Гумоволокняний композит

Гумоволокняний композит (ГВК), який містить каучукову основу - ізопреновий каучук марки СКІ-3, бутадієн-метилстирольний каучук марки СКМС-30 АРКМ-15, вулканізуючий агент, полімерну сірку, прискорювачі вулканізації - сульфенамід М, альтакс, активатори вулканізації та диспергатори оксид цинку, стеаринову кислоту, стеарат натрію, наповнювач - технічний вуглець марки П-514, пом'якшувач та технологічні добавки - масло ПН-бш, спецбітум марки АСМГ, стабілізатор діафен ФП, коротковолокняний поліамідний наповнювач, який відрізняється тим, що коротковолокняний поліамідний наповнювач попередньо модифікують полімерними четвертинними солями амонію (ПЧСА) загальної формули СН -N4 СН CH2-R-H2C-N+ СН, СН2- R2-CH2 СН, п = 20 - ЗО ПЧСА-1 НХ ПЧСА-2 ПЧСА-3 НХ при наступних співвідношеннях компонентів в масових частинах ізопреновий каучук марки СКІ-3 55-65 бутадієн-метилстирольний каучук марки СКМС-30 АРКМ-15 35-45 сірка полімерна 3,6-3,8 сульфенамід М 0,5-0,6 альта кс 0,1 -0,2 оксид цинку 4,0-5,5 стеаринова кислота 0,3-0,6 стеарат натрію 1,2-1,5 технічний вуглець П-514 40-45 масло ПН-бш 3,5-4,0 спецбітум АСМГ 7,0-9,0 діафен ФП 0,5-1,0 поліамідне волокно модифіковане ПЧСА 10-25 Де Винахід відноситься до гумової промисловості і може бути використаний для виготовлення гумоволокняних композитів з покращеними технічними властивостями для шин та гумотехнічних виробів Відомий гумоволокняний композит (ГВК) [Дзюра Е А , Волченок Л М , Маркова И В Резиноволокнистые композиты Свойства и применение в производстве шин // Совершенствование качества и технологии производства крупногабаритных и сельскохозяйственных шин - М ЦНИИТЭнефтехим -1990 -С 104 - 109], який містить (в масових частинах (мас ч)) каучукову основу цис-1,4полизопреновий каучук марки СКІ-3 (60), бутадієнметилстирольний каучук марки СКМС-30 АРКМ-15 (40), вулканізуючий агент полімерна сірка (3,8), прискорювачі вулканізації сульфенамід М (0,6), ді(2-бензтіазоліл)дісульфід - альтакс (0,2), актива СО о G > О го Ю 53099 тори вулканізації та діспергатори оксид цинку (5,0), стеаринова кислота (0,5), стеарат натрію (1,5), наповнювачі технічний вуглець марки П-514 (45), коротковолокняний поліамідний наповнювач (20), пом'якшувач та технологічні добавки масло ПН-бш (4,0), спецбітум марки АСМГ (8,0), стабілізатор діафен ФП (1,0) Але ефект, який досягається від наповнення композита коротковолокняним поліамідним наповнювачем (поліамідне волокно), недостатній Технічні властивості отриманого ГВК залишаються низькими і не відповідають сучасним вимогам за причини низької адгезійної МІЦНОСТІ МІЖ ВОЛОКНОМ та матрицею композита Підвищення адгезійної МІЦНОСТІ між волокном та матрицею досягається за рахунок введення адгезійно-активних модифікаторів гумових сумішей [Несиоловская Т Н , Соловьев Е М Коротковолокнистые наполнители Способы получения, свойства и области применения - М ЦНИИТЭнефтехим,-1992 -72с] Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованої є композиція, що містить компоненти при наступному співвідношенні цис-1,4полизопреновий каучук марки СКІ-3 (60), бутадієнметилстирольний каучук марки СКМС-30 АРКМ-15 (40), вулканізуючий агент полімерна сірка (3,8), прискорювачі вулканізації сульфенамід М (0,6), ді(2-бензтіазоліл)дісульфід - альтакс (0,2), активатори вулканізації та діспергатори оксид цинку (5,0), стеаринова кислота (0,5), стеарат натрію (1,5), наповнювачі технічний вуглець марки П-514 (45), коротковолокняний поліамідний наповнювач (20), пом'якшувач та технологічні добавки масло ПН-бш (4,0), спецбітум марки АСМГ (8,0), стабілізатор діафен ФП (1,0) та додатково містить об'ємний модифікатор типу метафеніленбісмалешімід (МФБМ) в КІЛЬКОСТІ 3 - бмас ч [Богуславский Д Б , Дзюра Е А , Волченок Л М , Килко В П Метафениленбисмалеинимид - химический модификатор многоцелевого назначения для шинных резин // Каучук и резина - 1989 - №3 - С 1 7 - 1 9 ] (ПРОТОТИП) Використання модифікатора МФБМ значно підвищує адгезійну МІЦНІСТЬ поліамідного волокна з гумою, але технологічні та фізико-механічні властивості ГВК потребують покращення, а сам МФБМ має велику вартість Задачею винаходу є удосконалення составу гумоволокняного композиту з метою підвищення технологічних властивостей та фізико-механічних показників гумоволокняних композитів Поставлена мета досягається тим, що у гумоволокняний композит, який містить каучук, вулканізуючий агент, прискорювачі вулканізації, наповнювач, пом'ягшувачі та технологічні добавки, стабілізатор, модифікатор, вводять коротковолокняний поліамідний наповнювач, який, згідно винаходу, попередньо модифікують водорозчинними нетоксичними полімерними четвертинними солями амонію (ПЧСД) загальної формули СН3 п = 20 • ЗО, де * • ПЧСА-І ~\J~ \J ПЧСА-2 ПЧСА-3 Ч > ~W_ при наступних співвідношеннях компонентів в масових частинах ізопреновий каучук марки СКІ-3 55 - 65 бутадієн-метилстирольний каучук марки СКМС-30 АРКМ-15 35-45 сірка полімерна 3,6 - 3,8 сульфенамід М 0,5 - 0,6 альтакс 0,1 - 0,2 оксид цинку 4,0 - 5,5 стеаринова кислота 0,3 - 0,6 стеарат натрію 1,2-1,5 технічний вуглець П-514 40 - 45 масло ПН-бш 3,5-4,0 спецбітум АСМГ 7,0 - 9,0 діафен ФП 0,5-1,0 поліамідне волокно модифіковане ПЧСА 10-25 Модифікацію коротких поліамідних волокон проводять в водних розчинах ПЧСА із розрахунку 0,25, 0,75, 1,25 масових % ПЧСА на поверхні волокна Виготовлення ГВК проводять в три стаДЦ I - виготовлення маточної гумової суміші у лабораторному гумозмішувачі, II - введення сірки та прискорювачів вулканізації на вальцях, III - введення коротковолокняного поліамідного наповнювача, модифікованого ГТЧСА на вальцях Визначення технологічних та фізико - механічних властивостей гумоволокняних композитів проведено згідно стандартів ГОСТ 12535-84, ГОСТ 10722-84, ГОСТ 270-75, ГОСТ 262-93, ГОСТ 26375, ГОСТ 20418-75, ГОСТ 12251-77, ГОСТ 9 02474, ГОСТ 269-66 Приклад 1 В табл 1 наведені співвідношення компонентів ГВК включаючи ПРОТОТИП, базовий варіант та ДОСЛІДНІ склади з коротковолокняним поліамідним наповнювачем модифікованим ПЧСА В табл 2 наведені технологічні та фізико-механічні властивості гумоволокняних композитів з модифікованим поліамідним волокном в залежності від концентрації полічетвертинної солі амонію ПЧСА-1 на його поверхні, ГВК використаних в якості ПРОТОТИПУ та базового варіанту У зв'язку з тим, що експеримент по ОЦІНЦІ впливу вмісту коротковолокняного поліамідного наповнювача та концентрації ПЧСА на його поверхні (як модифікатора), проведено за схемою В Клеймана (фіг1), то аналіз планованого експерименту виконано шляхом побудови ЛІНІЙ рівних значень контрольованих показників ГВК (фіг 2 10) В цілому встановлено, що зміна показників властивостей ГВК від досліджених факторів протікає за нелінійною залежністю 53099 позиції (ПРОТОТИПУ) когезійній МІЦНОСТІ ГВК з модифікованим волокном відрізняються зниженНе впливаючи на СТІЙКІСТЬ КОМПОЗИТІВ ДО підвулканям в'язкості за Муні при 100°С на 8 -13%, деяким нізацм (фіг 3) і швидкість підвулканізацм (фіг 4), зниженням СТІЙКОСТІ до підвулканізацм (в безпечній згідно даних випробувань на віскозиметрі Муні при для переробки часовій зоні) та прискоренням під130°С, ПЧСА-1 призводить до нівелювання негавулканізацм при 130°С, що співпадає з результативного впливу значних (до 25мас ч ) концентрацій тами оцінки кінетичних параметрів вулканізації ts, поліамідного волокна на швидкість та ступінь tc9o Rv за даними випробувань ГВК на реометрі (фіг 5 - 6) сірчаної вулканізації ГВК при 153°С "Монсанто" при 153°С (табл 3, 4) Особливістю Встановлена позитивна дія ПЧСА-1 на підвищення фізико-механічних властивостей ГВК з модифікорівня показників умовної МІЦНОСТІ при розтягуванні ваним ПЧСА волокном (шифри ОС-7, ОС-8, ОС-9) (фіг 7), коефіцієнта анізотропії по умовній МІЦНОСТІ є підвищення коефіцієнта анізотропії вулканізатів (фіг 8), опору роздиранню (фіг 9) при одночасному за умовною МІЦНІСТЮ (подовж лінії каландрування) зниженні теплоутворення ГВК (фіг 10) Суттєвого в 1,4 - 1,5 рази відносно контрольної композиції впливу ПЧСА-1 як модифікатора поліамідного вошифру К-1 (ПРОТОТИПУ), підвищення умовної локна на ІНШІ властивості ГВК не виявлено МІЦНОСТІ при розтягуванні вподовж лінії каландрування на 5 - 26%, зниження теплоутворення відноПриклад 2 В табл 3 наведені співвідношення сно ПРОТОТИПУ (табл 3, 4) компонентів ГВК включаючи, ПРОТОТИП та ДОМодифікація ПЧСА поліамідного волокна викликає підвищення когезійної МІЦНОСТІ ГВК (фіг 2) СЛІДНІ склади з коротковолокняним поліамідним наповнювачем модифікованим ПЧСА В табл 4 наведені технологічні та фізико-механічні властивості гумоволокняних композитів з модифікованим ПЧСА-1, ПЧСА-2, ПЧСА-3 поліамідним волокном Результати випробувань ГВК для посадкової частини масивних шин з поліамідним волокном та різними за будовою ПЧСА свідчать в цілому про суттєвий вплив модифікаторів на технологічні та фізико-механічні властивості гумоволокняних композитів (табл 4) При близькій до контрольної ком При рівній концентрації модифікатора ПЧСА на поверхні волокняного наповнювача максимальний позитивний вплив на технологічні та фізикомеханічні властивості ГВК спостерігається в присутності волокняного наповнювача модифікованого полімерною четвертинною сіллю амонію типу ПЧСА-3 (табл 3, 4) Як слідує з наведених прикладів (табл 2, 4), запропоновані гумоволокняні композити в порівнянні з відомим характеризується кращими технологічними властивостями та поліпшеними фізикомеханічними показниками Таблиця1 Склади досліджених композицій в масових частинах ршдш склади ос-з ОС-4 QC-5 ОС-б 65,0 60,0 45,0 40,0 5,5 5f0 9,0 8,0 60,0 40,0 5,0 8,0 1,0 4,0 0,5 1,5 60,0 40,0 5,0 8,0 1,0 4,0 0,5 ї,5 ЇСТіОДЯ сю-з СКМС-ЗОАРКМ-15 60,0 40,0 5,0 8,0 1,0 4,0 0,5 1,5 45,0 45,0 Сірка шжшерка СульфеїшодМ Альтаке 3,S 0,6 од 3,8 0,6 0,2 3,6 0,5 ОД Поліамідне волокно ПВ модифіковане ПЧЄА-І ПМІЧСА-1 (0,25) ПМЧСА-1CU5) ПВДІЧС Аг 1(0.73) МФБМ 20,0 20,0 Окевдщшку Спец&гумАСМГ ДшфенФП Масло ПН-ош Стеаринова кислота Огеяратнахрш Твхшчннй вуїжиь П-514 г~^~——— 1.0 4,0 4,0 0,6 0,5 1,5 ІЗ 45,0 45,0 3,8 06 0,2 3,8 0,6 0,2 3,6 0,6 0,2 3,8 0,6 0,2 • • 1 5 , 0 L _ _ J 5 J L її 10,0 1,0 55,0 35,0 4,0 7,0 0,5 3,5 03 1,2 60,0 40,0 5,0 8,0 1,0 4,0 0,5 3,5 2 0 , 0 60.0 40,0 5,0 8,0 1,0 4,0 0,5 1,5 33 0,6 0,2 III гтадш 25,0 2 5,0 5,0 5,0 5 , 0 1 0 , 0 5 ; 0 53099 Стеаринова кислота Таблиця 2 Ігхножшчні та фізико мехздячш властивості ГВК Шифр суміші Огеарат натрію Сірка полімери Сульфеначзд М Аньтакс Когездннаміцнїсіь МПі 4 2 0 І 1 5 5.6S | 430 | 3 4Й5 і 4 1 0 Поліамідне волокно Б'язшсть -а Муиі (при 51 і 44 -„J 1. „ Результат реометри щш НЗ°С 10ОТ),умод 0,6G 0,55 0,45 0,і0 0,50 0,50 0,56 3,50 4,00 5,10 4.Ш 4^Р 5,50 4,50 5,50 4,70 5,00 4,Й8 435 4,-0 4Ф8 4=0 3,10 ,Нм , 1 5 ,ИВ 4,45 42Ї 3,85 43Є 4,42 П,0 37 5 34,0 370 26 5 33 0 35,0 за,? %ЧЇ 4,25 4,51 ТОЭ 454 3,п4 3.2К з,те 0J5 І R.V ХЕ ' 0,1 S 013 ОДІ Таблиця 4 Гиаїолопчяі та фізико мехлпчш ЕЛастивості ГВК для посадкової частини ятя з п о л а м а н и м но JOHHOM модифікованим річними ГИСД 0П ї зо ,Н 3 2 33 Резуяьтаїя випробувань ш І 40 їшазщкшвиякасті пшйузнеашзаїш, i t , 5 4 39 40 55 W 40 60 час пщвїшешізац!! при 140 *С, хв 5,0 і швнцкіегь підаулканізащі, Зй/At. ум од 1 і 57 35 V » 6,0 Результат Енпробуваіа на і реометрі Моноакго™при І 5 3 Х Примітна * 8 чисельнику наведені результати випробташп. ГВК вздовж л і ш капавдруванна, а в знаменнику - поггерек яши ка.іавдрування | штмаиьний момент ьрупняз. Мі, Н-м - иаЖСНЫ1!Е»НИЙ МОЬіеНТ КруЧІННЯ, Mjif, Н М рВКИЦВ Між максимальним та НІИІМЙИЬНИМ Табтиця З час початку Складі! досаджених комяочнцій в масових частинах Компанвятн 1 | моментами іфупиня л м = Ы час досяпсения одаійі»му Шифр ГВК. К І ОС9 ! (ПРОТОТИП) KayivK СКП-3 І 60,0 60 0 Каучук і 40 0 40Q СЖМС-ЗМЖМ-ІЗ ' 5 0 5,0 80 80 1 0 цо 40 , Биїйіш цинкові Спшбітум АСЬЖ" Діафен ФП Масло П Н б ш і 4,0 60,0 40,0 60 0 5( ,1 80 5,0 40,0 80 1,0 40 4,0 ••