:
• дивинилстирольный каучук ДССК-628В (ТУ 20.17.10-213-05766801-2019, ПАО «Ниж-некамскнефтехим») с вязкостью МБ1+4 (100°С) 77±7 ед. Муни, массовой долей связанного стирола 24-30%;
• хлорбутилкаучук марки ХБК-139 (ТУ 20.17.10-096-05766801-2017, ПАО «Нижне-камскнефтехим») с вязкостью МБ 1+8 (125°С) 39 ед. Муни, массовой долей хлора 1,20%.
Резиновая смесь на основе данных каучуков включала следующие ингредиенты: вулканизующий агент — сера; ускорители вулканизации — 2,2'-дибензтиазолдисульфид, дифенилгуанидин; активаторы вулканизации — белила цинковые, стеариновую кислоту; противостаритель — фенил-2-нафталамин; мягчители — канифоль, нефтеполимерную смолу «Шинпласт», битум нефтяной, фактис и масло индустриальное И-12А; полимерный наполнитель — транс-полинор-борнен; наполнители — технические углероды П 514 и П 803, мел природный.
Резиновую смесь готовили на лабораторных вальцах ЛБ 320 160/160 при температуре поверхности валков вальцев 60-70°С в течение 25 мин. Реометрические (вулканизационные) характеристики резиновой смеси исследовались на реометре MDR 3000 Basic фирмы Mon Tech при 150°С в течение 40 мин в соответствии с ASTM D2084-79. Стандартные образцы для определения физико-механических показателей вулканизовали при температуре 150°C в течение 30 мин в вулканизационном прессе типа P-V-100-3RT-2-PCD.
Основные характеристики вулканизатов определяли согласно действующим стандартам: упруго-прочностные свойства определяли по ГОСТ 270-75; твердость по Шору А — по ГОСТ
263-75; эластичность по отскоку — по ГОСТ 27110-86; сопротивление раздиру — по ГОСТ 262-79; изменение условной прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве и твердости после воздействия морской воды (8%-й водный раствор морской соли) — по ГОСТ 9.030-74 (метод В); изменение массы после экспозиции в морской воде — по ГОСТ 9.030-74 (метод А).
Динамические параметры (модуль упругости, тангенс угла механических потерь) вул-канизатов изучали при температуре 30°С на динамическом механическом анализаторе Ме^ауШ УДО 104 при режиме деформации «растяжение-сжатие» (степень деформации 0,01%) и частоте 1000 Гц.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В табл. 1 приведены реометрические свойства опытных вариантов резиновой смеси на основе комбинации каучуков ДССК-628В и ХБК-139. Первый (базовый) вариант не содержал сэвилен 11808-340, второй, третий, четвертый, пятый и шестой варианты содержали соответственно 5,0; 10,0; 15,0; 20,0 и 30,0 м.ч. сэвилена 11808-340 на 100,0 м.ч. каучуков.
?101
* 86- з _____1 4 -=---
4- —" 6 //Лк^ 5
2-
0 1 1 1 1 1 8 16 24 32 40
Вулканизационные (реометрические) кривые резиновой смеси (номера кривых соответствуют номерам вариантов образцов)
На рисунке приведены полученные вулкани-зационные кривые резиновой смеси с различным содержанием сэвилена 11808-340.
Таблица 1
Реометрические свойства опытных вариантов резиновой смеси
Показатели Варианты
1 2 3 4 5 6
Сэвилен-11808-340, м.ч. на 100 м.ч. каучуков — 5,0 10,0 15,0 20,0 30,0
Реометрические показатели резиновой смеси
^ дН-м 7,69 6,77 6,26 5,59 5,57 4,33
S . , дН-м min' ^ 1,26 1,16 1,10 1,01 1,00 0,83
t , мин s' 4,05 4,47 4,65 4,85 4,84 5,06
t90, мин 26,57 26,86 27,54 27,43 27,78 28,47
Примечание: Вшах и 8ш1п — максимальный и минимальный крутящие моменты; ^ и ^ — времена начала и оптимума вулканизации.
Таблица 2
Физико-механические, эксплуатационные и динамические свойства вулканизатов опытных вариантов резиновой смеси
Показатели Варианты
1 2 3 4 5 6
Физико-механические свойства
fp, МПа 5,6 5,4 5,1 4,9 4,8 4,5
^ % 430 440 440 420 440 430
H, ед. Шор А 62 61 60 60 59 58
S, % 35 33 30 28 27 25
В, кН/м 14 14 15 16 17 17
Изменение физико-механических свойств вулканизатов после выдержки в морской воде при 23°С в течение 24 ч
f % +2,7 +2,6 +2,0 + 1,2 +2,1 +2,2
^ % +4,7 +4,7 +4,6 +4,5 +6,3 +9,3
АН, ед. Шор А -3 -3 -2 -1 -2 -3
Степень набухания вулканизатов после выдержки в морской воде при 23°С в течение 7 сут
а, % 0,35 0,30 0,27 0,27 0,31 0,38
Динамические свойства вулканизатов
E'-10-7, Па 2,42 2,47 2,46 2,45 2,27 2,28
tgS 0,503 0,491 0,479 0,460 0,455 0,431
Примечание: fp — условная прочность при растяжении; е — относительное удлинение при разрыве; Н — твердость; S — эластичность по отскоку; В — сопротивление раздиру; Afp и Аер — относительное изменение условной прочности при растяжении и относительного удлинения при разрыве; АН — разность твердостей вулканизатов после и до воздействия морской воды; а — степень набухания; Е' — модуль упругости; tg5 — тангенс угла механических потерь.
Из данных табл. 1, следует, что увеличение содержания сэвилена 11808-340 в резиновой смеси приводит к понижению её максимального и минимального крутящих моментов. При этом наблюдается увеличение времени начала и оптимума вулканизации резиновой смеси, что способствует улучшению ее технологических свойств.
В табл. 2 представлены результаты определения физико-механических свойств вулканиза-тов, полученных на основе различных вариантов резиновой смеси.
Из данных табл. 2 следует, что по мере возрастания содержания сэвилена 11808-340 в резиновой смеси происходит уменьшение условной прочности при растяжении, твердости, эластичности по отскоку и незначительное увеличение сопротивления раздиру. При этом наблюдается уменьшение изменений физико-механических показателей, твердости и степени набухания вулканизатов в морской воде при содержании сэвилена 11808-340 в количестве до 15,0 м.ч. на 100 м.ч. каучуков. Дальнейшее возрастание содержания сэвилена приводит к увеличению изменений этих показателей вулканизатов. Введение сэвилена 11808-340 340 в количестве до 15,0 м.ч. приводит к незначительному росту тангенса угла механических потерь и уменьшению модуля упругости резины вплоть до 30,0 м.ч. сэвилена 11808-340 на 100 м.ч. кау-чуков.
ВЫВОДЫ
Исследовано влияние сэвилена 11808-340 на реометрические свойства резиновой смеси, физико-механические, динамические показатели и стойкость к воздействию морской воды резины на основе комбинации каучуков ДССК-628В и ХБК-139. Установлено, что увеличение содержания сэвилена до 15,0 м.ч. на 100 м.ч. каучуков приводит к уменьшению максимального, минимального крутящих моментов и увеличению времен начала и оптимума вулканизации резиновой смеси, а также понижению физико-механических показателей вулканизатов в допустимых пределах. Это сопровождается положительным уменьшением изменений физико-механических свойств и степени набухания вул-канизатов в морской воде. Резина, содержащая сэвилен 11808-340 до 15,0 м.ч. на 100,0 м.ч. каучуков, по технологическим, физико-механическим и динамическим свойствам может быть рекомендована для изготовления устойчивых к воздействию морской воды изделий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ceylan D., Dogu S., Karacik B., Yakan S.D., Okay O.S., Okay O. Evaluation of Butyl Rubber as Sorbent Material for the Removal of Oil and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons from Seawater // Environmental Science and Technology, 2020, vol. 43, no. 10, pp. 3846-3852.
2. Mar§oglu M., Topuz A., Erdogmu A., Yurdalan O., Bilgin S, Feyzioglu A., Topuz P., Karahan T. Cleaning Sea Water from Petroleum Products by Using Rubber Powder // Materials Testing, 2011, vol. 53, no. 5, pp. 303-310.
3. Егоров Е.Н., Ушмарин Н.Ф., Сандалов С.И., Кольцов Н.И. Исследование эксплуатационных и динамических свойств резины для изделий, работающих в морской воде // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология, 2020. — Т. 63. — № 11. — С. 96-102.
4. Егоров Е.Н., Ушмарин Н.Ф., Сандалов С.И., Кольцов Н.И., Ворончихин В.Д. Исследование динамических свойств стойкой к морской воде резины // Журнал Сибирского федерального ун-та. Серия: Химия. — 2021. — Т. 14. — № 1.
— С. 38-44.
5. Nobari Azar FA., Karimzadeh Naghshineh A., Sen M. Preparation and characterization of natural rubber-based new elastomers for high-damping base isolation systems // Journal of Elastomers and Plastics, 2022, vol. 54, no. 6, pp. 959-974.
6. Егоров Е.Н., Ушмарин Н.Ф., Александрова Н.В., Кольцов Н.И. Влияние бутилкаучука на свойства резины на основе бутадиен-метилстирольного каучука // Промышленное производство и использование эластомеров. — 2021. — № 2.
— С. 16-18. DOI: 10.24412/2071-8268-2021-2-16-18.
7. Lei T., Zhang Y.-W, Kuang D.-L, Yang Y.-R. Preparation and Properties of Rubber Blends for High-Damping-Isolation Bearings // Polymers, 2019, vol. 11, no. 8, p. 1374.
8. Ushmarin N.F., Egorov E.N., Grigor'ev VS., Sandalov S.I., Kol'tsov N.I. Influence of Chlorobutyl Caoutchouc on the Dynamic Properties of a Rubber Based on General-Purpose Caoutchoucs // Russian Journal of General Chemistry, 2022, vol. 92, no. 9, pp. 1862-1865.
9. Егоров Е.Н., Ушмарин Н.Ф., Сандалов С.И., Кольцов Н.И. Влияние транс-полинорборнена на свойства резины на основе каучуков общего и специального назначения // Промышленное производство и использование эластомеров. — 2022. — № 2. — С. 13-17. DOI: 10.24412/2071-8268-2022-213-17.
10. Zhao X., Yang J., Zhao D. Lu Y, Wang W, Zhang L, Nishi T. Natural rubber/nitrile butadiene rubber/hindered phenol composites with high-damping properties // International Journal of Smart and Nano Materials, 2015, vol. 6, no. 4, pp. 239-250.
11. Qin R., Huang R., Lu X. Use of gradient laminating to prepare NR/ENR composites with excellent damping performance // Materials and Design, 2018, vol. 149, pp. 43-50.
12. Dharmaraj M.M., Chakraborty B.C., Begum S. The effect of graphene and nanoclay on properties of nitrile rubber/ polyvinyl chloride blend with a potential approach in shock and vibration damping applications // Iranian Polymer Journal,
2022, vol. 31, pp. 1129-1145.
13. Егоров Е.Н., Ушмарин Н.Ф., Саломатина Е.В., Матюнин А.Н. Влияние полиизобутилена на физико-механические, эксплуатационные, диэлектрические и динамические свойства резины для прокладок рельсовых скреплений // Известия высших учебных заведений. Серия Химия и химическая технология. — 2022. — Т. 65. — № 5. — С. 94-102.
14. Egorov E.N., Kol'tsov N.I. Influence of glass fibers on the physico-mechanical and performance properties of rubber based on general and special purpose caoutchoucs // Materials Physics and Mechanics, 2024, vol. 52, no. 1, pp. 126-131.
15. Egorov E.N., Sandalov S.I., Kol'tsov N.I. Study of the influence of dispersed fillers on properties of rubber for gaskets of rail fastening // Materials Physics and Mechanics,
2023, vol. 51, no. 6, pp. 119-126.
16. Egorov E.N., Salomatina E.V., Vassilyev V.R., Bannov A.G., Sandalov S.I. Effect of Polynorbornene on Physico-Mechanical, Dynamic, and Dielectric Properties of Vulcanizates Based on Isoprene, a-Methylstyrene-Butadiene, and Nitrile-Butadiene Rubbers for Rail Fasteners Pads // Journal of Composites Science, 2023, vol. 7, no. 8, p. 334.
17. Egorov E.N., Ushmarin N.F., Sandalov S.I., Kol'tsov N.I. Studying the effect of trans-polynorbornene on the properties
of a rubber mixture for rail fastener pads // Inorganic Materials: Applied Research, 2022, vol. 13, no. 4, pp. 10191023.
18. Egorov E.N., Sandalov S.I., Kol'tsov N.I. Influence of basalt fibres on the physical-mechanical, performance and dynamic properties of rubber for rail pads // Chemistry for Sustainable Development, 2023, vol. 31, no. 4, pp. 362-366.
19. Nakason C., Kaewsakul W., Kaesaman A. Thermoplastic natural rubbers based on blending of ethylene-vinyl acetate copolymer with different types of natural rubber // Journal of Elastomers and Plastics, 2012, vol. 44, no. 1, pp. 89-111.
20. Kunanusont N., Samthong C., Bowen F., Yamaguchi M., Somwangthanaroj A. Effect of Mixing Method on Properties of Ethylene Vinyl Acetate Copolymer/Natural Rubber Thermoplastic Vulcanizates // Polymers, 2020, vol. 12, no. 8, p. 1739.
21. Walong A., Thongnuanchan B, Uthaipan N., Sakai T., Lopattananon N. Enhancing cellular structure, mechanical properties, thermal stability and flame retardation of EVA/ NR blend nanocomposite foams by silicon dioxide-based flame retardant // Progress in Rubber, Plastics and Recycling Technology, 2022, vol. 38, no. 1, pp. 70-88.
22. Azadmanesh H., Hashemi SA.H., Ghasemi S.H. The effect of styrene-butadiene rubber and ethylene vinyl acetate polymers on the mechanical properties of Engineered Cementitious Composites // Composites Communications, 2021, vol. 24, p. 100656.
23. Wang Z.B., Yu W.J., Cheng X.K. Mechanical and morphological properties of thermoplastic vulcanisates based on ethylene vinyl acetate copolymer and styrene butadiene rubber // Plastics, Rubber and Composites, 2011, vol. 40, no. 5, pp. 229-233.
24. Li S., Liu T., Wang L., Wang Z. Dynamically Vulcanized Nitrile Butadiene Rubber/Ethylene-vinyl Acetate Copolymer Blends Compatibilized by Chlorinated Polyethylene // Journal of Macromolecular Science, Part B, 2013, vol. 52, no. 1, pp. 1321.
25. Shi X.Y., Bi W.N., Zhao S.G. DMA analysis of the damping of ethylene-vinyl acetate/acrylonitrile butadiene rubber blends // Journal of Applied Polymer Science, 2012, vol. 124, no. 3, pp. 2234-2239.
26. Khalaf A.I., Ward AA., Rozik N.N. Investigation of physical properties and morphology of compatibilized EPDM/ EVA blends // Journal of Thermoplastic Composite Materials, 2018, vol. 31, no. 3, pp. 376-391.
27. Ray Chowdhury S., Sharma B.K., Mahanwar P., Sarma K.S. Vinyl acetate content and electron beam irradiation directed alteration of structure, morphology, and associated properties of EVA/EPDM blends // Journal of Applied Polymer Science, 2016, vol. 133, no. 21, p. 43468.
28. He X., Qu M., Shi X. Damping properties of ethylene-vinyl acetate rubber/polylactic acid blends // Journal of Materials Science and Chemical Engineering, 2016, vol. 4, no. 3, p. 15.
29. Nadal A., Segura J., Julia E., Gadea J.M., Montava I. Evaluation of acoustic and dynamic behaviour of ethylene vinyl acetate panels // Materials Science and Engineering Technology, 2019, vol. 50, no. 1, pp. 14-24.
30. SadeghiAskari A., Tavakoli M. Optimization of mechanical and dynamic-mechanical properties of electron beam irradiation of reclaimed tire rubber/poly (ethylene-co-vinyl acetate) nanocomposite by design of experiment // Iranian Polymer Journal, 2023, vol. 32, pp. 417-431.
31. Yu Z., Wang C., Zhang X., Zhao Y., Wen S., Zhang Z.X. Controlled damping ethylene-vinyl acetate copolymer/styrene ethylene butylene styrene foam in wide temperature range prepared by supercritical nitrogen // Polymer Engineering and Science, 2023, vol. 63, no. 10, pp. 3429-3432.
информация об авторах/information about the authors
Егоров Евгений Николаевич, кандидат химических наук, доцент кафедры физической химии и высокомолекулярных соединений химико-фармацевтического факультета Чувашского государственного университета (428015, г. Чебоксары, Московский проспект, д. 15).
E-mail: [email protected]
Сандалов Сергей Иванович, кандидат технических наук, зам. директора резинотехнического производства АО «Чебоксарское производственное объединение имени В.И. Чапаева» (428006, г. Чебоксары, ул. Социалистическая, д. 1).
E-mail: [email protected]
Кольцов Николай Иванович, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой, химико-фармацевтический факультет, Чувашский государственный университет (428015, г. Чебоксары, Московский проспект, д. 15).
E-mail: [email protected]
Egorov Evgeniy N., Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor of Department of Physical Chemistry and Macromolecular Compounds of Chemical and Pharmaceutical Faculty of Chuvash State University (428015,, Cheboksary, Russia).
E-mail: [email protected]
Sandalov Sergey I., Candidate of Technical Sciences, Cheboksary Production Association named after V.I. Chapaeva (428006, Cheboksary, Russia).
E-mail: [email protected]
Kol'tsov Nikolay I., Doctor of Chemical Sciences, Professor, Head of the Department, Chemical and Pharmaceutical Faculty, Chuvash State University (428015, Cheboksary, Russia).
E-mail: [email protected]
Фото с сайта https://cheb.media/
