каучук. Исследование технологических свойств
 Скачать 0.54 Mb.
|
АннотацияВыпускная квалификационная работа (ВКР) состоит из аннотации, оглавления ,введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов, заключения и списка использованных литературных источников. Материалы выпускной квалификационной работы изложены на 76 страницах печатного текста, включая 21 таблицу и 9 рисунков. Список использованных литературных источников содержит 23 наименования. Выпускная квалификационная работа посвящена исследованию изделий на основе резины БНКС и эксплуатации данных изделий под воздействием УФ-света. В работе изучено влияние УФ-света на изделия резины БНКС, на следующие свойства: физико-механические, технологические и эксплуатационные. Оглавление. 1. Объекты иметодыисследования……………………………………………..2 1.1. Объектыисследования……………………………………………………..2 1.1.1.Бутадиен-нитрильный каучук марки БНКС-28-АМН.………………2 1.1.2. Сера техническая (S)…………………………………………………...3 1.1.3.Оксидцинка……………………………………………………………..4 1.1.4.Меркаптобезтиазол……………………………………………………...4 1.1.5.Стеариновая кислота…………………………………………………...4 1.1.6. Фито-норман-213……………………………………………………….5 1.1.7. Технический углерод П-514……………………………………………5 1.2. Методы исследований………………………………………………………..6 1.2.1. Методы исследования технологических свойств резиновых смесей..8 1.2.2. Методы определения физико-механических свойств резины……….12 1.2.3. Методы определения эксплуатационных свойств резины…………..15 1.2.4. Метод определения влияния ультрафиолетового излучения………..19 2.Экспериментальная часть……………………………………………………..21 2.1.Исследование технологических свойств…………………………………..21 2.2.Изучение физико-механических характеристик и определение оптимума вулканизации……………………………………………………………………...22 2.3.Исследования эксплуатационных свойств вулканизатов резиновой смеси на основе БНКС-28 АМН………………………………………………………..24 2.4. Изучения влияния ультрафиолета на физико-механические свойства резины на основе БНКС-28 АМН……………………………………………….25 Списокиспользованной литературы……………………………………............26 Введение Потребителями продукции резиновой промышленности являются практически все отрасли промышленного производства — производители автотранспортных средств, авиастроение, судостроение, железнодорожный транспорт, машиностроение, строительство, нефте- и газодобыча, производство потребительских товаров, медицинских изделий и др. Сравнительные сведения о текущем производстве, экспорте, импорте, потребления, ассортиментный ряде, протекающих изменениях в динамике развития резиновой промышленности имеют важное индикативное значение для оценки состояния всей экономики в любом государстве [1, 2]. Так например Бутадиен-нитрильный каучук используется в производстве разных масло бензостойких резиновых технологических изделий – рукавов, прокладок, сальников, бензотары, обкладок различных валков и т.д., применяемых в автомобильной, нефтяной, полиграфической и других отраслях промышленности. Каучуки используются для изготовления теплостойких резиновых изделий, предназначенных для работы в воде, маслах, растворителях и некоторых других средах при температурах до 150˚С. Каучуки СКН находят так же применение в обкладочных кислото- и щелочестойких резинах, особенно если к ним одновременно предъявляются требования стойкости к неполярным углеводородам. Благодаря высокой стойкости к действию масел и других агрессивных агентов, БНК нашли широкое применение для изготовлениях различных масло бензостойких резиновых технических изделий — прокладок, рукавов, колец, манжет, сальников, технических пластин МБС, бензотары и др. Каучуки используются для производства изоляционных и электропроводящих резин, каблуков и подошв обуви, клеев и эбонитов, защитных покрытий, стойких в агрессивных средах. Из этого мы видим, что Бутадиен-нитрильные каучуки чаще всего используются в тех сферах промышленности, где важна оптимальная устойчивость резинотехнических изделий к химически агрессивным средам. [3,4] По действию на полимер агрессивные среды можно разделить на физически и химически активные. Физически активные вызывают адсорбцию и сорбцию. Адсорбция изменяет поверхностную энергию на границе полимер – среда, сорбция ослабляет межмолекулярное взаимодействие в полимерах вплоть до растворения. В результате изменяются механические, реологические и электрические свойства. Если не произошло растрескивания полимера (эффект Ребиндера), то изменения могут быть обратимыми. Химически активные среды вызывают необратимые изменения химической структуры – деструкцию, деполимеризацию, сшивание, структурирование, полимер аналогичные превращения. Перечень агрессивных агентов, влияющих на свойства полимерных материалов, чрезвычайно широк, но может быть, тем не менее, систематизирован в наиболее часто встречающиеся группы. Это минеральные и органические кислоты, а также растворы последних в воде, растворы щелочей и окислителей, алифатические и ароматические растворители, а также горюче-смазочные материалы. Воздействие агрессивной среды на полимер может сопровождаться его набуханием, диффузией среды в полимер и химическим взаимодействием, приводящим к деструкции. Влияние агрессивных сред на механические свойства полимеров обусловлено тем, что многие вещества, в частности кислоты и щелочи, вызывают протекание в полимерах химических процессов. Влияние среды может быть значительным даже тогда, когда она является химически нейтральной. Проникновение воды в микропустоты, имеющиеся в полимере, вызывает изменение деформационных и прочностных свойств, причем действие воды может быть как пластифицирующим, так и расклинивающий (эффект Ребиндера). Действие среды на поверхность обычно сказывается главным образом на прочностных характеристиках. Так же не стоит забывать ,что в химически агрессивных средах, именно в которых возникает необратимые изменения химической структуры эластомеров, химическая стойкость резин обусловлена прежде всего типом каучука: химическая стойкость резин снижается при повышении непредельности каучука ( т.е. на месте двойных связей легко происходит присоединение галогенов и кислот.) химическая стойкость наполненных резин на основе насыщенных карбоцепных каучуков, стойких к действия большинства агрессивных сред, зависит от типа поперечных связей.1 Цель работы : изучение влияния ультрафиолетового излучения на физико-механические свойства резиновых смесей на основе БНКС. 2. Объекты и методы исследования 2.1. Объекты исследования Объектами исследования в данной работе являются эластомерные материалы на основе бутадиен-нитрильного каучука (БНКС-28-АМН). Рецептуры резиновых смесей представлены в таблице 2.1. Таблица 2.1 - Рецептуры резиновых смесей на основе БНКС-28 АМН
2.1.1 Бутадиен-нитрильный каучук Получение бутадиен-нитрильного каучука Бутадиен-нитрильные каучуки – это итог совместной полимеризации бутадиена и нитрила акриловой кислоты. Сополимеризация осуществляется в водной эмульсии по радикальному механизму, при наличии эмульгатора (алкиларисульфонаты, мыла смоляных и жирных кислот) и некоторых инициирующих компонентов (триэтаноламин, железотрилоновый комплекс, ронгалит). Естьнесколько способов получения: холодный (температурный режим равен 5-8 оС) и горячий (28-32 оС). Отличия полученного полимера заключается в более регулярном строении цепей при использовании низкотемпературного способа. Также в полимере наблюдается меньшая степень разветвленности, и увеличивается содержание звеньев бутадиена, присоединенных в цис-1,4 положении по сравнению с высокотемпературным получением. 2) Строение и свойства бутадиен-нитрильного каучука Макромолекула каучука состоит из статистически чередующихся звеньев бутадиена и нитрила акриловой кислоты. Бутадиен присоединен прежде всего в положение транс-1,4, присоединение в положения 1,2, не превышает 10%.  Рисунок 2.1 – Структурная формула бутадиен-нитрильного каучука Данный тип каучуков хорошо растворим в кетонах, некоторых углеводородных растворах и сложных эфирах. Увеличение в составе материала акрилонитрила способствует межмолекулярному воздействию между цепями полимера: чем больше НАК в составе материала, тем выше возрастает плотность и температурный режим стеклования. Повышенное содержание НАК снижает диэлектрические свойства, уменьшает степень растворимости в ароматических растворителях и способствует увеличению стойкости к набуханию в алифатических углеводородах. В зависимости от течения полимеризации каучука, его могут выпускать с различными пластоэластическими показателями. Они могут быть: • Очень твердыми (жесткость по Дефо 21,5 - 27,5 Н). При маркировке такого каучука к его названию добавляется буква «Т». • Твердыми (жесткость по Дефо 17,5 - 21,5 Н). • Мягкими (жесткость по Дефо 7,5 - 11,5 Н). При маркировке такого каучука к его названию добавляется буква «М». С участием алкилсульфонатов в качестве эмульгаторов, в маркировке добавляется буква «С». 3) Вулканизация бутадиен-нитрильного каучука Бутадиен-нитрильные каучуки могут вулканизоваться серой в присутствии ускорителей серной вулканизации, тиурамом, органическими пероксидами, алкилфенолформальдегидными смолами, хлорорганическими соединениями. Температура вулканизации равна 143-180 0С. При проведении данного процесса наблюдается появление большого плато вулканизации. Чем больше содержания связанного НАК, тем скорость вулканизации выше. Ненаполненные резины на основе БНК имеют низкие прочностные показатели, потому что каучук при деформации не кристаллизуется. 4) Свойства и применение вулканизатов бутадиен-нитрильного каучука От содержания в резинах на основе БНК связанного НАК зависят основные их свойства. С увеличением содержания нитрила акриловой кислоты повышаются износостойкость, устойчивость к тепловому старению, устойчивость к набуханию в алифатических углеводородах, твердость и прочностные свойства. Так же снижаются морозостойкость и эластичность, повышается теплообразование при многократных деформациях. Бутадиен-нитрильный каучук характеризуется высокой устойчивостью к тепловому старению из-за образования при окислении промежуточных продуктов, которые являются ингибиторами окисления. Резины на основе БНК каучука сильно набухают в ароматических, полярных, хлорсодержащих органических соединениях, но обладают высокой устойчивостью к набуханию в углеводородах, растительных маслах, жирах. Вулканизаты на основе бутадиен-нитрильного каучука имеют хорошую адгезию к латунированному металлу. Прочность крепления их к алюминию и его сплавам, чугуну, цинку, бронзе, стали, латуни и магнию выше прочности самих резин на основе БНК. Бутадиен-нитрильный каучук можно соединять с каучуками общего назначения для повышения технологических свойств и морозостойкости. Также с хлоропреновыми каучуками и этиленпропиленовыми для повышения озоностойкость и стойкость к тепловому старению. БНК применяют в изготовлении изделий, обладающих маслобензостойкостью, стойкостью к воздействию неполярных растворителей, кислот и щелочей. Бутадиен-нитрильный каучук марки БНКС-28-АМН БНКС-28-АМН – это марка представляет собой сополимер нитрила акриловой кислоты 27-30% и бутадиена – 1,3, полученный высокотемпературной полимеризацией в эмульсии, в качестве эмульгатора были использованы мыл жирных кислот растительного происхождения по экологически чистой технологии. Товарный вид полимера – брикет от светло-желтого до розового цвета. Таблица 2.2 – Некоторые свойства БНКС-28-АМН  2.1.2 Сера техническая (S) Сера – является агентом вулканизации, для введения в резиновые смеси используют ее в тонкодисперсном состоянии. В резиновой промышленности обычно применяют природную молотую серу высшего сорта. Активированная сера взаимодействует с реакционноспособными участками молекул каучука, например, с α-метиленовыми группами или двойными связями. При этом образуется некоторое количество поперечных полисульфидных связей или персульфгидрильных групп, которые в дальнейшем перегруппировываются с образованием связей различных типов – полисульфидных с меньшей сульфидностью, дисульфидных и др. Резины, полученные с применением серы, характеризуются высокой прочностью при растяжении и большой выносливостью при многократных деформациях, что обусловлено наличием в структуре вулканизата полисульфидных поперечных связей. 2.1.3.Оксид цинка Оксид цинка (ZnO) – является первичным активатором вулканизации. Данное вещество представляет собой бесцветный кристаллический порошок, нерастворимый в воде, желтеющий при нагревании и сублимирующийся при 1800 °C. С Молекулярной массой 81,74 г/моль, удельной поверхностью 3,5-9,0 м2/г, плотностью 5600 кг/м3. 2.1.4 Меркаптобезтиазол Каптакс (2-меркаптобензтиазол) – является ускорителем вулканизации средней активности, обеспечивает широкое плато вулканизации. Дает вулканизаты с низким модулем и хорошим сопротивлением старению. В сочетании с гуанидинами образует быстро вулканизующиеся смеси и вулканизаты с высокими модулями. Каптакс — ускоритель кислого характера, для его ускорения нужна окись цинка (Белила Цинковые), без окиси цинка — неэффективен.  Представляет собой порошок или гранулы от светло-желтого до желтого цвета. 2.1.5. Стеариновая кислота Стеариновая кислота – порошок или хлопья серого, белого, светло-коричневого цвета является ускорителем вулканизации в присутствии оксида цинка. Без оксида цинка стеариновая кислота используется в качестве пластификатора. Брутто-формула: CH3(CH2)16COOH  Стеарин, использующийся в резиновой промышленности, является смесью веществ из стеариновой, олеиновой и пальмитиновой кислот. Стеариновая кислота составляет 50-70 % по массе, с плотностью 850-990 кг/м3. 2.1.6. Фито-норман-213 ФН-213- масло, получаемое методом селективной очистки экстрактов масляных фракций нефти. Является пластификатором синтетических каучуков и мягчителем для резиновых смесей в каучуковой и шинной промышленности. Продукт имеет темную окраску, низкое содержание полициклических ароматических соединений (ПЦА), не содержит посторонних и инородных примесей. 2.1.7. Технический углерод П-514 Технический углерод - высокодисперсный углеродистый материал, образующийся при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов (природных или промышленных газов, жидких продуктов нефтяного или каменноугольного происхождения). Имеет черный цвет. Дисперсность технического углерода определяется размером частиц. Показателем, характеризующим дисперсность, является удельная поверхность. Существует много разных марок ТУ, отличающиеся по способу получения (диффузионный, печной и термический), размером частиц и свойствам, которые они придают резиновым смесям и резинам. В зависимости от способа получения меняется дисперсность частиц, которая определяет малярно-технические свойства технического углерода и прежде всего глубину цвета. Технический углерод П514 - тонкодисперсное порошкообразное вещество, состоящее из углерода. Получают печным способом. ТУ среднеактивный, выработанный из жидкого углеводородного сырья со средним значением дисперсности и средним значением структурности способом термоокислительного разложения. Является усиливающим наполнителем резиновой смеси. При его введении улучшается прочность резины, сопротивление истиранию и раздиру. Плотность П 514-1870 кг/м3. Таблица 2.3Некоторые показатели ТУ П514  2.2.Методы исследований При рассмотрении технологических качеств резиновых смесей нужно применять наиболее обычные и объективные методы тестирований с минимально необходимыми для этого показателями и постараться сократить число трудоемких производственных тестирований именно на заводском оборудовании. В реальное время данную оценку проводят по сведениям лабораторных тестирований с предельным приближением критерий тестирований к производственным условиям. При этом обширно используют определение пластичности, вязкости, восстанавливаемости (и изменение данных характеристик при повышенных температурах), а также таких характеристик как вальцуемость, каландруемость, шприцуемость, индексы смешения и др. Качество проведения тестирований зависит от квалификации и навыка работающего и является необъективным. Способы тестирований резин и резиновых смесей делятся на 3 основные группы: общие, специальные, контрольные. Общие способы используются для испытаний всех резин и резиновых смесей без учета особенностей их эксплуатации в разных изделиях. К данным способам относится установление прочностных качеств, сопротивление истиранию и раздиру, деформационных качеств, т.е. твердости и эластичности, напряжений при заданных удлинениях, динамического модуля, стойкости к влиянию тепла, света, озоно, неоднократным деформациям, пластичности и вязкость резиновых смесей и др. Эти способы характеризуются простотой режимов нагрузки, нужной для количественной оценки напряжения, деформации, температуры и других факторов. К специальным методам относят испытания на многократный сдвиг на брекерной машине, определение сопротивления образованию и разрастанию трещин, клейкость, шприцуемости и др. К контрольным методам относятся методы, используемые в производственных условиях для быстрой проверки качества исходных материалов, полуфабрикатов и готовых изделий [1]. На все виды испытаний, принятых в промышленности, имеются общегосударственные стандарты (ГОСТы), технические условия и нормали. В стандартах на испытания каучуков и резин обязательно фиксируются формы и размеры образцов, скорость или время воздействия деформирующей нагрузки, температуры [2]. 2.2.1. Методы исследования технологических свойств резиновых смесей | |||||||||||||||||||||||||