Результат интеллектуальной деятельности: ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ

Изобретение относится к резинотехнической и шинной промышленности и может быть использовано, в частности, для изготовления манжет, уплотнителей, прокладок для вулканизационного оборудования при вулканизации РТИ и шин, эксплуатирующегося при экстремальных температурах и высоком давлении.

Известна резиновая смесь (см. патент RU №2296782 опубл. 10.04.2007 г.), содержащая изопреновый каучук, наполненный хлорбутилкаучук, полученный взаимодействием при смешении бутилкаучука и хлорированного углеводорода общей формулы C_nH_(2n+2)xCl_x, где n=10-30, х=7-24, при температуре 80-150°С в присутствии коллоидной двуокиси кремния, сульфенамидный ускоритель, стеариновую кислоту, оксид цинка, технический углерод, полиэтилен высокого давления, алкилфеноламиновую смолу.

Недостатком известного аналога являются незначительные физико-механические показатели и недостаточная динамическая выносливость эксплуатируемых изделий и довольно сложная технология их изготовления, что может приводить к браку.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату прототипом является резиновая смесь (см. патент RU №2365606 опубл. 27.08.2009), содержащая смесь каучуков, мас. ч.: бутилкаучука - 75-95, хлоропренового каучука - 0-10, и хлорсодержащего этилен-пропилен-диенового наполненного каучука - 7-20, и также в расчете на 100 мас. ч. смеси каучуков стеариновую кислоту - 1-3, оксид цинка - 4-10, технический углерод - 30-60, минеральное масло «стабилойл» - 3-8 и фенолформальдегидную смолу «амберол 137» - 5-10.

Недостатком известного прототипа является невысокая стойкость и стабильность в процессе эксплуатации изделий при многократных циклических нагружениях с перепадами в широком диапазоне высокой температуры и давления.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанного недостатка - незначительной стабильности уплотняющих устройств, техническим результатом которого будет повышение срока эксплуатации изделий из полимерной композиции в пароводяных и агрессивных средах при высоких температурах и давлении.

Сущность изобретения заключается в том, что указанный технический результат достигается за счет того, что полимерная композиция содержит, мас. ч.: бутилкаучук, или хлорбутил каучук, или бромбутил каучук, 70-95, и этилен-пропиленовый каучук - 30-5, и в расчете на 100 мас. ч., в качестве замедлителя вулканизации - стеариновая кислота - 1,0-2,0, многофункционального модификатора - Гексол ХКП - 0,5-0,6, вулканизующего агента - алкилфенольную смолу «Рибетак» - 8,0-12,0, активатора - белила цинковые - 5,0-7,0, наполнителя - технический углерод N330 - 45-50 и аэросил А 300 гидрофильный с функциями стабилизатора и антиседиментационной добавки многокомпонентных систем - 0,5-1,0.

Каучуки в полимерной композиции выбраны из следующий соображений: поскольку не допускается смешение бутилкаучука с ненасыщенными каучуками, даже следы бутилкаучука в них резко ухудшают качество полимерных композиций, предлагается композиция в сочетании с этилен-пропиленовым каучуком, с которым бутилкаучук легко смешивается.

Для обеспечения термо-, баростойкости и паростойкости полимерной композиции как наиболее эффективной, дающей оптимальные физико-механические показатели при вулканизации бутилкаучуков в сочетании с этилен-пропиленовым каучуком, выбран вулканизующий агент -алкилфенольная смола «Рибетак» R7500E.

Для компенсации гидрофобного действия в очень влажной среде бутилкаучука дополнительно вводится в качестве антиседиментационной добавки и стабилизатора усиливающий наполнитель гидрофильный Аэросила А-300, имеющего малый размер частиц 5-7 нм, сложную структуру агрегатов и силанольные группы на поверхности почти идеальный сферической формулы частиц, чем обеспечивается повышенное взаимодействие с бутилкаучуками, усиливающее свойства по сравнению с другими неорганическими дисперсными наполнителями. Применение Аэросила А-300 ускоряет процесс вулканизации, сокращает время подвулканизации, обеспечивает хорошее формование и течение, что создает возможность получить однородные и, что важно, тонкие по толщине полимерные изделия и обуславливает их необходимые эксплуатационные свойства при комплексном воздействии в диапазоне давления 2,0-2,5 МПа и температуры 180-200°С, например, на вулканизационном оборудовании для вулканизации пневматических шин и резино-технических изделий, где в зависимости от режима вулканизации уплотнительные изделия подвергаются многократно-циклическим нагружениям.

Улучшение физико-механических свойств напрямую связано с размером частиц: наполнители с меньшим размером частиц больше усиливают полимерную композицию, а гидрофильный Аэросил А-300 придает еще полимерной композиции специфические свойства - сопротивление раздиру, усталостную выносливость при изгибе (сопротивление разрастанию трещин и надрывов), сопротивление тепловому старению и повышение маслостойкости, стойкости к действию агрессивных сред, негорючесть.

Для разработанной композиции выбираются ингредиенты со следующими техническими характеристиками: этилен - пропиленовый каучук марки СКЭП-40 - вязкость по Муни усл. ед. 46-55, относительное удлинение при разрыве, % н/м - 350.

Бутилкаучук марки БК - 1675 Н, высший сорт - вязкость по Муни - 45-56, условная прочность при растяжении МПа, н/м - 19, относительное удлинение при разрыве % н/м - 600, ТУ 2294-34-05766801-95.

Техническая характеристика гидрофильного Аэросила А-300:

- Средний размер частиц, нм - 5-7,

- Удельная поверхность (БЭТ), м²/г - 300+30,

- рН суспензии - 3,6-4,3,

- Насыпная плотность, г/л - 110-140.

Технический углерод N 330 по ASTM йодное число, г/кг - 82, Абсорбция ДБФ, 10^-5 м³/кг - 78, насыпная плотность, кг/м³ - 380.

Стеариновая кислота - ГОСТ 6484-96.

Гексол ХКП по ТУ 6-01-5-81-97.

Белила цинковые - ГОСТ 202-84.

Алкилфенольная смола «Рибетак». R7500E изготовитель Si Group Inc США, с температурой плавления 80-95°С, содержание метиленовых групп, % масс., 9,0-12,0 и является в композиции компонентом двойного действия, как пластификатор и вулканизующий агент.

В таблице 1 приведена композиция прототипа в предлагаемой полимерной композиции:

Сущность изобретения поясняется следующим примером.

Пример №1

Готовят составы прототипа и предлагаемой по изобретению полимерной композиции.

Изготавливают эти полимерные композиции в две стадии в закрытом резиносмесителе периодического действия.

В первую стадию смешения на резиносмесителе РС-270-40 при температуре 100-110°С, числе оборотов ротора - 40 об/мин в течение 3,5-4 минут вводят бутилкаучук, или хлорбутилкаучук, или бромбутилкаучук - 70 масс. ч., этилен-пропиленовый каучук - 30 масс. ч., технический углерод N330 - 45 масс. ч., стеариновую кислоту - 1,0 масс. ч., Аэросил А-300 - 0,5 масс. ч. На второй стадии в тихоходный резиносмеситель РС-250-30 для предотвращения подвулканизации при температуре 80-90°С и числе оборотов ротора 30 об/мин в течение 4 минут вводят вулканизирующую группу: алкилфенольную смолу «Рибетак» - 8,0 масс. ч., Гексол ХКП - 0,5 масс. ч., белила цинковые 5,0 масс. ч.

Пример №2

В первую стадию смешения на резиносмесителе РС-270-40 при температуре 100-110°С, числе оборотов ротора - 40 об/мин в течение 3,5-4 минут вводят бутилкаучук, или хлорбутилкаучук, или бромбутилкаучук - 95 масс. ч., этилен-пропиленовый каучук - 5,0 масс. ч., технический углерод N330 - 50 масс. ч., стеариновую кислоту - 2,0 масс. ч., Аэросил А-300 - 1,0 масс. ч. На второй стадии в тихоходный резиносмеситель РС-250-30 для предотвращения подвулканизации при температуре 80-90°С и числе оборотов ротора 30 об/мин в течение 4 минут вводят вулканизирующую группу: алкилфенольную смолу «Рибетак» - 12,0 масс. ч., Гексол ХКП - 0,6 масс. ч., белила цинковые 7,0 масс. ч.

Образцы из этих полимерных композиций вулканизуют в прессформах в течение 40-45 минут на стандартных этажных рамных вулканизационных прессах при давлении 4-5 МПа и температуре 170-180°С и проводят сравнительные испытания на исследовательском лабораторном оборудовании и приборах.

В таблице 2 приведены физико-механические показатели сравнительных испытаний

Результаты испытаний показывают, что предлагаемая по изобретению полимерная композиция по сравнению с прототипом имеет более высокий комплекс физико-механических показателей, чем обеспечивается прочность и стабильность уплотнительных изделий из предлагаемой полимерной композиции в оборудовании, эксплуатирующихся при высоких температурах и давлении.

В таблице 3 приведены экспериментальные испытания диафрагм размера 260-508 при вулканизации автопокрышек на форматорах-вулканизаторах 55".