"старение" резины от пользователя. Что заставляет шины стареть Резины склонны к старению под действием

Проблема увеличения долговечности резиновых изделий непосредственно связана с повышением сопротивления резни различным видам старения. Одним из наиболее распространенных и разрушительных видов старения является атмосферное старение резин, которому подвержены практически все изделия, контактирующие при эксплуатации или хранении с воздухом.

Атмосферное старение представляет собой комплекс физических и химических превращений резни, протекающих под воздействием атмосферного озона и кислорода, солнечной радиации и тепла.

В атмосферных условиях так же, как и при тепловом старении, резины постепенно теряют свои эластические свойства независимо от того, находятся ли они в напряженном или ненапряженном состоянии.

Особенно интенсивно старятся резины на основе НК со светлыми наполнителями. Быстро (через 1-2 года) наступает заметное изменение свойств у резин из бутадиен-нитрильного, бутадиенстирольного каучуков и из наирита. Помимо сравнительно быстрого изменения цвета поверхностный слой сначала размягчается, а затем постепенно становится жестким и приобретает вид тисненой кожи. Одновременно поверхность покрывается сеткой трещин из-за одновременного воздействия на нее озона и растягивающих усилий. Растрескивание резин в атмосферных условиях протекает с относительно большой скоростью и является вследствие этого наиболее опасным видом старения.

Для предохранения резин от растрескивания применяются два вида защитных средств:

· антиозонанты;

Эффективное снижение скорости изменения физико-механических свойств резин при атмосферном старении так же, как и при тепловом старении, может быть достигнуто с помощью противостарителей главным образом у резин на основе НК.

Термостойкость – способность резин сохранять свойства при действии повышенной температуры. Обычно этим термином обозначают сопротивление термическому старению, в процессе которого происходит изменение химической структуры эластомера. Изменение свойств резин при термическом старении необратимо.

При одинаковой вулканизующей системе минимальным сопротивлением термическому старению обладают резины на основе изопренового каучука. При 80-140°С обычно протекают в основном реакции деструкции пространственной сетки вулканизата, а при 160 °С - реакции сшивания макромолекул каучука. Изменение механических свойств в большей степени обусловлено деструкцией макромолекул, интенсивность которой возрастает на воздухе.

Резины на основе бутадиен-стирольного каучука (БСК ) более термостойки (причём термостойкость значительно возрастает при повышении продолжительности вулканизации) и в меньшей степени подвержены окислению, чем резины на основе изопренового каучука. Степень сшивания возрастает при повышении температуры и продолжительности старения.

Обычно минеральные наполнители обеспечивают более высокое сопротивление термическому старению резин на основе БСК по сравнению с техническим углеродом. Степень влияния наполнителей зависит от состава резиновой смеси и условий старения.

У резин на основе бутадиен-нитрильного каучука (БНК ) сопротивление термическому старению возрастает при повышении содержания акрилонитрила (АН) в каучуке. Минимальное сопротивление термическому старению имеют резины, вулканизованные серой.

При термическом старении резин на основе хлоропренового каучука происходит сшивание макромолекул. В качестве наполнителей применяют технический углерод, диоксид кремния, минеральные наполнители. В качестве мягчителей применяют полиэфиры, сульфоэфиры, рубракс, кумарон-инденовую и нефтеполимерную смолы.

Термостойкость может повышаться при добавлении в резиновую смесь парафинового масла, дифениламина, алкилированных диаминов и фенольных антиоксидантов, а также смесей различных антиоксидантов.

Термическое старение при сжатии наиболее важно для резин, используемых в качестве уплотнительных материалов. В этом случае сопротивление старению оценивают по результатам измерения релаксации напряжения при сжатии и остаточной деформации при сжатии (ОДС). Термостойкость резин при сжатии характеризуют также показателями: τ (Т; 50%) и τ (Т; 80%)-продолжительность старения при температуре Т до достижения значения ОДС, равного 50 и 80% соответственно; Т (τ , 50%) и Т (τ , 80%)-температура старения в течение времени τ , при которой значение ОДС достигает 50 и 80% соответственно.

Значение ОДС резко возрастает, а контактное напряжение снижается в первый период старения, затем эти величины изменяются со значительно меньшей скоростью. Повышение температуры также приводит к существенному ускорению релаксации напряжения и увеличению ОДС. Поэтому небольшие отклонения температуры или продолжительности старения могут существенно изменить эти показатели в начальный период старения.

Сопротивление резин термическому старению при сжатии в основном зависит от типа каучука, структуры и плотности пространственной сетки, условий испытаний.

Повышение продолжительности вулканизации всегда приводит к снижению ОДС, так как при этом обычно возрастает плотность сетки, а в серных вулканизатах снижается степень сульфидности поперечных связей.

Наличие влаги и следов щелочи в резиновой смеси снижает термостойкость при сжатии. Скорость релаксации напряжения повышается при увеличении влажности в инертной среде или на воздухе.

Для создания резин с новыми свойствами весьма перспективным является использование в резиновых смесях новых химических добавок полифункционального действия. При смешении каучуков с такими добавками образуются композиции, применение которых позволяет в сильной степени изменить свойства, как резиновых смесей, так и полученных из них резин.

Возможность использования полифункциональных добавок связана с их химическим строением, агрегатным состоянием и влиянием на структуру эластомерных композиций. Правильный подбор и введение добавок в резиновую смесь может облегчать ее переработку (эффект пластификации), изменять клейкость, когезионную прочность, параметры вулканизации и многие другие характеристики.

В зависимости от химического строения и количества полифункциональных добавок существенно изменяются и свойства резин, полученных из таких композиций (эластичность, морозостойкость и теплостойкость, прочность, динамические и усталостные характеристики, твердость и сопротивление истиранию и т.д.).

Достоинством полифункциональных добавок является их доступность. В связи с этим в настоящее время в резиновых смесях применяются или испытываются самые разнообразные продукты природного и синтетического происхождения. Например, олиоэфиракрилаты являются пластификаторами при переработке и усиливающими наполнителями в вулканизационной композиции; парафины (олеоэтилены) облегчают переработку смесей и защищают резины от озонного растрескивания; жирные кислоты (олеоэтиленкарбоновые кислоты) не только понижают вязкость резиновых смесей, но и воздействуют на сшивание каучука, повышая эффективность использования вулканизующих систем.

Технологические добавки – целевые добавки, которые при добавлении к резиновым смесям в небольших количествах, улучшают их технологические свойства.

К ингредиентам, улучшающим перерабатываемость резиновых смесей и давно использующимся в резиновой промышленности, относят в основном жидкие и термопластичные пластификаторы. Однако, оказывая положительное действие на технологические свойства смесей, они отрицательно влияют на эксплуатационные характеристики резин.

По химической природе технологические добавки классифицируются на:

1.Жирные кислоты и их производные (соли и эфиры).

2.Эмульсионные пластификаторы.

3.Высококипящие полигликоли.

4.Смолы (смоляные кислоты и их производные).

11.Свойства и виды стекол

Стеклом называется твердый аморфный термопластичный мате­риал, получаемый переохлаждением расплава различных оксидов. В состав стекла входят стеклообразующие кислотные оксиды (SiO 2 , А 12 О 3 , В 2 О 3 и др.), а также основные оксиды (К 2 О, СаО, Na 2 О и др.), придающие ему специальные свойства и окраску. Оксид кремния SiO 2 является основой практически всех стекол и входит в их состав в количестве 50 … 100 %. По назначению стекла подразделяются на строительные (оконные, витринные и др.), бытовые (стеклотара, посуда, зеркала и др.) и технические (оптические, свето- и элект­ротехнические, химико-лабораторные, приборные и др.).

Важными свойствами стекла являются оптические. Обычное стекло пропускает около 90 %, отражает - 8 % и поглощает - 1 % видимого света. Механические свойства стекла характеризуются высоким со­противлением сжатию и низким - растяжению.

Термостойкость стекла определяется разностью температур, которую оно может выдержать без разрушения при резком охлаждении в воде. Для большинства сте­кол термостойкость колеблется от 90 до 170°С, а для кварцевого стекла, состоящего из чистого SiO 2, - 1000 °С. Основной недостаток стекла - высокая хрупкость.

Каучуки и их вулканизаты, как всякие ненасыщенные соедине­ния, способны к различного рода химическим превращениям. Важ­нейшей реакцией, которая непрерывно происходит при хранении и эксплуатации резиновых изделий, является окисление резины, ведущее к изменению ее химических, физических и механических свойств. Только эбонит, превращающийся в полностью насыщен­ное соединение за счет присоединения к макромолекулам каучука предельно возможного количества серы, представляет собой хи­мически инертный материал. Совокупность всех изменений, про­исходящих в резине в процессе длительного окисления, принято называть ее старением.

Старение принадлежит к категории сложных многостадийных превращений, на определенных этапах которого значительно умень­шаются эластичность, износостойкость и в некоторой степени прочность резины. Иначе говоря, с течением времени работоспо­собность резиновых изделий, а следовательно, и надежность рабо­ты автомобилей снижаются. К разряду наиболее неблагоприятных изменений резины, возникающих вследствие старения, относится необратимое снижение ее эластичности. В результате повышенная хрупкость резины, в первую очередь ее поверхностных слоев, обу­словливает появление в деформируемых деталях трещин, посте­пенно углубляющихся и в конце концов приводящих к разруше­нию изделия.

Последствия старения резины аналогичны последствиям от пониже­ния температуры, с той лишь разницей, что последние по своему харак­теру являются временными и частично или полностью устранимыми с помощью нагревания, тогда как первые никакими способами нельзя осла­бить и тем более устранить.

Борьба со старением ведется различными методами. Очень эф­фективной является добавка противостарителей (ингибиторов), 1... 2 % которых по отношению к содержащемуся в резине каучуку замедляют процесс окисления в сотни и тысячи раз. С той же це­лью некоторые резиновые изделия выпускаются с заводов в гер­метичной упаковке (в полиэтиленовых чехлах).

Однако технологических средств оказывается недостаточно, поэтому дополнительно приходится применять ряд эксплуатаци­онных мер. С повышением температуры старение усиливается, причем от нагревания на каждые 10 °С скорость старения возрастает в два раза. Замечено также, что окисление резины интенсивнее на тех участках, которые испытывают большее напряжение. Следовательно, необходимо содержать резиновые изделия по возможнос­ти в недеформированном состоянии.

Колеса и шины

Автомобильные колеса различают по их назначению, типу при­меняемых шин, конструкции и технологии изготовления.

Основные параметры колес некоторых автомобилей отечествен­ного производства приведены в табл. 11.2.

Пневматические шины легковых автомобилей подразделяются по способу герметизации внутреннего объема, расположению нитей корда в каркасе, отношению высоты к ширине профиля, типу протектора и ряду других специфических особенностей, вызванных их назначением и условиями эксплуатации.

По способу герметизации внутреннего объема различают ка­мерные и бескамерные шины.

Камерные шины состоят из покрышки, камеры с вентилем и ободной ленты, надеваемой на обод. Размер камеры всегда несколь­ко меньше внутренней полости покрышки во избежание образо­вания складок в накаченном состоянии. Вентиль представляет со­бой обратный клапан, позволяющий нагнетать воздух в шину и препятствующий выходу наружу. Ободная лента предохраняет ка­меру от повреждений и трения о колесо и борт покрышки.

Таблица 11.2

Основные параметры колес некоторых отечественных легковых

Автомобилей

Рис. 11.9. Бескамерная шина авто­мобиля:

1 - протектор; 2 - герметизирую­щий воздухонепроницаемый резино­вый слой; 3 - каркас; 4 - вентиль; 5 - глубокий обод

Бескамерные шины (рис. 11.9) отличаются наличием воздухо­непроницаемого резинового слоя, наложенного на первый слой каркаса (вместо камеры), и имеют следующие преимущества (по сравнению с камерными):

меньшую массу и лучший теплообмен с колесами;

повышенную безопасность при движении машины, так как при проколе воздух выходит только в месте прокола (при мелком про­коле достаточно медленно);

упрощенный ремонт в случае прокола (нет необходимости в демонтаже).

В то же время монтаж и демонтаж бескамерных шин усложнен­ные и требуют большей квалификации, и зачастую возможны толь­ко на специальном шиномонтажном станке.

Бескамерные шины применяются для колес с ободами специ­ального профиля и повышенной точности изготовления.

Камерные и бескамерные шины по расположению нитей корда в каркасе покрышки могут быть как диагональной, так и радиаль­ной конструкции.

Маркировка шин

Диагональные и радиальные шины различаются не только кон­струкцией, но и маркировкой.

Например, в обозначении диагональной шины 6,15-13/155-13:

6,15 - условная ширина профиля шины (В) в дюймах;

13 - посадочный диаметр (d) шины (и колеса) в дюймах;

155 - условная ширина профиля шины в мм.

Вместо последнего числа 13 может быть указан посадочный диа­метр в мм (330).

Радиальные шины имеют единое смешанное миллиметрово­дюймовое обозначение. Например, в маркировке 165/70R13 78S Steel Radial Tubeless:

165 - условная ширина профиля шины (В) в мм;

70 - отношение высоты профиля шины (Я) к ее ширине (В) в процентах;

R - радиальная;

13 - посадочный диаметр в дюймах;

78 - условный индекс грузоподъемности шины;

8 - скоростной индекс шины (максимально допустимая ско­рость движения автомобиля) в км/ч.

Для повседневной езды по российским дорогам целесообразно ограничиться отношением Н/В не ниже 0,65, причем это касается довольно больших шин, т.е. шин для автомобилей типа ГАЗ-3110 «Волга». На моделях ВАЗ лучше не применять шины с Н/В ниже 0,70, а на автомобиле ВАЗ-111 «Ока» и вовсе нецелесообразна ус­тановка каких-либо иных шин кроме заводских размером 135R12.

Современные скоростные сверхнизкопрофильные шины с Н/В= = 0,30...0,60 пригодны для работы только на гладких шоссейных дорогах с хорошим качеством покрытия, которых в нашей стране практически нет.

Каждый российский изготовитель шин имеет свой фирменный знак или же, как например Московский шинный завод, знак мо­дели «ТАГАНКА».

Маркировка шины включает в себя букву (или буквы), кодиру­ющие предприятие-изготовитель (например, К - Кировский шин­ный завод; Я - Ярославский шинный завод и др.) и цифры (циф­ру) внутризаводского индекса этой шины.

На боковине шины ставится ее серийный номер и кодируется другая, достаточно полезная (в случае выставления рекламации) информация (табл. 11.3).

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.
1.1. ВВЕДЕНИЕ.
1.2. СТАРЕНИЕ РЕЗИН.
1.2.1. Виды старения.
1.2.2. Тепловое старение.
1.2.3. Озонное старение.
1.3. ПРОТИВОСТАРИТЕЛИ И АНТИОЗОНАНТЫ.
1.4. ПОЛИВИНИЛХЛОРИД.
1.4.1. Пластизоли ПВХ.

2. ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ.
3. ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ НА ПРОДУКТ.
3.1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ.
3.2. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ.
3.3. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ.
3.4. ГАРАНТИЯ ИЗГОТОВИТЕЛЯ.
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
5. ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

Аннотация.

В отечественной и зарубежной промышленности производства шин и РТИ широкое распространение получили противостарители, применяемые в виде высокомолекулярных паст.
В данной работе исследуется возможность получения противостарительной пасты на основе комбинаций двух противостарителей диафена ФП и диафена ФФ с поливинилхлоридом в качестве дисперсионной среды.
Изменения содержания ПВХ и противостарителей, можно получить пасты, пригодные для защиты резин от термоокислительного и озонного старения.
Работа выполнена на страницах.
Было использовано 20 литературных источников.
В работе имеется 6 таблиц и.

Введение.

Наиболее широкое распространение в Отечестве промышленности нашли два противостарителя диафен ФП и ацетанил Р.
Небольшой ассортимент, представленный двумя противостарителями, объясняется рядом причин. Производства некоторых противостарителей прекратили свое существование, например, неозон Д, а другие не отвечают современным требованиям, предъявляемым к ним, например, диафен ФФ, он выцветает на поверхности резиновых смесей.
В связи с недостатком отечественных противостарителей и дороговизной зарубежных аналогов в настоящей работе исследуется возможность применения композиции противостарителей диафена ФП и диафена ФФ в виде высококонцентрированной пасты, дисперсионной средой, в которой является ПВХ.

1. Литературный обзор.
1.1. Введение.

Защита резин от теплового и озонного старения является основной целью данной работы. В качестве ингредиентов, защищающих резину от старения, применяются композиция диафена ФП с диафеном ФФ и поливинилипоридом (дисперсная среда). Процесс изготовления противостарительной пасты описывается в экспериментальной части.
Противостарительную пасту применяют в резинах на основе изопренового каучука СКИ-3. Резины на основе этого каучука стойки к действию воды, ацетона, этилового спирта и не стойки к действию бензина, минеральных и животных масел и т.д.
При хранении резин и эксплуатации резиновых изделий происходит неизбежный процесс старения, приводящий к ухудшению их свойств. Чтобы улучшить свойства резин применяют диафен ФФ в композиции с диафеном ФП и поливинилхлоридом, которые также позволяют в некоторой степени решить вопрос о выцветании резин.

1.2. Старение резин.

При хранении каучуков, а также при хранении и эксплуатации резиновых изделий происходит неизбежный процесс старения, приводящий к ухудшению их свойств. В результате старения снижается прочность при растяжении, эластичность и относительное удлинение, повышаются гистерезисные потери и твердость, уменьшается сопротивление истиранию, изменяется пластичность, вязкость и растворимость невулканизированного каучука. Кроме того, в результате старения значительно уменьшается продолжительность эксплуатации резиновых изделий. Поэтому повышение стойкости резины к старению имеет большое значение для увеличения надежности и работоспособности резиновых изделий .
Старение – результат воздействия на каучук кислорода, нагревания, света и особенно озона.
Кроме того, старение каучуков и резин ускоряется в присутствии соединений поливалентных металлов и при многократных деформациях .
Стойкость вулканизатов к старению зависит от ряда факторов, важнейшими из которых является:
- природа каучука;
- свойства содержащихся в резине противостарителей, наполнителей и пластификаторов (масел);
- природа вулканизирующих веществ и ускорителей вулканизации (от них зависит структура и устойчивость сульфидных связей, возникающих при вулканизации);
- степень вулканизации;
- растворимость и скорость диффузии кислорода в каучуке;
- соотношение между объемом и поверхностью резинового изделия (с увеличением поверхности увеличивается количество кислорода, проникающего в резину) .
Наибольшей стойкостью к старению и окислению характеризуются полярные каучуки – бутадиен-нитрильные, хлоропреновые и др. Неполярные каучуки менее стойки к старению. Их сопротивление старению определяется главным образом особенностями молекулярной структуры, положением двойных связей и их количеством в основной цепи. Для повышения стойкости каучуков и резин к старению в них вводят противостарители, которые замедляют окисление и старение .

1.2.1. Виды старения.

В связи с тем, что роль факторов, активирующих окисление, меняется в зависимости от природы и состава полимерного материала, резличают в соответствии с преимущественным влиянием одного из факторов следующие виды старения:
1) тепловое (термическое, термоокислительное) старение в результате окисления, активированного теплом;
2) утомление – старение в результате усталости, вызванной действием механических напряжений и окислительных процессов, активизированных механическим воздействием;
3) окисление, активированное металлами переменной валентности;
4) световое старение – в результате окисления, активизированного ультрафиолетовым излучением;
5) озонное старение;
6) радиационное старение под действием ионизирующих излучений .
В данной работе исследуется влияние противостарительной дисперсии ПВХ на термоокислительную и озонную стойкость резин на основе неполярных каучуков. Поэтому далее подробнее рассматриваются термоокислительное и озонное старение.

1.2.2. Тепловое старение.

Тепловое старение – результат одновременного воздействия тепла и кислорода. Окислительные процессы являются главной причиной теплового старения в воздушной среде.
Большинство ингредиентов в той или иной степени влияют на эти процессы. Технический углерод и другие наполнители адсорбируют противостарители на своей поверхности, уменьшают их концентрацию в каучуке и, следовательно, ускоряют старение. Сильно окисленные сажи могут быть катализаторами окисления резин. Малоокисленные (печные, термические) сажи, как правило, замедляют окисление каучуков .
При тепловом старении резин, которое протекает при повышенных температурах, необратимо изменяются практически все основные физико-механические свойства. Изменение этих свойств зависит от соотношения процессов структурирования и деструкции. При тепловом старении большинства резин на основе синтетических каучуков преимущественно происходит структурирование, что сопровождается снижением эластичности и повышением жесткости. При тепловом старении резин из натурального и синтетического изопропенового каучука и бутил каучука в большей мере развиваются деструктивные процессы, приводящие к уменьшению условных напряжений при заданных удлинения и повышению остаточных деформаций .
Отношение наполнителя к окислению будет зависеть от его природы, от типа ингибиторов, введенных в резину, и от характера вулканизационных связей .
Ускорители вулканизации, как и продукты, их превращения, остающиеся в резинах (меркаптаны, карбонаты и др.), могут участвовать в окислительных процессах. Они могут вызывать разложение гидроперекисей по молекулярному механизму и способствовать, таким образом, защите резин от старения .
Существенное влияние на термическое старение оказывают природа вулканизационной сетки. При умеренной температуре (до 70о) свободная сера и полисульфидные поперечные связи замедляют окисление. Однако при повышении температуры перегруппировка полисульфидных связей, в которую может вовлекаться и свободная сера, приводит к ускоренному окислению вулканизатов, которые оказываются в этих условиях нестойким. Поэтому необходимо подбирать вулканизационную группу, обеспечивающую образование стойких к перегруппировке и окислению поперечных связей .
Для защиты резин от теплового старения применяются противостарители, повышающие стойкость резин и каучуков к воздействию кислорода, т.е. вещества, обладающие свойствами антиоксидантов – прежде всего вторичные ароматические амины, фенолы, бисфинолы и др.

1.2.3. Озонное старение.

Озон оказывает сильное влияние на старение резин даже в незначительной концентрации. Это обнаруживается иногда уже в процессе хранения и перевозки резиновых изделий. Если при этом резина находится в растянутом состоянии, то на поверхности ее возникают трещины, разрастание которых может привести к разрыву материала .
Озон, по-видимому, присоединяется к каучуку по двойным связям с образованием озонидов, распад которых приводит к разрыву макромолекул и сопровождается образованием трещин на поверхности растянутых резин. Кроме того, при озонировании одновременно развиваются окислительные процессы, способствующие разрастанию трещин. Скорость озонного старения возрастает при увеличении концентрации озона, величины деформации, повышении температуры и при воздействии света.
Понижение температуры приводит к резкому замедлению данного старения. В условиях испытаний при постоянном значении деформаций; при температурах, превышающих на 15-20 градусов Цельсия температуру стеклования полимера, старение почти полностью прекращается .
Стойкость резин к действию озона зависит главным образом от химической природы каучука.
Резины на основе различных каучуков по озоностойкости можно разделить на 4 группы:
1) особо стойкие резины (фторкаучуки, СКЭП, ХСПЭ);
2) стойкие резины (бутилкаучук, пеарит);
3) умеренно стойкие резины, не растрескивающиеся при действии атмосферных концентраций озона в течение нескольких месяцев и устойчивые более 1 часа к концентрации озона около 0,001%, на основе хлоропренового каучука без защитных добавок и резин на основе непредельных каучуков (НК, СКС, СКН, СКИ-3) с защитными добавками;
4) нестойкие резины.
Наиболее эффективно при защите от озонного старения совместное применение антиозонтов и воскообразных веществ.
К антиозонантам химического действия относятся N-замещенные ароматические амины и производные дигидрохинолина. Антиозонанты реагируют на поверхности резины с озоном с большой скоростью, значительно превосходящей скорость взаимодействия озона с каучуком. В результате этого процесса озонного старения замедляется .
Наиболее эффективными противостарительными и антиозонтами для защиты резин от теплового и озонного старений являются вторичные ароматические диамины.

1.3. Противостарители и антиозонанты.

Наиболее эффективными противостарителями и антиозонантами являются вторичные ароматические амины.
Они не окисляются молекулярным кислородом ни в сухом виде, ни в растворах, но окисляются перекисями каучука в процессе теплового старения и при динамической работе, вызывая отрыв цепи. Так дифениламин; N, N’-дифенил-nфенилендиамин при динамическом утомлении или тепловом старении резин расходуется почти на 90%. При этом изменяется только содержание групп NH, содержание же азота в резине остается неизменным, что указывает на присоединение противостарителя к углеводороду каучука .
Противостарители этого класса обладают очень высоким защитным действием от теплового и озонного старения.
Одним из широко распрастраненных представителей этой группы противостарителей является N,N’-дифенил-n-фенилендиалин (диафен ФФ).

Это эффективный антиоксидант, повышающий сопротивление резин на основе СДК, СКИ-3 и натурального каучука действию многократных деформаций. Диафен ФФ окрашивает резину.
Наилучшим противостарителем по защите резин от теплового и озонного старения, а также от утомления является диафен ФП, однако он отличается сравнительно высокой летучестью и легко экстрагируется из резин водой .
N-Фенил-N’-изопропил-n-фенилендиамин (диафен ФП, 4010 NA, сантофлекс IP) имеет следующую формулу:

С увеличением величины алкильной группы заместителя увеличивается растворимость вторичных ароматических диаминов, в полимерах; повышаются устойчивость к вымыванию водой, уменьшается летучесть и токсичность .
Сравнительная характеристика диафена ФФ и диафена ФП приводится потому, что в данной работе проводятся исследования, которые вызваны тем, что использование диафена ФФ как индивидуального продукта приводит к «выцветанию» его на поверхности резиновых смесей и вулканизатов. К тому же он по защитному действию несколько уступает диафену ФП; имеет в сравнении с последним более высокую температуру плавления, что отрицательно сказывается на распределении его в резинах .
В качестве связующего (дисперсной среды) для получения пасты на основе комбинаций противостарителей диафена ФФ и диафена ФП используется ПВХ.

1.4. Поливинилхлорид.

Поливинилхлорид является продуктом полимеризации хлористого винила (CH2=CHCl).
ПВХ выпускается в виде порошка с размерами частиц 100-200 мкм. ПВХ – аморфный полимер плотностью 1380-1400 кг/м3 и с температурой стеклования 70-80оС. Это один из наиболее полярных полимеров с высоким межмолекулярным взаимодействие. Он хорошо совмещается с большинством выпускаемых промышленностью пластификаторов .
Большое содержание хлора в ПВХ делает его самозатухающим материалом. ПВХ – это полимер общетехнического назначения. На практике имеют дело с пластизолями .

1.4.1. Пластизоли ПВХ.

Пластизоли – это дисперсии ПВХ в жидких пластификаторах. Количество пластификаторов (дибутилфталатов, диалкилфталатов и т.д.) составляет от 30 до 80%.
При обычных температурах частицы ПВХ практически не набухают в указанных пластификаторах, что делает пластизоли стабильными. При нагревании до 35-40оС в результате ускорения процесса набухания (желатинизация) пластизоли превращаются в высокосвязанные массы, которые после охлаждения переходят в эластичные материалы .

1.4.2. Механизм желатинизации пластизолей.

Механизм желатинизации состоит в следующем. При повышении температуры пластификатор медленно проникает в частицы полимера, которые увеличиваются в размере. Агломераты распадаются на первичные частицы. В зависимости от прочности агломератов распад может начаться при комнатной температуре. По мере увеличения температуры до 80-100оС вязкость пластозоля сильно растет, свободный пластификатор исчезает, а набухшие зерна полимера соприкасаются. На этой стадии, называемой предварительной желатинизацией, материал выглядит совершенно однородным, однако изготовленные из него изделия не обладают достаточными физико-механическими характеристиками. Желатинизация завершается лишь тогда, когда пластификаторов равномерно распределиться в поливинилхлориде, и пластизоль превратится в однородное тело. При этом происходит сплавление поверхности набухших первичных частиц полимера и образование пластифицированного поливинилхлорида .

2. Выбор направления исследования.

В настоящее время в отечественной промышленности основными ингредиентами, защищающими резины от старения, является диафен ФП и ацетил Р.
Слишком небольшой ассортимент, представленный двумя противостарителями объясняется тем, что, во-первых, некоторые производства противостарителей прекратили свое существование (неозон Д), во-вторых, другие противостарители не отвечают современным требованиям (диафен ФФ).
Большинство противостарителей выцветают на поверхности резин. Для того чтобы уменьшить выцветание противостарителей можно использовать смеси противостарителей, обладающие либо синергическими, либо аддетивными свойствами. Это в свою очередь позволяет провести экономию дефицитного противостарителя. Использование комбинации противостарителей предлагается проводить индивидуальным дозированием каждого противостарителя, но наиболее целесообразно использование противостарителей в виде смеси или в виде пастообразующих композиций.
Дисперсионной средой в пастах служат низкомолекулярные вещества, как, например масла нефтяного происхождения, а также полимеры – каучуки, смолы, термопласты.
В данной работе исследуется возможность использования поливинилхлорида в качестве связующего (дисперсионной среды) для получения пасты на основе комбинаций противостарителей диафена ФФ и диафена ФП.
Проведение исследований вызвано тем, что использование диафена ФФ как индивидуального продукта приводит к «выцветанию» его на поверхности резиновых смесей и вулканизатов. К тому же по защитному действию диафен ФФ несколько уступает диафену ФП; имеет в сравнении с последним более высокую температуру плавления, что отрицательно сказывается на распределении диафена ФФ в резинах.

3. Технические условия на продукт.

Настоящее техническое условие распространяется на дисперсию ПД-9, представляющую собой композицию поливинилхлорида с противостарителем аминного типа.
Дисперсия ПД-9 предназначена для использования в качестве ингредиента к резиновым смесям для повышения озоностойкости вулканизатов.

3.1. Технические требования.

3.1.1. Дисперсия ПД-9 должна быть изготовлена в соответствии с требованиями настоящих технических условий по технологическому регламенту в установленном порядке.

3.1.2. По физическим показателям дисперсия ПД-9 должна соответствовать нормам, указанным в таблице.
Таблица.
Наименование показателя Норма* Метод испытания
1. Внешний вид. Крошка дисперсия от серого до темно-серого цвета По п. 3.3.2.
2. Линейный размер крошки, мм, не более. 40 По п. 3.3.3.
3. Масса дисперсии в полиэтиленовом мешке, кг, не более. 20 По п. 3.3.4.
4. Вязкость по Муни, ед. Муни 9-25 По п. 3.3.5.
*) нормы уточняются после выпуска опытной партии и статистической обработки результатов.

3.2. Требования безопасности.

3.2.1. Дисперсия ПД-9 – горючее вещество. Температура вспышки не ниже 150оС. Температура самовоспламенения 500оС.
Средством пожаротушения при загорании является тонко распыленная вода и химическая пена.
Средством индивидуальной защиты – противогаз маки «М».

3.2.2. Дисперсия ПД-9 – малотоксичное вещество. При попадании в глаза следует промыть их водой. Попавший на кожу продукт удаляют, смывая водой с мылом.

3.2.3. Все рабочие помещения, в которых ведутся работы с дисперсией ПД-9, должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией.
Дисперсия ПД-9 не требует установления для нее гигиенического регламента (ПДК и ОБУВ).

3.3. Методы испытаний.

3.3.1. Отбирают точечные пробы не менее трех, затем соединяют, тщательно перемешивают и отбирают среднюю пробу методом квартования.

3.3.2. Определение внешнего вида. Внешний вид определяется визуально при отборе проб.

3.3.3. Определение размера крошки. Для определения размера крошки дисперсии ПД-9 используют метрическую линейку.

3.3.4. Определение массы дисперсии ПД-9 в полиэтиленовом мешке. Для определения массы дисперсии ПД-9 в полиэтиленовом мешке используют весы типа РН-10Ц 13М.

3.3.5. Определение вязкости по Муни. Определение вязкости по Муни основано на присутствии в дисперсии ПД-9 определенного количества полимерной составляющей.

3.4. Гарантия изготовителя.

3.4.1. Изготовитель гарантирует соответствие дисперсии ПД-9 требованиям настоящих технических условий.
3.4.2. Гарантийный срок хранения дисперсии ПД-9 6 месяцев со дня изготовления.

4. Экспериментальная часть.

В данной работе исследуется возможность использования поливинилхлорида (ПВХ) в качестве связующего (дисперсионной среды) для получения пасты на основе комбинаций противостарителей диафена ФФ и диафена ФП. Исследуется также влияние данной противостарительной дисперсии на термоокислительную и озонную стойкость резин на основе каучука СКИ-3

Приготовление противостарительной пасты.

На рис. 1. Показана установка для приготовления противостарительной пасты.
Приготовление проводилось в стеклянной колбе (6) объемом 500 см3. Колба с ингредиентами нагревалась на электрической плитке (1). Колба помещена в баню (2). Температура в колбе регулировалась с помощью контактного термометра (13). Перемешивание осуществляют при температуре 70±5оС и при помощи лопастной мешалки (5).

Рис.1. Установка для приготовления противостарительной пасты.
1 – плита электрическая с закрытой спиралью (220 В);
2 – баня;
3 – контактный термометр;
4 – реле контактного термометра;
5 – мешалка лопастная;
6 – стеклянная колба.

Порядок загрузки ингредиентов.

В колбу загружалось расчетное количество диафена ФФ, диафена ФП, стеарина и часть (10% мас.) дибутилфталана (ДБФ). После чего осуществлялось перемешивание в течение 10-15 минут до получения однородной массы.
Далее смесь охлаждалась до комнатной температуры.
После чего в смесь загружали поливинилхлорид и оставшуюся часть ДБФ (9% мас.). Полученный продукт выгружали в фарфоровый стакан. Далее производилось термостатирование продукта при температурах 100, 110, 120, 130, 140оС.
Состав полученной композиции приведен в таблице 1.
Таблица 1
Состав противостарительной пасты П-9.
Ингредиенты % мас. Загрузка в реактор, г
ПВХ 50,00 500,00
Диафен ФФ 15,00 150,00
Диафен ФП (4010 NA) 15,00 150,00
ДБФ 19,00 190,00
Стеарин 1,00 10,00
Итого 100,00 1000,00

Для исследования влияния противостарительной пасты на свойства вулканизатов использовались резиновая смесь на основе СКИ-3.
Полученную противостарительную пасту ввели в резиновую смесь на основе СКИ-3.
Составы резиновых смесей с противостарительной пастой приведены в таблице 2.
Физико-механические показатели вулканизатов определялись в соответствии с ГОСТ и ТУ, приведенными в таблице 3.
Таблица 2
Составы резиновой смеси.
Ингредиенты Номера закладок
I II
Шифры смесей
1-9 2-9 3-9 4-9 1-25 2-25 3-25 4-25
Каучук СКИ-3 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00
Сера 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Альтакс 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60
Гуанид Ф 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00
Цинковые белила 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00
Стеарин 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Технический углерод П-324 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00
Диафен ФП 1,00 - - - 1,00 - - -
Противостарительная паста (П-9) - 2,3 3,3 4,3 - - - -
Противостарительная паста П-9 (100оС*) - - - - - 2,00 - -
П-9 (120оС*) - - - - - - 2,00 -
П-9 (140оС*) - - - - - - - 2,00
Примечание: (оС*) – в скобках указана температура предварительной желатинизации пасты (П-9).

Таблица 3
№ п.п. Наименование показателя ГОСТ
1 Условная прочность при разрыве, % ГОСТ 270-75
2 Условное напряжение при 300%, % ГОСТ 270-75
3 Относительное удлинение при разрыве, % ГОСТ 270-75
4 Остаточное удлинение, % ГОСТ 270-75
5 Изменение вышеуказанных показателей после старения, воздух, 100оС * 72 ч, % ГОСТ 9.024-75
6 Динамическая выносливость при растяжении, тыс. циклов, Е?=100% ГОСТ 10952-64
7 Твердость по Шору, усл.ед ГОСТ 263-75

Определение реологических свойств противостарительной пасты.

1. Определение вязкости по Муни.
Определение вязкости по Муни осуществлялось на приборе вискозиметре «Муни» (ГДР).
Изготовление образцов для испытания и непосредственно испытания осуществляются по методике, изложенной в технических условиях.
2. Определение когезионной прочности пастообразных композиций.
Образцы паст после желатинизации и охлаждения до комнатной температуры пропускались через зазор вальцов толщиной 2,5 мм. Затем из этих листов в вулканизационном прессе изготовлялись пластины размером 13,6*11,6 мм с толщиной 2±0,3 мм.
После вылежки пластин в течение суток штанцевым ножом вырубались лопаточки в соответствии с ГОСТ 265-72 и далее, на разрывной машине РМИ-60 при скорости 500 мм/мин., определялась разрывная нагрузка.
Удельная нагрузка принималась за когезенную прочность.

5. Полученные результаты и их обсуждение.

При исследовании возможности использования ПВХ, а также композиции полярных пластификаторов в качестве связующих (дисперсионной среды) для получения паст на основе комбинаций противостарителей диафена ФФ и диафена ФП, было выявлено, что сплав диафена ФФ с диафеном ФП в массовом соотношении 1:1 характеризуется низкой скоростью кристаллизации и температурой плавления около 90оС.
Низкая скорость кристаллизации играет положительную роль в процессе изготовления наполненного смесью противостарителей пластизоля ПВХ. В этом случае значительно снижаются энергозатраты на получение гомогенной композиции, не расслаивающейся во времени.
Вязкость расплава диафена ФФ и диафена ФП близка к вязкости пластизоля ПВХ. Это позволяет проводить смешение расплава и пластизоля в реакторах с мешалками якорного типа. На рис. 1 представлена схема установки для изготовления паст. Пасты до их предварительной желатинизации удовлетворительно сливаются из реатора.
Известно, что процесс желатинизации протекает при 150оС и выше. Однако, в этих условиях возможно отщепление хлористого водорода, который, в свою очередь, способен блокировать подвижный атом водорода в молекулах вторичных аминов, в данном случае являющихся противостарителями. Этот процесс протекает по следующей схеме.
1. Образование полимерной гидроперекиси при окислении изопренового каучука.
RH+O2 ROOH,
2. Одно из направлений распада полимерной гидроперикиси.
ROOH RO°+O°H
3. Обрав стадии окисления за счет молекулы антиоксиданта.
AnH+RO° ROH+An°,
Где An – радикал антиоксиданта, например,
4.
5. Свойства аминов, в том числе и вторичных (диафен ФФ) образовывать с минеральными кислотами алкилзамещенные по схеме:
H
R-°N°-R+HCl + Cl-
H

Это уменьшает реакционную способность атома водорода.

Проводя процесс желатинизации (предварительной желатинизации) при относительно невысоких температурах (100-140оС) можно избежать те явления, о которых говорилось выше, т.е. уменьшить вероятность отщепления хлористого водорода.
Окончательный процесс желатинизации приводит к получению паст с вязкостью по Муни меньшей, чем вязкость наполненной резиновой смеси и низкой когезионной прочностью (см.рис. 2.3).
Пасты, обладающие низкой вязкостью по Муни, во-первых, хорошо распределяются в смеси, во-вторых, незначительные части компонентов, составляющих пасту, способны достаточно легко мигрировать в поверхностные слои вулканизатов, защищая тем самым резины от старения.
В частности в вопросе «раздавливания» пастообразующих композиций придается немаловажное значение при объяснении причин ухудшения свойств некоторых композиций при действии озона .
В данном случае исходная низкая вязкость паст и кроме того не меняющаяся в процессе хранения (таблица 4), позволяет осуществить более равномерное распределение пасты, и дает возможность миграции ее составляющих к поверхности вулканизата.

Таблица 4
Показатели вязкости по Муни пасты (П-9)
Исходные показатели Показатели после хранения пасты в течение 2-х месяцев
10 8
13 14
14 18
14 15
17 25

Изменяя содержание ПВХ и противостарителей, можно получить пасты, пригодные для защиты резин от термоокилительного и озонного старения как на основе неполярных, так и полярных каучуков. В первом случае, содержание ПВХ составляет 40-50% мас. (паста П-9), во втором – 80-90% мас.
В данной работе исследуются вулканизаты на основе изопренового каучука СКИ-3. Физико-механические показатели вулканизатов с использованием пасты (П-9) представлены в таблицах 5 и 6.
Стойкость исследуемых вулканизатов к термоокислительному старению повышается с увеличением содержания противостарительной пасты в смеси, как это видно из таблицы 5.
Показатели изменения условной прочности, штатного состава (1-9) составляет (-22%), в то время как для состава (4-9) – (-18%).
Необходимо отметить также, что при введении пасты, способствующей увеличению стойкости вулканизатов к термоокислительному старению, придается более значительная динамическая выносливость. Причем, объясняя увеличение динамической выносливости, невозможно, по-видимому ограничиться только фактором повышения дозы противостарителя в матрице каучука. Не последнюю роль при этом, вероятно, играет ПВХ. В этом случае можно предположить , что присутствие ПВХ может вызвать эффект образования им цепочечных непрерывных структур, которые равномерно распределяются в каучуке и препятствуют разрастанию микротрещин возникающих при растрескивании.
Уменьшая содержание противостарительной пасты и тем самым доли ПВХ (таблица 6) эффект повышения динамической выносливости практически аннулируется. В этом случае положительное влияние пасты проявляется лишь в условиях термоокислительного и озонного старения.
Следует отметить, что наилучшие физико-механические показатели наблюдаются при использовании противостарительной пасты, полученной при более мягких условиях (температура предварительной желатинизации 100оС).
Такие условия получения пасты обеспечивают более высокий уровень стабильности, по сравнению с пастой полученной при термостатированнии в течение часа при 140оС.
Увеличение вязкости ПВХ в пасте, полученной при данной температуре, не способствует также сохранению динамической выносливости вулканизатов. И как следует из таблицы 6, динамическая выносливость в большой степени уменьшается в пастах, термостатированных при 140оС.
Использование диафена ФФ в композиции с диафеном ФП и ПВХ позволяет в некоторой степени решить проблему выцветания.

Таблица 5


1-9 2-9 3-9 4-9
1 2 3 4 5
Условная прочность при разрыве, МПа 19,8 19,7 18,7 19,6
Условное напряжение при 300%, МПа 2,8 2,8 2,3 2,7

1 2 3 4 5
Относительное удлинение при разрыве, % 660 670 680 650
Остаточное удлинение, % 12 12 16 16
Твердость, Шор А, усл.ед. 40 43 40 40
Условной прочности при разрыве, МПа -22 -26 -41 -18
Условного напряжения при 300%, МПа 6 -5 8 28
Относительного удлинения при разрыве, % -2 -4 -8 -4
Остаточного удлинения, % 13 33 -15 25

Динамическая выносливость, Eg=100%, тыс.циклов. 121 132 137 145

Таблица 6
Физико-механические показатели вулканизатов, содержащих противостарительную пасту (П-9).
Наименование показателя Шифр смеси
1-25 2-25 3-25 4-25
1 2 3 4 5
Условная прочность при разрыве, МПа 22 23 23 23
Условное напряжение при 300%, МПа 3,5 3,5 3,3 3,5

1 2 3 4 5
Относительное удлинение при разрыве, % 650 654 640 670
Остаточное удлинение, % 12 16 18 17
Твердость, Шор А, усл.ед. 37 36 37 38
Изменение показателя после старения, воздух, 100оС*72 ч
Условной прочности при разрыве, МПа -10,5 -7 -13 -23
Условного напряжения при 300%, МПа 30 -2 21 14
Относительного удлинения при разрыве, % -8 -5 -7 -8
Остаточного удлинения, % -25 -6 -22 -4
Озоностойкость, E=10 %, час 8 8 8 8
Динамическая выносливость, Eg=100%, тыс.циклов. 140 116 130 110

Перечень условных обозначений.

ПВХ – поливинилхлорид
Диафен ФФ – N,N’ – Дифенил – n – фенилендиамин
Диафен ФП – N – Фенил – N’ – изопропил – n – фенилендиамин
ДБФ – дибутилфталат
СКИ-3 – изопреновый каучук
П-9 – противостарительная паста

1. Исследование для композиции диафена ФП и диафена ФФ пластизоля на основе ПВХ позволяет получить пасты не расслаивающиеся во времени, со стабильными реологическими свойствами и вязкостью по Муни, выше, чем вязкость используемой резиновой смеси.
2. При содержании комбинации диафена ФП и диафена ФФ в пасте, равном 30% и пластизоля ПВХ 50% оптимальной дозировкой для защиты резин от термоокислительного и озонного старения может явиться дозировка, равная 2,00 мас ч. на, 100 мас ч. каучука резиновой смеси.
3. Увеличение дозировки противостарителей свыше мас ч. на 100 мас ч. каучука приводит к повышению динамической выносливости резин.
4. Для резин на основе изопренового каучука, работающих в статическом режиме можно провести замену диафена ФП на противостарительную пасту П-9 в количестве 2,00 мас ч на 100 мас ч каучука.
5. Для резин, работающих в динамических условиях, замена диафена ФП возможна при содержании противостарителя 8-9 мас ч на 100 мас ч каучука.
6.
Список использованной литературы:

– Тарасов З.Н. Старение и стабилизация синтетических каучуков. – М.: Химия, 1980. – 264 с.
– Гармонов И.В. Синтетический каучук. – Л.: Химия, 1976. – 450 с.
– Старение и стабилизация полимеров. /Под ред. Козминского А.С. – М.: Химия, 1966. – 212 с.
– Соболев В.М., Бородина И.В. Промышленные синтетические каучуки. – М.: Химия, 1977. – 520 с.
– Белозеров Н.В. Технология резины: 3-е изд.перераб. и доп. – М.: Химия, 1979. – 472 с.
– Кошелев Ф.Ф., Корнев А.Е., Климов Н.С. Общая технология резины: 3-е изд.перераб. и доп. – М.: Химия, 1968. – 560 с.
– Технология пластических масс. /Под ред. Коршака В.В. Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Химия, 1976. – 608 с.
– Кирпичников П.А., Аверко-Антонович Л.А. Химия и технология синтетического каучука. – Л.: Химия, 1970. – 527 с.
– Догадкин Б.А., Донцов А.А., Шертнов В.А. Химия эластомеров. – М.: Химия, 1981. – 372 с.
– Зуев Ю.С. Разрушение полимеров под действием агрессивных сред: 2-е изд.перераб. и доп. – М.: Химия, 1972. – 232 с.
– Зуев Ю.С., Дегтярева Т.Г. Стойкость эластомеров в эксплутационных условиях. – М.: Химия, 1980. – 264 с.
– Огневская Т.Е., Богуславская К.В. Повышение атмосферостойкости резин за счет введения озоностойких полимеров. – М.: Химия, 1969. – 72 с.
– Кудинова Г.Д., Прокопчук Н.Р., Прокопович В.П., Климовцова И.А. // Сырье и материалы для резиновой промышленности: настоящее и будущее: Тезисы докладов пятой юбилейной Российской научно-практической конференции резинщиков. – М.: Химия, 1998. – 482 с.
– Хрулев М.В. Поливинилхлорид. – М.: Химия, 1964. – 325 с.
– Получение и свойства ПВХ /Под ред. Зильбермана Е.Н. – М.: Химия, 1968. – 440 с.
– Рахман М.З., Изковский Н.Н., Антонова М.А. //Каучук и резина. – М., 1967, №6. – с. 17-19
– Abram S.W. //Rubb. Age. 1962. V. 91. №2. P. 255-262
– Энциклопедия полимеров /Под ред. Кабанова В.А. и др.: В 3-х т., Т. 2. – М.: Советская энциклопедия, 1972. – 1032 с.
– Справочник резинщика. Материалы резинового производства /Под ред. Захарченко П.И. и др. – М.: Химия, 1971. – 430 с.
– Тагер А.А. Физикохимия полимеров. Изд. 3-е, перераб. и доп. – М.: Химия, 1978. – 544 с.

Старение резины – процесс окисления при длительном хранении или в процессе эксплуатации, приводящий к изменению ее физико-механических свойств (рис. 8.4).

Основной причиной старения является окисление каучука, т. е. присоединение кислорода по месту двойных связей в каучуке, в результате чего его молекулы разрываются на части и укорачиваются.

Это приводит к потере эластичности, охрупчиванию и, наконец, появлению сетки трещин на поверхности состаренной резины.

Воздействие теплоты, света, излучения, механических деформаций и присутствие катализаторов окисления (солей металлов переменной валентности) активируют и ускоряют окисление каучуков и резины.

В связи с тем, что роль факторов, активирующих окисление, меняется в зависимости от природы и состава каучука, различают следующие виды старения.

Тепловое старение

Таблица 8.3.

Физико-механические свойства важнейших авиационных резин и их применение

* Синтетический теплостойкий каучук с фенильным и винильным радикалами

Тепловое старение (термическое, термоокислительное) происходит при повышенных температурах 4 в результате окисления каучука, активированного теплотой. Скорость теплового старения увеличивается с повышением температуры. При тепловом воздействии старение происходит по всей массе резины.

Рис. 8.4. Влияние продолжительности старения на временное сопротивление (а ) и относительное удлинение (б ) резин на основе натурального (1 ), бутадиенстирольного (2 ) и хлоропренового (3 ) каучуков

Световое старение является результатом окисления каучука, активированного светом. В практике при эксплуатации резиновых изделий (шины, аэростаты и т. д.) всегда наблюдается совместное действие кислорода и света. Наиболее эффективно влияет фиолетовое и ультрафиолетовое световое излучение. При световом старении изменяются свойства резины, начиная с поверхностных слоев. Стойкость резины к световому старению определяется свойствами каучуков и других ингредиентов резины, которые могут выступать в роли светофильтров, светостабилизаторов, например оксид цинка или оксид титана.

Озонное старение – разрушение резины под влиянием озона является одним из наиболее активных видов старения. В отличие от кислородного старения, протекающего по всей массе, озон действует на поверхность резины. По характеру происходящих реакций озонное старение резин отличается от старения под действием атмосферного кислорода. Озон взаимодействует с каучуком по месту двойных связей с образованием озонидов:

которые, превращаясь в изоозониды

разлагаются с образованием продуктов окисления каучука. При наличии деформации на поверхности резины под действием озона возникают трещины, направленные перпендикулярно растягивающим напряжениям. Быстро разрастаясь, они приводят к разрушению резины.

При действии озона на нерастянутую резину на ее поверхности появляется хрупкая пленка, но трещины не возникают. Наличие многих противостарителей, например воска, уменьшает озонное старение.

Старение в результате механических напряжений и окислительных процессов, активированных механическим воздействием, приводит к потере прочности и пластичности резины. Некоторые виды резиновых изделий (шины, рукава, ремни и т. д.) при эксплуатации подвергаются различным видам деформаций, в результате которых с ростом амплитуды механических деформаций усиливаются окислительные процессы. Необходимо введение в резину соответствующих добавок, уменьшающих влияние динамических нагрузок на свойства резины.

Радиационное старение под действием ионизирующих излучений приводит к резкому ухудшению физико-механических свойств резины. При облучении в резине образуются свободные полимерные радикалы, которые взаимодействуют с кислородом. Кроме того, в атмосфере воздуха на процесс старения резины под действием излучения может накладываться действие озона, образующегося в результате ионизации воздуха. Скорость старения зависит от мощности дозы облучения.

Атмосферное старение резины протекает в реальных атмосферных условиях эксплуатации, когда происходит совместное влияние кислорода, озона, света, теплоты, влажности и механических напряжений. Действие всех этих факторов порождает многочисленные одновременно протекающие химические реакции, которые способствуют старению резины.

Борьба со старением заключается во введении в резиновую смесь противостарителей, а также отражателей солнечных лучей, например алюминиевой пудры. В процессе эксплуатации для повышения ресурса авиационных колес осуществляется их зарядка азотом, что существенно замедляет старение резины. Старение можно замедлить, соблюдая установленные правила эксплуатации и хранения резиновых изделий.

Эксплуатационные свойства резин определяются конкурирующим воздействием деструкции и сшивания. Наиболее устойчивы резины на основе полисилоксанов, фторкаучуков и хлорсульфированного полиэтилена. Прочность и пластичность таких резин после 10 лет открытого воздействия внешней среды изменяются не более чем на 10...15 %. На атмосферостойкость резин существенное влияние оказывает присутствие наполнителей, модификаторов, вулканизирующих добавок.

Резюме. Несмотря на существующее разнообразие пластмасс, резин, уплотнительных и герметизирующих материалов есть большая потребность в разработке новых, перспективных материалов, ориентированных на потребности космонавтики. Она возникла в связи с ужесточающимися требованиями по сокращению числа технологических процессов при производстве изделий, расширению температурного интервала, работоспособности и сроков активного существования космических аппаратов и средств выведения. Ставятся задачи по созданию новых классов пластмасс и резин, герметиков и компаундов (в том числе токопроводных резин и герметиков; термо-, морозо-, агрессивостойких резин; термо-, агрессивостойких анаэробных герметиков; теплопроводных, поглощающих СВЧ-энергию компаундов). Такие материалы позволят создать элементы конструкций, которые будут определять технический прогресс XXI в.

РТИ или резино-технические изделия имеют особые показатели, благодаря которым остаются очень востребованными. Особенно современные. Они имеют улучшенные показатели упругости, непроницаемости для иных материалов и веществ. Также обладают высокими показателями электроизоляционных и иных качеств. Не удивительно, что именно РТИ все чаще применяются не только в автомобилестроении, но и авиации.

Когда средство передвижения эксплуатируется активно и имеет большой пробег, техническое состояние РТИ значительно снижается.

Немного об особенностях износа РТИ

Старение каучука и некоторых видов полимеров происходит в условиях, на которые влияет:

• тепло;
• свет;
• кислород;
• озон;
• напряжения/сжатия/растяжения;
• трения;
• рабочая среда;
• эксплуатационный срок.

Резкий перепад условий, особенно климатических, имеет непосредственное влияние на состояние РТИ. Их качество ухудшается. Поэтому все чаще используются полимерные сплавы, которые не боятся понижений градусов и их повышения.

При снижении качества резино-технических изделий, они быстро выходят из строя. Часто именно весенне-летний период, после зимнего холода, является переломным. При повышении температуры на градуснике, скорость старения РТИ увеличивается в 2 раза.

Чтобы обеспечить потерю эластичности, для резино-технических изделий достаточно пережить значительное и резкое похолодание. Но если накладки и втулки изменяют свои геометрические формы, появляются мелкие порывы и трещины, это приведет к отсутствию герметичности, что, в свою очередь, влечет к поломкам систем и соединений в авто. Минимум, что может проявиться – это течь.

Если сравнивать каучуковые изделия, лучше неопрен. Более подвержены изменениям каучуковые РТИ. Если не защищать и те, и другие от солнца, ГСМ, кислотных или агрессивных жидкостей, механических повреждений, они не смогут пройти даже минимальный, определенный производителем, эксплуатационный срок.

Особенности разных РТИ

Свойства полиуретановых и каучуковых резино-технических изделий – совершенно разные. Поэтому и условия для хранения будут отличаться.

Полиуретан отличается тем, что он:

• пластичен;
• эластичен;
• не подвержен крошению (в отличие от резиновых изделий);
• не застывает, как каучук, при понижениях температуры;
• не теряет геометрических форм;
• при упругости, достаточно тверд;
• устойчив к абразивным веществам и агрессивным средам.

Полученный путем жидкого смешивания, этот материал получил широкое распространение в автомобилестроении. Синтетический полимер сильнее каучука. При однородном составе полиуретан оставляет свои свойства в разных условиях, что упрощает условия и характеристики его применения.

Как видно из выше изложенного материала, полиуретан выигрывает по свойствам у резинотехнических изделий. Но он не применяется повсеместно. Кроме того, появляются силиконовые сплавы. И что лучше – понимает далеко не каждый водитель.

Полиуретан технологически изготавливается дольше. 20 минут уходит на выпуск резинового РТИ. И 32 часа – на полиуретан. Но резина – материал, рожденный путем механического смешивания. Это влияет на ее неоднородность состава. А также влечет потерю эластичности и однородность компонентов. Именно резиновые шланги и герметичные накладки при хранении застывают и становятся жестче, растрескиваются на поверхности и становятся мягкими внутри. Их срок – всего 2 – 3 года.

Уход и хранение

От состояния и качества РТИ зависит очень важный процесс – контроль над управлением. Чтобы понимать важность резино-технических изделий, надо знать, что нарушения в их структуре ведут у следующим последствиям:

• повышенному износу шин при большой нагрузке по причине неправильной работы некоторых систем и соединений;
• неравномерности в пути торможения;
• ощутимым нарушениям в обратной связи с управлением через руль;
• разрушениям деталей-соседей или в близлежащих узлах.

РТИ необходимо хранить:

1. Складывать свободно, чтобы не было чрезмерной нагрузки или уплотнения;
2. Контролировать необходимый температурный режим в пределах от нуля до плюс 25 градусов по Цельсию;
3. В условиях, где нет повышенной влажности, выше 65%;
4. В помещениях, где нет люминисцентных ламп (лучше их заменить на приборы освещения накаливания);
5. В условиях, где нет поступления озона в большом количестве или аппаратов, вырабатывающих его;
6. Обращая внимание на наличие/отсутствие прямых лучей солнца (никакого попадания УФ напрямую не может быть также, как условий, создающих тепловой перегрев для резино-технических изделий).

При колебаниях температуры в холодный период и жаркое время года, необходимо понимать, что гарантийный срок хранения РТИ сужается до цифры, равной 2 месяца.